JPS59193427A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

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JPS59193427A
JPS59193427A JP6866083A JP6866083A JPS59193427A JP S59193427 A JPS59193427 A JP S59193427A JP 6866083 A JP6866083 A JP 6866083A JP 6866083 A JP6866083 A JP 6866083A JP S59193427 A JPS59193427 A JP S59193427A
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純一郎 神辺
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片桐 一春
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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】 本発明は、液晶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に用いる液晶
素子の時分割駆動方法に関する゛。
従来よシ、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1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e
’、jl L、いととである。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、例えば
M、5chadtとW、HeJfrich著“Appl
ied Physics Letters″Vo 18
. A 4(1971,2,15)、P127−128
の“Voltage −DependentOptic
aJ Activity of  a Twisted
 NematicLiquid CrystaI”に示
されだT N (twistednema t i c
 )  型の液晶を用いたものであシ、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ック液晶の分
子が液晶層厚方向で換れた構造(ヘリカル構造)を形成
し、両電極面でこの液晶の分子が並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
性をもつネマチック液晶が電界方向に配列し、この結果
光調変調を起こすことができる。この型の液晶を用いて
マトリクス電極構造によっ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
がって液晶分子は電極面に対して並行な安定配列を保っ
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シ1選択点
では光が透過せず、非選択点では光が透過するだめ画像
素子とすることが可能となる。然し乍ら1、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(へ)を増やして行った場合、
画面全体(1フレーム)を走査する間に一つの選択点に
有効なで減少してしまう。このだめに、<シ返し走査を
行っ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は難
い欠点となっている。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シ、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、繰シ返し走査)ときに生ずる本質的には
避は難い問題点である。
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シ、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って頭打ち
になっ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、電気信号を入力と
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)が現在最も浸れている。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、 ポリゴンスキャナの様な高速の駆動部分があシ騒
音が発生し、才だ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、液晶シャッターア
レイが提案されている。ところが液晶シャッターアレイ
を用いて画素信号を与える場合、たとえば200廃の長
さの中に画素信号を10dat / mmの割合で書き
込むためには4000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、製作上困難であった。
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、実質配線数を
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を増やして行くと、信号ONの時間が実
質的Kl−となり、感光体上で得られる光量が減少して
しまっ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
いは液晶光シャッターにおける問題点を悉く解決した新
規な液晶素子駆動法を提供することにある。
本発明の別の目的は、高速応答性を有し、特に階調表示
に適した液晶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、高密度の画素を有し、特に階調表
示に適した液晶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
い液晶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、電界に対し双安定性を有
する液晶、特に強誘電性を有するカイラルスメクテイツ
クC相又はH相の液晶を用いだ液晶素子の新規な駆動法
を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、高密度の画素と大面積の
画面を有する液晶素子の階調表示に適した新規な、駆動
法を提供することにある。
すなわち、本発明のかかる目的は、走査電極群と信号電
極群を有し、該走査電極群と信号電極群の間に電界に対
して双安定性を有する液晶を配置した構造を有する液晶
素子の駆動法において、前記走査電極群の選択された走
査電極と前記信号電極群の間で前記双安定性を有する液
晶を第1の安定状態に配向させる電圧を印加する第1の
位相と、前記走査電極と選択された信号電極の間で第1
の安定状態に配向した液晶を第2の安定状態に配向させ
る電圧を印加する第2の位相を有する電気信号を付与す
る液晶素子の駆動法によって達成される。
本発明の好ましい具体例では、走査信号に基づいて順次
周期的に選択される走査電極群と該走査電極群に対向し
所定の情報信号に基づいて信号電極の電気信号の如何に
拘らず上記液晶を第1の安定状態に配向すべき一方向の
電界を与える電圧を有する第1の位相1.と、信号電極
の電気信号に応じて上記液晶を第2の安定状態に配向し
直すことを補助する電圧を有する第2の位相t2とを有
する電気信号を付与することによって液晶素子を駆動す
ることができる。
本発明の駆動法で用いる光学変調物質は、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
双安定状態を有しており、特に電界に対して前述の如き
双安定性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テイツ
ク液晶が最も好しく、そのうちカイラルスメクテイツク
C相(SmC*)又は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、”LE JOIJ
RNAL DE  PHYSIQ匪LETTER8”3
6(L−69) 1975 、 rFerroejle
ctricLiqujd CrystaJsJ i“A
ppAied Ph3’5ics Letters″3
6 (11) 1980rSubmicro 5eco
nd B15tableEAectrooptic S
witching in Liquid Crysta
JsJ;“固体物理” 16(141)1981r液晶
」等に記載されておシ、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。
第2図は、強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもノ
テある。21と21′は、I 1120315nOzや
ITO(Indiurn−’I”in 0xide)等
の透明電極がコートされた基板(ガラス板)であり、そ
の間に太線で示した線23が液晶分子を表わしておシ、
この液晶分子23ばその分子に直交した方向に双極子モ
ーメン) 24 (P、)を有している。基板21と2
1′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
24はすべて電界方向に向くよう、液晶分子23は配向
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)P又はyは上向き(34)又は下向き(34
’)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る電界E又はPを
与えてやると、双極子モーメントは電界E又はE′の電
界ベヘクトルに対応して上向き34又は下向@34′と
向きを変え、それに応じて液晶分子は第1の安定状態3
3かあるいは第2の安定状態33′の何れか一方に配向
する。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
向が双安定性を有することである。第2の点を例えば第
3図によって説明すると、電界Eを印加すると液晶分子
は第1の安定状態33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E′を印加する
と、液晶分子は第2の安定状態33′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Eが一定の閾値を越えない
限シ、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、応答速度の運び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しく、一般的
にCよ0.5μ〜20μ、特に1μ〜5μが適している
。この神の強誘電性液晶を用いたマ) IJ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。
不発明の駆動法の好゛ましい具体例を第1図に示す。
第1図(4)−ja)は、中間に強誘電性液晶化合物が
狭まれたマトリクス電極構造を有するセル11の模式図
である。12は走査電極群であり、13は信号電極群で
ある。第1図(4)−(h)と(4)−(C)はそれぞ
れ選択された走査電極1.2fsl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)12
(n)に与えられる電気信号を示し、第1図(4)−(
d)と囚−(e)はそれぞれ選択された(情報有の)信
号電極13(S)に与えられる電気信号と選択されない
(情報無の)信号電極】3(川に力えられる電気信号を
表わす。第1図(5)−(1))〜(5)−(e)それ
ぞれ横軸が時間を、縦軸が°電圧を表す。例えば、動画
を表示するような場合には、走査電極群12は逐次周期
的に選択される。今、双安定性を有する液晶セルの第1
の安定状態を与えるための閾値電圧をvthlとし、第
2の安定状態を与えるだめの閾値電圧を−Vth2とす
ると、選択された走査電極12fs+に与えられる電気
信号は第1図(4)−(bl K示される如く位相(時
間) 1+では、2Vを位相(時間)t2では一■とな
るような交番する電圧である。又、それ以外の走査電極
12fn)は、第1図(4)−(C)に示す如くアース
状態となっており電気信号Oである。一方、選択された
信号電極13(5)に与えられる電気信号は第1図(4
)−(d)に示される夕日<位相tlにおいてOで、位
相後において■であり、又選択されない信号電極13(
nlに与えられる電気信号は第1図(4)−+6+に示
される如くOである。
以上に於て、電圧値VはV < Vth、 < 2 V
と一■>−V>−2Vを満足する所望のイ直に設定さh
2 れる。このような電気信号が与えられたときの、各画素
に印加される電圧波形を第1図(B)に示す。
第1図CB)の(B) −fa) 、 (B) 7 (
b) 、 (B) −(C)と(B) −(d)はそれ
ぞれ第1図(5)中の画素A、B、CとDは対応してい
る。すなわち、第1図(B)力・ら明ら力為な如く、選
択された走査線上にあるすべての画素は、第1の位相t
、で閾値電圧−Vth2を越える電圧−2■が印加され
るために、まず−旬一方の光学的安定状態(第1の安定
状態)に1えられる。このうち、情報信号有に対応する
画素Aでは第2の位相t2で、閾値電圧Vth、を越え
る電圧2vが印加されるために他方の光学的安定状態(
第2の安定状態)K転移する。又、同一走査線上に存在
し、情報信号無に対応する画素Bでは第2の位相t、に
於ける印加電圧は閾値電圧Vth+を越えない電圧Vで
あるために、一方の光学的安定状態に留ったままである
一方、画素CとDに示される如く選択されない走査線上
では、すべての画素CとDに印加される電圧は+V又は
Oであって、いずれも閾値電圧を越えない。従って、各
画素CとDにおける液晶分子は、配向状態を変えること
なく前回走査されたときの信号状態に対応した配向をそ
のまま保持している。即ち、走査電極が選択されたとき
に、まず第1の位相tlにおいて、−担一方の光学的安
定状態に揃えられ、第2の位相t2において−ライン分
の信号の書き込みが行われ、−フレームが終了して次回
選択されるまでの間は、その信号状態を保持し得るわけ
である。
従って、走査電極数が増えても、実質的なデユーティ比
はかわらず、コントラストの低下とクロストーク等は全
く生じない。
、コノ際、電圧III!■ノ値及び位相(tl”t2)
=Tの値としては、用いられる液晶材料やセルの厚さに
も依存するが、通常3ボルト〜70ボルトで、0.1μ
sec〜2μsecの範囲で用いられる。
本発明の駆動方法が有効に達成されるためには、走査電
極或いは信号電極に与えられる電気信号が、必ずしも第
1図(b)〜fe)に於て説明されたような単純な矩形
波信号でなくてもよいことは自り」である。例えば、正
弦波や三角波によって駆動することも可能である。
第4図は、液晶−光シヤツクに応用した時のマトリクス
電極構造の模式図が示されている。
この際、41はii!+i gであって、この部分のみ
両側の電極を透明なもので形成している。42は走査電
極群、43は信号電極群を表わしている。
第5図は、別の変形実施例である。第1図に示した実施
例との違いは第1図(5)−(b)に示す走査信号12
(S)の位相t、における電圧は半分のVとし、その分
すべての情報信号に位相t1に於て一■を印加している
。この方法によるメリットは1.各電極に与える信号の
電圧最大値が第1図に示した実施例に比べ半分で済む点
にある。
この際、第5図(4)−(alは、選択された走査電極
12(9)に印加する電圧の波形を示し、一方、選択さ
れない走査電極12(川には第5図(5)−fb)に示
す様にアース状態にされ、電気信号は0ボルードである
。第5図(A) −(C)は、選択された信号電極13
(S)に印加する電圧の波形を示して卦り、第5図囚−
(d)は選択されない信号電極13(n)に印加する電
圧波形を示している。第5図(B)は各画素A、B、C
2:Dに印加される電圧の波形を示している。すなわち
、第5図(B)の(B) −ta+ 、 (B)−fb
l 、 (B)  (C)と(B) −(cl)はそれ
ぞれ第1図回申の画素A、B、CとDに対応している。
今1でに述べた本発明の説明に於ては、一つの画素に対
応する液晶化合物層は一様であり、一画素全領域に渉っ
てどちらかの安定状態に配向を揃えているものとして来
た。しかし乍ら、強誘電性液晶の配向状態は、基板の表
面との相互作用によって極めて微妙に作用されるため、
印加電圧と閾値電圧vth+又は−”thzの差が小さ
い場合には、局所的な基板表面の僅かの差によって、−
画素内で互い逆方向の安定配向状態が混在している状況
が生じ得る。これを利用して情報信号の第2の位相に於
て階調性を与える信号を付加することが可能である。例
えば、第1図に於て述べた駆動方法と走査信号は全く同
一にして第6図tai〜(d)に示すような階調に応じ
、信号電極に印加する情報信号の位相t2に於けるノく
ルス数を変えることによって階調画像を得ることが可能
である2、 又、基板処理として自然発生的に生ずる基板表面状態の
ばらつきを利用するのみならず、人為的に、例えは、微
少モザイクノくターンを有する基板表面状態を利用する
ことも可能である。
decy#oxybenZy−fl、1dene−ど−
aml no −Z −me tlly#ブチル  レ
ゾルシリデン     オクチルアニリン−butyl
−resorcylidene−4’−octy7Ia
ni7ine(MBRA 8)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5rnH*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
た銅ブロック等により支持することができる。
本発明の方法は、液晶−光シャッタや液晶テレビなどの
光学シャッタあるいはディスプレイ分野に広く応用する
ことができる。
【図面の簡単な説明】 第1図(A) % (a)は、本発明の駆動法に用いる
液晶素子を模式的に示す平面図である。第1図(4)斗
(b)は選択された走査電極の信号を示す説明図である
。第1図(A)綬(C)は選択されない走査電極の信号
を示す説明図である。第1j図(5)へfd)は選択さ
れた信号電極の情報信号を示す説明図である。第1図(
A)〜(e)は選択されない信号電極の情報信号を示す
説[ユ[)図である。第1図(B) S fa)は画素
人の液晶に印加される電圧の波形図である。 第1113)外fb)は内素Bの液晶(で印加される電
圧の波形図である。第1図(B) % (c)は画素C
の液晶に印加される電圧の波形図である。第1図(B)
 5fd)は画素りの液晶に印加される電圧の波形図で
ある。第2図はカイラルスメ゛タテ・イIツク相液晶を
有する液晶素子を模式的に示す斜視図である。 第3図は本発明で用いる液晶素子を模式的に示す斜視図
である。第4図は本発明の駆動法を用いた液晶−光シャ
ッタの平面図である。第5図囚% ia)は別の具体例
における選択された走査電・襖の信号を示す説明図であ
る。第5図(A)へ(blは別の具体例における選択さ
れない走査電極の信号を示す説明図である。第5図(A
)〜fclは別の具体例における選択された信号電極の
情報信号を示す説明1ノ1でちる。第5図(A) % 
(d)は別の具体例における選択さ几ない信号電極の情
報信号を示す説明図でちる。第5図(B) S (a)
は別の具体例における画素人の液晶に印加される電圧の
波形図である。第5図(B)〜(b)は別の具体例にお
ける画素Bの液晶に印加される電圧の波形図である。 第5図(B)−+、(C)は別の具体例における画素C
の液晶に印加される電圧の波形図である。第5図(B)
% (d)は別の具体例における画素りの液晶に印加さ
れる電圧の波形図である。第6図(a)、第6図(b)
、第6図(C1および第6図(d)は信号電極に印加す
る電圧の波形例を示す説明図である。 11 液晶素子 12・・・走査電極群 123)・・選択された走査電極 13nl  選択されない走査電極 13・・信号電極群 13(S)・・・選択された信号電極 13(nl  選択されない信号電極 33 ・第1の安定状態に配向した液晶33′ ・第2
の安定状態に配向した液晶34・・上向き双極子モーメ
ン)P 34′  下向き双極子モーメントP′第ら霞(B) −−−−Vth cd)−−、。 一一□−□−ηh 手続補正書(自発) 昭和59年4月6日 特許庁長官 若 杉和夫  殿 1 事件の表示 昭和58年 特許願  第 686602 発明の名称 光学変調素子の駆動法 3 補正をする者 ’Jiイ/]との関係       特許出願人(1所
 東京都人1.i1区下丸子3−30−2名(イ1、(
10θ)キャノン株式会社代17と賀来龍三部 4代理人 居 所 1〒b 5、補正の対象 明細書 6、補正の内容 (1)明細書第4頁第11行の「光調変調」を「光学変
調」と訂正する。 (2)同上第7頁第8行のrlodotjをr20do
tJと訂正する。 (6)同上第14頁第6行の「狭まれた」を「挾まれた
」と訂正する。 (4)同第15頁最下行の「第1の安定状態」を1第2
の安定状態」と訂正する。 (5)同上第16頁第4行の「第2の安定状態」を「第
1の安定状態」と訂正する。 (6)同上第17頁第7行のr2μ5ecJを[2m 
sec Jと訂正する。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)走査電極群と信号電極群を有し、該走査電極群と
    信号電極群の間に電界に対して双安定性を有する光学変
    調物質を配置した構造を有する光学変調素子の駆動法に
    おいて、前記走査電極群の選択された走査電極と前記信
    号電極群の間で前記双安定性を有する光学変調物質を第
    1の安定状態に配向させる電圧を印加する第1の位相と
    、前記走査電極と選択された信号電極の間で第1の安定
    状態に配向した液晶を第2の安定状態に配向させる電圧
    を印加する第2の位相を有する電気信号を付与すること
    を特徴とする光学変調素子の駆動法。
  2. (2)  前記第2の位相における選択された信号電極
    に階調信号を印加する特許請求の範囲第1項記載の光学
    変調素子の駆動法。
  3. (3)  前記階調信号がパルス波形を有する特許請求
    の範囲第2項記載の光学変調素子の駆動法。
  4. (4)  前記双安定性を有する光学変調物質が強誘電
    性液晶である特許請求の範囲第1項記載の光学変調素子
    の駆動法。
  5. (5)  前記強誘電性液晶がカイラルスメクテイツク
    相を有する液晶である特許請求の範囲第4項記載の光学
    変調素子の駆動法。
  6. (6)  前記カイラルスメクテイツク相を有する液晶
    がC相又はH相を有する液晶である特許請求の範囲第5
    項記載の光学変調素子の駆動法。
  7. (7)  前記カイラルスメクテイツク相を有する液晶
    がらせん構造を形成していない液晶相である特許請求の
    範囲第5項記載の光学変調素子の駆動法。
  8. (8)前記C相又はH相を有するカイラルスメクテイン
    ク液晶がらせん構造を形成していない液晶相である特許
    請求の範囲第6項記載の光学変調素子の駆動法。
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