JPH0578803B2 - - Google Patents
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Description
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、し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、たとえばエム．シヤツト（M.Schadt）
とダブリユー．ヘルフリツヒ（W.Helfrich）著
“アプライド・フイジツクス・レターズ”ボリユ
ーム18、ナンバー４（1971.2.15）、ページ127〜
128（“Applied Physics Letters” Vo.18、No.４
（1971.2.15）、P127〜128）の“ボルテージ−デイ
ペンダント・オプテイカル・アクテイビテイー・
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
Optical Activity of ａ Twisted Nematic
Liquid Crystal”）に示されたテイー・エヌ
（TN）〔ツイステツド・ネマチツク（twisted
nematic）〕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
マチツ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
の分子が平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、正の誘電異方性をも
つネマチツク液晶が電界方向に配列し、この結果
光学変調を起すことができる。この型の液晶を用
いてマトリクス電極構造によつて表示素子を構成
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、したがつて液晶
分子は電極面に対して並行な安定配列を保つてい
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（Ｎ）を増やして行つた場合、画面全体
（１フレーム）を走査する間に一つの選択点に有
効な電界がかかつている時間（duty比）が１／
Ｎの割合で減少してしまう。このために、くり返
し走査を行つ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け難い欠点となつてい
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
ずる本質的には避け難い問題点である。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
ないことによつて頭打ちになつているのが現状で
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 ポリゴンスキヤ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、液晶シヤ
ツターアレイが提案されている。ところが、液晶
シヤツ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
10dot／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、製作上困難であつた。
そのため、1LINE（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（Ｎ）を増
して行くと、信号ONの時間が実質的に１／Ｎと
なり、感光体上で得られる光量が減少してしまつ
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−光シヤツ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、高速応答性とメモリー効
果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
発生しなく、しかも明るい表示を形成できる光学
変調素子の駆動法を提供することにある。
本発明のかかる目的は、走査電極群と信号電極
群とを有するマトリクス電極及び該走査電極群と
信号電極群との間に配置した、印加電圧の極性に
応じて異なる配向状態を生じる強誘電性液晶を有
する液晶素子の駆動法において、２色性色素を強
誘電性液晶の異なる配向状態に応じて、配向状態
に変化を生じさせる様に、強誘電性液晶に２色性
色素を含有させ、前記走査電極群に一方極性電圧
と他方極性電圧とを有する走査選択信号を順次印
加することによつて走査選択し、走査選択された
走査電極に印加した前記一方極性電圧と同期させ
て、前記信号電極群に、同時に、該走査選択され
た走査電極と該信号電極群との交差部に強誘電性
液晶の一方の配向状態を生じさせ、且つ該一方の
配向状態に応じて２色性色素の一方の配向状態を
生じさせるのに十分な一方極性電圧が印加される
様に、消去信号を印加し、前記走査選択された走
査電極に印加した前記他方極性電圧と同期させ
て、前記信号電極群に、選択的に、該走査選択さ
れた走査電極と選択された信号電極との交差部に
強誘電性液晶の他方の配向状態を生じさせ、且つ
該他方の配向状態に応じて２色性色素の他方の配
向状態を生じさせるのに十分な他方極性電圧が印
加される様に、情報信号を印加し、続いて走査選
択する走査電極に、同様の続く走査選択信号を印
加し、該続く走査選択信号の一方極性電圧を、該
続く走査選択信号の前の走査選択信号の他方極性
電圧の印加と同時に、該続いて走査選択する走査
電極に印加することによつて、前記走査選択され
た走査電極上の前記信号電極群との交差部の書込
みを行なう液晶素子の駆動法によつて達成され
る。
本発明の駆動法で用いる双安定性物質は、２色
性色素とともに電界に対して第１の光学的安定状
態と第２の光学的安定状態からなる双安定状態の
うち、何れか１方の安定状態を形成することがで
きる。
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
ルスメクテイツクＣ相（SmC*）、Ｈ相
（SmH*）、Ｆ相（SmF*）、Ｉ相（SmI*）、Ｊ相
（SmJ*）、Ｋ相（SmK*）やＧ相（SmG*）の液
晶が適している。
この強誘電性液晶については、“ル・ジユール
ナル・ド・フイジーク・レツトル”（“LE
JOURNAL DE PHYSIQUE LETTERS”）36
（エル（Ｌ）−69）1975、「フエロエレクトリツ
ク・リキツド・クリスタルス」（「Ferroelectric
Liquid Crystals」）；“アプライド・フイジツク
ス・レターズ（“Applied Physics Letters）36
（11）1980、「サブミクロ・セカンド・バイステイ
ブル・エレクトロオプテイツク・スイツチング・
イン・リキツド・クリスタルス」（「Submicro
Second Bistable Electrooptic Switching in
Liquid Crystals」）；“固体物体”16（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。
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−P′−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−P′−アミノ−２−クロロプロピ
ルシンナメート（HOBACPC）、４−ｏ−（２−
メチル）−ブチルレゾルシリデン−4′−オクチル
アニリン（MBRA8）が挙げられる。
これらの液晶は、単独又は２種以上を混合して
もよく、あるいは他のスメクテイツク液晶やコレ
ステリツク（カイラルネマチツク）液晶と混合し
てもよい。
本発明で用いる２色性色素の代表例は下記のと
おりである。
The present invention relates to a method for driving an optical modulation element, and more particularly to a method for time-divisional driving of an optical modulation element such as a display element or an optical shutter array. Conventionally, liquid crystal display elements are well known in which a scanning electrode group and a signal electrode group are configured in a matrix, and a liquid crystal compound is filled between the electrodes to form a large number of pixels to display images or information. . The driving method for this display element is time-division driving, in which an address signal is selectively and periodically applied to a group of scanning electrodes, and a predetermined information signal is selectively applied in parallel to a group of signal electrodes in synchronization with the address signal. However, this display element and its driving method had major and fatal drawbacks as described below. That is, it is difficult to increase the pixel density or enlarge the screen. Among conventional liquid crystals, most of them are practically used as display elements because they have relatively high response speed and low power consumption. Schadt (M.Schadt)
And double you. “Applied Physics Letters” by W. Helfrich, Volume 18, Number 4 (February 15, 1971), Pages 127-
128 (“Applied Physics Letters” Vo.18, No.4
(1971.2.15), P127-128) “Voltage Day Pendant Optical Activity.
“Voltage-Dependent of a Twisted Nematic Liquid Crystal”
Optical Activity of a Twisted Nematic
TN (twisted nematic) shown in “Liquid Crystal”)
This type of liquid crystal uses a nematic liquid crystal that has a positive dielectric anisotropy in the absence of an electric field and forms a structure (helical structure) in which the molecules of the nematic liquid crystal are twisted in the thickness direction of the liquid crystal layer. The liquid crystal molecules form a structure arranged in parallel on both electrode surfaces. On the other hand, when an electric field is applied, nematic liquid crystals with positive dielectric anisotropy are aligned in the direction of the electric field, resulting in optical modulation. When a display element is constructed using this type of liquid crystal with a matrix electrode structure, in the region where both the scanning electrode and the signal electrode are selected (selected point), there is a A voltage above the threshold is applied,
No voltage is applied to the area where neither the scanning electrode nor the signal electrode is selected (non-selected point), and therefore the liquid crystal molecules maintain a stable alignment parallel to the electrode plane. By arranging linear polarizers above and below a liquid crystal cell in a cross-Nicol relationship with each other, light does not pass through selected points, but light passes through non-selected points, making it possible to use it as an image element. Become. However, when a matrix electrode structure is configured, there is a possibility that the scan electrodes are selected and the signal electrodes are not selected, or the scan electrodes are not selected and the signal electrodes are selected (so-called "half-selected points"). The finite electric field becomes strong. If the difference between the voltage applied to the selected point and the voltage applied to the half-selected point is sufficiently large, and the voltage threshold required to align liquid crystal molecules perpendicular to the electric field is set to a voltage value in between, the display element will function normally. However, when the number of scanning lines (N) is increased, the time during which an effective electric field is applied to one selected point while scanning the entire screen (one frame) (duty ratio) increases. 1/
It decreases at a rate of N. For this reason, when repeated scanning is performed, the effective voltage difference between selected points and non-selected points becomes smaller as the number of scanning lines increases, resulting in a decrease in image contrast and crosstalk. It has become an unavoidable drawback. This phenomenon is caused by liquid crystals that do not have bistability (the stable state is when the liquid crystal molecules are aligned horizontally with respect to the electrode surface, and they are aligned vertically only while an electric field is effectively applied). ) is essentially an unavoidable problem that arises when driving using the temporal accumulation effect (ie, repeated scanning). In order to improve this point, voltage averaging methods, dual-frequency driving methods, multiple matrix methods, etc. have already been proposed, but all of these methods are insufficient, and the need for larger screens and higher density display elements Currently, the number of scanning lines has reached a plateau due to the inability to increase the number of scanning lines sufficiently. On the other hand, looking at the printer field, as a means of inputting electrical signals to obtain hard copies, laser beams are used to supply electrical image signals to electrophotographic photoreceptors in the form of light, both in terms of pixel density and speed. Printers (LBP) are currently the best. However, LBP has the following disadvantages: 1) The printer is large in size; 2) It has high-speed moving parts like a polygon scanner, which generates noise, and requires strict mechanical precision. In order to overcome these drawbacks, a liquid crystal shutter array has been proposed as an element that converts electrical signals into optical signals. However, when providing pixel signals using a liquid crystal shutter array, for example, pixel signals can be transmitted within a length of 200 mm.
In order to write at a rate of 10 dots/mm, it is necessary to have 2000 signal generators, and in order to give each one an independent signal, it is necessary to have a lead that sends signals to all of the signal generators. This required wiring, which was difficult to manufacture. Therefore, an attempt has been made to time-divide and provide pixel signals for each line by using a signal generating section that is divided into several lines. By doing this, the electrode that provides the signal can be shared by multiple signal generating parts,
This is because the actual wiring can be significantly reduced. However, if the number of lines (N) is increased using a liquid crystal that does not have bistability, as is usually done in this case, the signal ON time becomes essentially 1/N, and the There are drawbacks such as a reduction in the amount of light obtained and the problem of crosstalk. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a novel method for driving an optical modulation element that solves all of the problems in conventional liquid crystal display elements or liquid crystal-optical shutters as described above. Another object of the present invention is to provide a method for driving an optical modulation element having high-speed response and a memory effect. Another object of the present invention is to provide a method for driving an optical modulation element having a high density of pixels. Furthermore, another object of the present invention is to provide a method for driving an optical modulation element that does not generate crosstalk and can form a bright display. The object of the present invention is to provide a matrix electrode having a scanning electrode group and a signal electrode group, and a ferroelectric matrix electrode disposed between the scanning electrode group and the signal electrode group, which produces a different orientation state depending on the polarity of an applied voltage. In a method for driving a liquid crystal element having a liquid crystal, a dichroic dye is contained in a ferroelectric liquid crystal so that the dichroic dye causes a change in the alignment state according to different alignment states of the ferroelectric liquid crystal, A scan is selected by sequentially applying a scan selection signal having one polarity voltage and the other polarity voltage to the scan electrode group, and the signal is At the same time, one alignment state of the ferroelectric liquid crystal is generated in the electrode group at the intersection of the scanning electrode selected for scanning and the signal electrode group, and a dichroic dye is caused to be formed in accordance with the one alignment state. Applying an erase signal so that a voltage of one polarity sufficient to cause one orientation state is applied, and synchronizing with the voltage of the other polarity applied to the scan electrode selected for scanning, the signal electrode group. selectively generate the other orientation state of the ferroelectric liquid crystal at the intersection of the selected scan electrode and the selected signal electrode, and add a dichroic dye according to the other orientation state. Applying an information signal and applying a similar subsequent scan selection signal to the scan electrodes for subsequent scan selection such that an opposite polarity voltage sufficient to cause the other orientation state of the subsequent scan is applied; By applying one polarity voltage of the selection signal to the scan electrode to be selected for the subsequent scan at the same time as the application of the other polarity voltage of the scan selection signal before the subsequent scan selection signal, This is achieved by a method of driving a liquid crystal element in which writing is performed at the intersection of the electrode with the signal electrode group. The bistable substance used in the driving method of the present invention, together with the dichroic dye, exhibits either one of the bistable states consisting of the first optically stable state and the second optically stable state in response to an electric field. A stable state can be formed. Bistable liquid crystals that can be used in the driving method of the present invention include chiral smectate C phase (SmC * ), H phase (SmH * ), F phase (SmF * ), and I phase that have ferroelectric properties. Liquid crystals of phase (SmI * ), J phase (SmJ * ), K phase (SmK * ), and G phase (SmG * ) are suitable. Regarding this ferroelectric liquid crystal, “LE
36
(L-69) 1975, “Ferroelectric Liquid Crystals”
“Liquid Crystals”; “Applied Physics Letters” 36
(11) 1980, “Submicro Second Bistable Electro-Optical Switching.
In Liquid Crystals” (“Submicro
Second Bistable Electrooptic Switching in
“Liquid Crystals”); “Solid Objects” 16 (141) 1981
The ferroelectric liquid crystals disclosed in these documents can be used in the present invention. Specific examples of ferroelectric liquid crystal compounds include decyloxybenzylidene-P'-amino-2-methylbutylcinnamate (DOBAMBC), hexyloxybenzylidene-P'-amino-2-chloropropylcinnamate (HOBACPC), -o-(2-
methyl)-butylresolcylidene-4'-octylaniline (MBRA8). These liquid crystals may be used alone or in combination of two or more, or may be mixed with other smectic liquid crystals or cholesteric (chiral nematic) liquid crystals. Representative examples of dichroic dyes used in the present invention are as follows.
【化】[ka]
【式】【formula】
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【化】[ka]
【式】
本発明は、これらの２色性色素の他に、少なく
とも１つの発色団部分と少なくとも１つの光学活
性部分を単一分子中に含むヘリクロミツクな２色
性色素を用いることができる。具体的な発色団と
してはアゾ、アゾ−スチルベン、ベンゾチアゾリ
ルポリアゾ、アゾメチン、メチン、メロシアニ
ン、アントラキノン、メチン−アリーデン、テト
ラジン、オキサジアジン、カルバゾール−アゾな
どを用いることができる。又、光学活性部分は不
斉炭素原子を有する有機基で、具体的には（＋）
−２−メチルアルキル基、（＋）−３−メチルアル
キル基、（＋）−２−メチルアルコキシ基、（＋）−
３−メチルアルコキシ基、（＋）−３−メチルシク
ロヘキシル、（＋）−α−メチルベンジル、（＋）−
２−メチルブチルビフエニル、（＋）−２−メチル
ブチルフエニルチオ、（＋）−Ｎ−２−メチルブチ
ルアミノ＋フタレンなどを挙げることができる。
代表的なヘリクロミツクな２色性色素を下記に示
す。これらの合成法については、特開昭59−
93777号公報に開示されている。[Formula] In addition to these dichroic dyes, the present invention can use a helichromic dichroic dye containing at least one chromophore moiety and at least one optically active moiety in a single molecule. Specific chromophores that can be used include azo, azo-stilbene, benzothiazolyl polyazo, azomethine, methine, merocyanine, anthraquinone, methine-arydene, tetrazine, oxadiazine, and carbazole-azo. In addition, the optically active moiety is an organic group having an asymmetric carbon atom, specifically (+)
-2-methylalkyl group, (+)-3-methylalkyl group, (+)-2-methylalkoxy group, (+)-
3-methylalkoxy group, (+)-3-methylcyclohexyl, (+)-α-methylbenzyl, (+)-
Examples include 2-methylbutylbiphenyl, (+)-2-methylbutylphenylthio, and (+)-N-2-methylbutylamino+phthalene.
Representative helichromic dichroic dyes are shown below. Regarding these synthesis methods, please refer to JP-A-59-
It is disclosed in Publication No. 93777.
【化】[ka]
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【化】
これらの２色性色素は、スメクテイツク液晶、
特に強誘電性を示すカイラルスメクテイツク液晶
に対して0.1〜10重量％、好ましくは１〜５重量
％の範囲でスメクテイツク液晶に溶解される。
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１１′は、In2O3，SnO2
やITO（Indium−Tin Oxide）等の透明電極がコ
ートされた基板（ガラス板）であり、その間の層
１２がガラス面に垂直になるよう配向した
SmC*，SmH*，SmF*，SmI*，SmG*の液晶が
２色性色素とともに封入されている。太線で示し
た線１３が２色性色素とともに配向している液晶
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ト１４（Ｐ
⊥）を有している。基板１１と１１′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１
４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、従つて例えば、ガラス
面の上側に１枚の偏光子を置けば、電圧印加極性
によつて光学特性が変わる液晶変調素子となるこ
は、容易に理解される。（この際、ガラス面の上
下に互いにクロスニコルの偏光板を配置してもよ
い）。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２色性色素とともに液
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２色性色素とともに液晶分子は第１
の安定状態２３かあるいは第２の安定状態２３′
の何れか一方に配向する。
従つて、偏光軸が第１の安定状態３３か又は第
２の安定状態３３′の配向方向と平行となる様に、
１枚の偏光子をガラス面の上側に配置することに
よつて、光学的なコントラストが得られる。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３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図によつて
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
切つても安定である。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２３′に配向
してその分子の向きを変えるが、やはり電界を切
つてもこの状態に留つている。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ましく、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。第３に、偏光板が１枚で済み、明るい表
示が得られる。
本発明の駆動法の好ましい具体例（強誘電性液
晶の例）を第３図に示す。
第３図は、中間に２色性色素とともに強誘電性
液晶化合物が挟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つて
示す。第３図に於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つ
たとき、第４図ｄは前回の信号が白であつたとき
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つた
とき、第４図ｆは前回の信号が白であつたときの
ものである。この図に於て、T0は一つの走査電
極上の画像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、T0＝Ｔ
＝Δtの例が示されている。これらの信号によつ
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S1〜S5は、走査電極
に印加される信号、I1とI3は、信号電極I1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Ａ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Vth1とすると、V0の値としては、V0＜
Vth1＜2V0，−2V0＜−Vth2＜−V0となるように
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。従つて、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
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ｃと
ｄでは情報として黒に対応するV0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−
V0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S1〜S5は走査電極
に印加される信号、第７図中のI1とI3は信号電極
I1とI3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（第
１の）安定状態に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）であつても、逆極性の電
界が長時間に渉つ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、その結果正しい情報の表示や変調が達成で
きない状況が生じ得る。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
（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つて影響を受けるこ
とは認識したが、定量的には未だ把みきつていな
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
転移の生じ易さが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時間に渉つて印
加されるのは、避けるのが好ましい。
本発明の方法は、液晶−光シヤツタや液晶テレ
ビなどの光学シヤツタあるいはデイスプレイ分野
に広く応用することができる。[C] These dichroic dyes are smectic liquid crystals,
In particular, it is dissolved in the smectic liquid crystal in an amount of 0.1 to 10% by weight, preferably 1 to 5% by weight, based on the chiral smectic liquid crystal exhibiting ferroelectricity. FIG. 1 schematically depicts an example of a ferroelectric liquid crystal cell. 11 and 11' are In 2 O 3 , SnO 2
It is a substrate (glass plate) coated with a transparent electrode such as ITO (Indium-Tin Oxide), and the layer 12 in between is oriented perpendicular to the glass surface.
Liquid crystals of SmC * , SmH * , SmF * , SmI * , and SmG * are sealed together with dichroic dye. A thick line 13 represents liquid crystal molecules aligned together with the dichroic dye, and this liquid crystal molecule 13 has a dipole moment 14 (P
⊥). When a voltage higher than a certain threshold is applied between the electrodes on the substrates 11 and 11', the helical structure of the liquid crystal molecules 13 is unraveled, and the dipole moment 1
The alignment direction of the liquid crystal molecules 13 can be changed so that all of the liquid crystal molecules 4 are oriented in the direction of the electric field. The liquid crystal molecules 13 have an elongated shape and exhibit refractive index anisotropy in the major and minor axis directions. Therefore, for example, if a polarizer is placed above the glass surface, the voltage application polarity can be changed. It is easily understood that the liquid crystal modulation element has optical characteristics that change depending on the temperature. (At this time, crossed Nicol polarizing plates may be placed above and below the glass surface.) Furthermore, when the thickness of the liquid crystal cell is made sufficiently thin (for example, 1μ), the helical structure of the liquid crystal molecules is unraveled together with the dichroic dye even when no electric field is applied, as shown in Figure 2, and the liquid crystal molecules form a non-helical structure. , and its dipole moment P or P' is upward 24
or downward 24'. When such a cell is given an electric field E or E' with a different polarity above a certain threshold as shown in Fig. 2, the dipole moment will move upward 24 or E' corresponding to the electric field vector of the electric field E or E'. Change direction to 24' downwards,
Accordingly, the liquid crystal molecules together with the dichroic dye
stable state 23 or a second stable state 23'
Orient in either direction. Therefore, so that the polarization axis is parallel to the orientation direction of the first stable state 33 or the second stable state 33',
Optical contrast is obtained by placing a single polarizer above the glass surface. There are three advantages to using such a ferroelectric liquid crystal as a light modulation element. Firstly, the response speed is extremely fast, and secondly, the alignment of liquid crystal molecules has bistability. To explain the second point with reference to FIG. 2, for example, when an electric field E is applied, the liquid crystal molecules
This state is stable even when the electric field is turned off. When an electric field E' in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are oriented to a second stable state 23' and change their orientation, but they remain in this state even after the electric field is turned off. Also, the electric field E
The respective orientation states are maintained as long as the values do not exceed a certain threshold. In order to effectively achieve such high response speed and bistability, it is preferable that the cell be as thin as possible, and generally 0.5μ to 20μ, particularly 1μ to 5μ is suitable. A liquid crystal electro-optical device having a matrix electrode structure using this type of ferroelectric liquid crystal has been proposed by Clark and Ragabal in US Pat. No. 4,367,924, for example. Thirdly, only one polarizing plate is required and a bright display can be obtained. A preferred specific example (an example of a ferroelectric liquid crystal) of the driving method of the present invention is shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram of a cell 31 having a matrix electrode structure in which a dichroic dye and a ferroelectric liquid crystal compound are sandwiched between. 32 is a scanning electrode group, and 33 is a signal electrode group. For the sake of simplicity, an example will be shown in which binary signals of white and black are displayed. In FIG. 3, the hatched pixels correspond to "black" and the other pixels correspond to "white". Figures 4a and d show the electrical signals applied to the selected scanning electrode and the other scanning electrodes (unselected scanning electrodes), respectively, and Figures 4c and d show the electrical signals applied to the selected scanning electrode, respectively. This is the electrical signal given to the signal electrode (black). Of these, Fig. 4c is the case when the previous signal was black, and Fig. 4d is the case when the previous signal was white. Further, e and f in FIG. 4 are electrical signals given to the unselected (white) signal electrodes, respectively. Of these, Fig. 4e shows the result when the previous signal was black, and Fig. 4f shows the result when the previous signal was white. In this figure, T 0 is the phase for aligning all images on one scanning electrode to white, and T is the phase for writing information signals. In this example, T 0 =T
An example of =Δt is shown. FIG. 5 shows drive waveforms when the display shown in FIG. 3 is performed using these signals. S 1 to S 5 in FIG. 5 are signals applied to the scanning electrodes, I 1 and I 3 are signals applied to signal electrodes I 1 and I 3 , and A and C are signals applied to the scanning electrodes, respectively. This is a voltage waveform applied to pixels A and C. Now, the threshold voltage at the application time Δt to give the first stable state (this is white) of a liquid crystal cell with bistability is -Vth 2 , and the second stable state (this is black) is set as -Vth 2. ), the threshold voltage at the application time Δt is Vth 1 , then the value of V 0 is V 0 <
It is set so that Vth 1 < 2V 0 , −2V 0 < −Vth 2 < −V 0 . As is clear from FIG. 5, all pixels on one scanning electrode are rewritten to "white". Subsequently, "black" or "white" is designated based on the information, and the pixel corresponding to "black" causes the inversion of "white" → "black" and information is written.
At the phase (time) in which information is written on this scan electrode, all pixels on the next scan electrode are simultaneously rewritten to white. Therefore, it is possible to write the entire screen at high speed by scanning one frame. 6 and 7 represent another embodiment of the driving method of the invention. Figures 6a and 6b show electrical signals applied to selected scan electrodes and unselected scan electrodes, respectively. Figure 6c-f
represents the information signal applied to the signal electrode group, when c and e in the figure are the previous signals black, d and f in the figure are the previous signals white, and the phase T is the same as c in the figure. At d, V 0 corresponding to black is applied as information,
In the same figure, e and f correspond to white as an information signal.
V 0 is applied. FIG. 7 shows the driving waveform when obtaining the display shown in FIG. 3. S 1 to S 5 in Fig. 7 are signals applied to the scanning electrodes, and I 1 and I 3 in Fig. 7 are signal electrodes.
Signals applied to I 1 and I 3 , A and C in FIG. 7, represent voltage waveforms applied to pixels A and C, respectively, shown in FIG. 3. Now, the mechanism of switching by an electric field in a ferroelectric liquid crystal in a bistable state is not necessarily clear from a microscopic perspective, but in general, it is switched to a predetermined (first) stable state by a strong electric field for a predetermined period of time. If the electric field is left in a state where no electric field is applied after that, it is possible to maintain that state almost semi-permanently, but if the electric field is so weak that it does not switch for a certain period of time (in the example explained earlier,
(corresponding to voltages below Vth), if an electric field of opposite polarity is applied for a long time, the orientation state will transition again to the opposite (second) stable state, resulting in Situations may arise where correct information display or modulation cannot be achieved. The present inventors believe that the ease with which alignment state transitions (a type of crosstalk) occur due to the long-term application of such a weak electric field is not affected by the substrate surface material, roughness, liquid crystal material, etc. Although we have recognized this, we have not yet grasped it quantitatively. However, it has been confirmed that when a uniaxial substrate treatment for aligning liquid crystal molecules is performed, such as rubbing or oblique evaporation of SiO, etc., the tendency for the above-mentioned transition to occur tends to increase. It was also confirmed that the higher the temperature, the stronger the tendency. In any case, it is preferable to avoid applying an electric field in a fixed direction for a long time in order to achieve correct information display or modulation. The method of the present invention can be widely applied to the field of optical shutters or displays such as liquid crystal-optical shutters and liquid crystal televisions.
第１図及び第２図は、本発明で用いる液晶素子
を表わす斜視図である。第３図は、本発明の駆動
法で用いる電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〜
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。
1 and 2 are perspective views showing a liquid crystal element used in the present invention. FIG. 3 is a plan view of the electrode structure used in the driving method of the present invention. Figure 4 a~
f is an explanatory diagram showing the waveform of an electric signal applied to an electrode. FIG. 5 is an explanatory diagram showing voltage waveforms when voltages are applied in time series. Figure 6 a~
f is an explanatory diagram showing another waveform of the electric signal applied to the electrode. FIG. 7 is an explanatory diagram showing another voltage waveform when voltage is applied in time series.
Claims (1)
ス電極及び該走査電極群と信号電極群との間に配
置した、印加電圧の極性に応じて異なる配向状態
を生じる強誘電性液晶を有する液晶素子の駆動法
において、２色性色素を強誘電性液晶の異なる配
向状態に応じて、配向状態に変化を生じさせる様
に、強誘電性液晶に２色性色素を含有させ、前記
走査電極群に一方極性電圧と他方極性電圧とを有
する走査選択信号を順次印加することによつて走
査選択し、走査選択された走査電極に印加した前
記一方極性電圧と同期させて、前記信号電極群
に、同時に、該走査選択された走査電極と該信号
電極群との交差部に強誘電性液晶の一方の配向状
態を生じさせ、且つ該一方の配向状態に応じて２
色性色素の一方の配向状態を生じさせるのに十分
な一方極性電圧が印加される様に、消去信号を印
加し、前記走査選択された走査電極に印加した前
記他方極性電圧と同期させて、前記信号電極群
に、選択的に、該走査選択された走査電極と選択
された信号電極との交差部に強誘電性液晶の他方
の配向状態を生じさせ、且つ該他方の配向状態に
応じて２色性色素の他方の配向状態を生じさせる
のに十分な他方極性電圧が印加される様に、情報
信号を印加し、続いて走査選択する走査電極に、
同様の続く走査選択信号を印加し、該続く走査選
択信号の一方極性電圧を、該続く走査選択信号の
前の走査選択信号の他方極性電圧の印加と同時
に、該続いて走査選択する走査電極に印加するこ
とによつて、前記走査選択された走査電極上の前
記信号電極群との交差部の書込みを行なうことを
特徴とする液晶素子の駆動法。1. A liquid crystal element having a matrix electrode having a scanning electrode group and a signal electrode group, and a ferroelectric liquid crystal disposed between the scanning electrode group and the signal electrode group, which produces different alignment states depending on the polarity of an applied voltage. In the driving method, a dichroic dye is contained in the ferroelectric liquid crystal so as to cause a change in the alignment state depending on the different alignment states of the ferroelectric liquid crystal, and one side is attached to the scanning electrode group. Scan selection is performed by sequentially applying a scan selection signal having a polarity voltage and the other polarity voltage, and simultaneously applies the signal electrode group to the signal electrode group in synchronization with the one polarity voltage applied to the scanning electrode selected for scanning. One orientation state of the ferroelectric liquid crystal is generated at the intersection of the scan electrode selected for scanning and the signal electrode group, and two orientation states are generated depending on the one orientation state.
Applying an erase signal such that a voltage of one polarity sufficient to cause one orientation state of the chromatic dye is applied, and synchronizing with the voltage of the other polarity applied to the scan electrode selected for scanning, In the signal electrode group, selectively causing the other orientation state of the ferroelectric liquid crystal at the intersection of the selected scanning electrode and the selected signal electrode, and depending on the other orientation state. applying an information signal to the scanning electrodes for subsequent scanning selection such that an opposite polarity voltage sufficient to cause the other orientation state of the dichroic dye is applied;
A similar subsequent scan selection signal is applied, and one polarity voltage of the subsequent scan selection signal is applied to the scan electrode to be selected for the subsequent scan at the same time as the application of the other polarity voltage of the previous scan selection signal. A method for driving a liquid crystal element, characterized in that writing is performed at an intersection with the signal electrode group on the scanning electrode selected for scanning by applying a voltage.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19354684A JPS6170532A (en) | 1984-09-13 | 1984-09-13 | Driving method of liquid crystal element |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6170532A JPS6170532A (en) | 1986-04-11 |
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Family
ID=16309864
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19354684A Granted JPS6170532A (en) | 1984-09-13 | 1984-09-13 | Driving method of liquid crystal element |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS6170532A (en) |
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| JPS62280825A (en) * | 1986-05-30 | 1987-12-05 | Nec Corp | Driving method for liquid crystal element |
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| JPS6170532A (en) | 1986-04-11 |
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