JPS62238533A - 光学変調素子の駆動法 - Google Patents

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〕 本発明は、表示パネルのための光学変調素子の駆動法に
関し、詳しくは双安定性を有する液・　晶物質、特に強
誘電性液晶を用いた表示パネル、レ　／　　＋ｖ　　１
輿　卯１　　＝１＝　−；二　−デ　＋／８１　　軸　
４ル　（１零、六５　専ヱ　ハ　訳ｑ　屓ｈ　・１トに
関する。

（従来の技術〕 従来のアクティブマトリクス駆動方式を用いた液晶パネ
ルでは、薄膜トランジスタ（Ｔ　Ｐ　Ｔ）を画素毎のマ
トリクス配置し、ＴＰＴにゲートオンパルスを印加して
ソースとドレイン間を導通状態とし、このとき映像画像
信号がソースから印加され、キャパシタに蓄積され、こ
の蓄積された画像信号に対応して液晶（例えばツィステ
ッド・ネマチック；ＴＮ−液晶）が駆動し、同時に信号
の電圧を変調することによって階調表示が行なわれてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、この様なＴＮ液晶を用いたアクティブマトリク
ス駆動方式のパネルでは、使用するＴＰＴが複雑な構造
を有しているため、構造工程数が多く、高い製造コスト
がネックとなっているうえに、ＴＰＴを構成している薄
膜半導体（例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコ
ン）を広い面積に亘って被膜形成することが難しいなど
の問題点がある。

一方、低い製造コストで製造できるものとしてＴＮ液晶
を用いたパッシブマトリックス駆動方式の表示パネルが
知られているが、この表示パネルでは走査線（Ｎ）が増
大するに従って、１画面（１フレーム）を走査する間に
１つの選択点に有効な電界が印加されている時間（デユ
ーティ−比）が１／Ｎの割合で減少し、このためクロス
トークが発生し、しかも高コントラストの画像とならな
いなどの欠点を有している上、デユーティ−比が低くな
ると各画素の階調を電圧変調により制御することが難し
くなるなど、高密度配線数の表示パネルには適していな
い。

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕本発明の
目的は、前述の欠点を解消したもので、詳しくは広い面
積に亘って高密度画素をもつ表示パネルの駆動法、とく
に階調表示に適した光学変調素子の駆動方式を提供する
ことにある。

すなわち本発明は、画素内に電位勾配を形成し、かかる
電位勾配に基いて駆動を行なう方式のもので、特に第１
基板と第２゛基板との間に配置した光学変調物質と、第
１基板と第２基板のうちの少なくとも一方の基板に配置
した導電膜及び該導電膜と電気的に接着した複数の低抵
抗電送ラインとを有する光学変調素子の駆動法であって
、導電膜を電極゛とし、該電極と対向電極との間に光学
変調物質の閾値電圧を越えた電圧を印加することによっ
て全画素を白の表示状態（光学変調物質の第１の安定状
態に基づくものとする）にクリヤーする第１ステツプと
、導電膜を抵抗膜とした上で、電送ラインに電圧信号を
印加することによって選択された画素を黒の表示状態（
光学変調物質の第２の安定状態に基づくものとする）に
書込む第２ステツプとを有する光学変調素子の駆動方法
に４１Ｆ徴を有している。さらに本発明の今１つの特徴
は１つの画素を構成する相対向する２つの電送電極ライ
ンの少なくとも一方に階調に応じた波高値のパルス信号
あるいは階調に応じたパルス幅又はパルス数の信号を印
加し、画素内で反転閾値電圧を越えた領域と越えない領
域を形成することによって階調性を表現する駆動方式に
ある。

〔実施例〕

以下１本発明を図面に従って説明する。本発明の駆動法
で用いる光学変調物質としては、加えられる電界に応じ
て第１の光学的安定状態（例えば明状態を形成するもの
とする）と第２の光学的安定状態（例えば暗状態を形成
するものとする）を有する、すなわち電界に対する少な
くとも２つの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ック
液晶が最も好ましく、そのうちカイラルスメクチックＣ
相（ＳｍＣ＊）、Ｈ相（ＳｍＨ末）、Ｉ相（ＳｍＩ本）
、Ｆ相（ＳｍＦ本）やＧ相（５ｍ０本）の液晶が適して
いる。この強誘電性液晶については、°°ル・ジュルナ
ール會ド番フイジイクΦレットル°゛（°“ＬＥ　　Ｊ
ＯＵＲＮＡＬ　　ＤＥＰＨＹＳＩＱｔＪＥ　　ＬＥＴＴ
ＲＥ”）第３６巻（Ｌ−６９）１９７５年の「フェロエ
レクトリック・リキッド・クリスタルス」 （ｒＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　　ＬｉｑｕｉｄＣｒ
ｙｓｔａｌｓＪ）；　“アプライド・フイジイツクス争
−レターズパ（“ＡＰＰｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ　　Ｌ
ｅｔｔｅ、ｒｓ”）第３６巻。

第１１号、１９８０年の「サブミクロφセカン゛ド・バ
イスティプル中エレクトロオプティック・スイッチング
・イン・リキッド会りリスタルスＪ　　（ｒｓｕｂｍｉ
ｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄＢｉｓｔａｂｌｅ　　Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｏｐｔｉｃＳｗｉｔｃｈｎｇ　　ｉｎ　　Ｌｉｑ
ｕｉｄＣｒｙｓｔｅｌｓＪ）；“固体物理上６（１４１
）１９８１ｒ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、本発明法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−ｙ−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−ｙ−アミノ−２−グロ
ロブロピルシナンメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）および４−
ｏ−（２−メチル）−ブチルレゾルシリテン−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木、ＳｍＨ木、ＳｍＩ木、ＳｍＦ
木、ＳｍＧ木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。

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ｌ　ｌ’は、Ｉｎ２Ｏ３゜Ｓ　ｎ　０２
やＩＴＯ（インジウム−ティン−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１２がガラス面に垂直になるよう配向したＳ
ｍＣ末相の液晶が封入されている。太線で示した線１３
が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（Ｐ工）１４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）　（ＰＪ−）１４はすべて電
界方向に向くよう、液晶分子１３の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、
その長袖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首けば、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シた場合
（例えば１Ｋ）には、第２図に示すように電界を印加し
ていない状態でも液晶分子のらせん構造はほどけ（非ら
せん構造）、その双極子モーメン）Ｐ又はｙは上向き（
２４）又は丁子モーメント′尾界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、それに応じて液晶分子は第１の安定状態２３（明状
態）か或は第２の安定状態２３′（暗状態）の何れか一
方に配向する。

この様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性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ってもこの第１の安定状態２３が
維持され、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、やはり電界を切ってもこの状態に保ち、それ
ぞれの安定状態でメモリー機能を有している。このよう
な応には、セルとしては出来るだけ薄い方が好ましく、
一般的には０．５終〜２０ル、特にｌＩＬ〜５ルが適し
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１例えばクラークと
ラガバルにより、米国特許第４，３６７．９２４号明細
書で提案されている。

次に、本発明で用いる液晶光学素子の詳細を第３図を参
照して説明する。

第３図中の３１は、一方の基板である。３２は表示導電
膜であり３１の基板上に積層されている。３３は、低抵
抗の金属フィルムからなる電送電極であり１表示導電［
３２上に等間隔に平行に並んで積層されている。又基板
３１に対して図示されていない他方の基板が対向してお
り該他方の基板上の図中画素Ａの領域に対応する領域に
は対向導電膜（対向電極）３４が配置されている０表示
用導電膜３２と対向電極３４との間には、前述した光学
的変調物質がサンドイッチされている。

前記により構成される液晶光学素子では、電送電極３３
に印加された信号電圧により表示用導電膜３２の面内に
電位勾配を付与することにを基準電位点ＷＥ（例えばＯ
ポルト）に接続す し、電送電極ライン３３％ 一１゛−− 意考本＃コに所定の信号電圧Ｖａを印加すると、第１１
図（ａ）の如く電送電極ライン間３３ａと３３ｂあるい
は３３ｂと３３ｃの導電膜３２の面内の長さ方向文１と
文２にＶａの電位勾配を付与することができる。この時
５強誘電性液晶の反転閾値電圧Ｖｔｈｔ−Ｖａとした時
、対向電極３４に−ｖｂを印加すると、第１１図（ｂ）
に示す様に導電膜３２の面内の長さ方向ｍ１とｍ２に対
応する強誘電性液晶に反転闇値電圧ｖｔｈ以上の電位差
Ｖａ＋Ｖｂが印加されることになり、かかるｍｌとｍ２
に対応した領域が例えば明状態から暗状態に反転するこ
とができる。従って、本発明では画素毎に階調に応じた
値でｖｂを印加することによって階調性を表現すること
ができる。この際、対向電極３４に印加する電圧信号−
ｖｂを階調情報に応じてその電圧値を変調してもよく、
又は階調情報に応じてそのパルス幅を変調してもよく若
しくはそのパルス数を変調することによって階調性を制
御することができる。

又、本発明では前述の階調信号を印加するに先立って、
画素を明状態か暗状態のうち何れか一方の状態にする消
去ステップを経てから。

その状態を反転させる反転電圧が階調に応じて制御され
て強誘電性液晶に印加される様にしておくことが必要で
ある。

さらに、本発明の好ましい具体例を挙げて説明する。

第３図においてガラス基板３１上にスパッタリング法に
よって約２００人の厚さの透明導電膜であるＳ　ｎ　Ｏ
２膜を形成し表示用導電膜３２とした。このＳ　ｎ　Ｏ
２膜のシート抵抗は１０５Ω７／口であった０次いで、
１０００人厚で人文；Ｌを前述のＳ　ｎ　Ｏ２膜上に真
空蒸着し、再びパターニングすることにより第３図の如
く電送電極３３を複数本形成した。本例では電送電極３
３の間隔を２３０牌とした、この電送電極３３のシート
抵抗は約０．４Ω／口であり、その幅を約２０川とした
。一方、対向基板には領域Ａをカバーするような、ＩＴ
Ｏ膜を対向電極３４として設けた。この対向電極３４と
なるＩＴＯ膜のシート抵抗は約２０Ω／口であった。

このようにして作成された２つの基板のそれぞれの表面
に液晶配向膜として約５００人のポリビニルアルコール
層を形成し、ラビング処理を施した。

次に、２つの基板を対向させ１間隙が約１゜となるよう
調節し、強誘電性液晶（ｐ−η−オクチルオキシ安息香
酸−ｙ−（２−メチルブチルオキシ）フェニルエステル
とｐ−η−ノニルオキシ安息香酸−Ｆ’−（２−メチル
ブチルオキシ）フェニルエステルを主成分とした液晶組
成物）を注入した。表示用導電膜３２と対向電極３４が
重なる部分画素Ａの形状は、２３０　ｇＸ２３０ルであ
って、液晶注入後の静電容量は約３ＰＦであった。但し
、画素Ａの幅は このようにして形成した液晶セルの両側に、偏光板をク
ロスニコルにして配設し、光学特性を観測した。

第４図は電気信号の印加力法を模式的に示したものであ
り、第５図及び第６図は電気信号である。第５図（ａ）
と（ｂ）は、第４図の駆動回路４３と４５で発生するシ
グナルＣ＆）の波形を、第６図（Ａ）は駆動回路４３か
らのもう１つのパルスを第６図Ｂ　（ａ）〜（ｅ）は第
４図の駆動回路４４で発生するシグナル（ｂ）の波形を
表わしている。

さてシグナル（ａ）として駆動回路４３から第５図（ａ
）に示す信号波形を出力し、シグナル（Ｃ）として駆動
回路４５から第５図（ｂ）に示す信号波形をシグナル（
ａ）と同期させて出力する。このステップは、クリヤー
ステップに相当しており、全画素に消去パルスとして２
０Ｖの電圧が印加される。すると、液晶は第１の安定状
態にスイッチングされ、画素Ａ全体が明状態となる（こ
のようにクロス偏光板を配置した）。

尚１本発明では第５図に示すパルス幅１秒、波高値−１
２Ｖと８ｖのパルスに限定されるものではない。

この際、導電Ｆ１３２の抵抗値は、シート抵抗に等しく
導電膜３２のシート抵抗を１０２Ω／口〜１０５Ω／口
とすると１０２Ω〜１０５Ωとなる。一方、各画素の静
電容量は１画素当り約３ｐＦであるから、第３図の対向
導電膜３４を全て並列接続とした最大値は全画素数をｔ
ｏｏｏｘｔ０００＝１０１３とすれば全容量は３Ｘ　Ｉ
　０−１２Ｘ　Ｉ　Ｏ６＝　３Ｘ　ｌ　Ｏ−［ｉＦとな
る。

従って、その時定数は（１０２〜１０５）Ｘ３Ｘ　１０
４＝　３　Ｘ　１０−４〜３　Ｘ　１０−１秒となる。

従って１本発明ではクリヤーステップ時のパルス幅を前
述した時定数によって決めることかできる。この状態よ
り、第６図Ｂ（ａ）〜（ｅ）に示されるような種々のパ
ルスをシグナル（ｂ）として電送電極ライン３３に駆動
回路４％からのパルスと同期させて印加したときの画素
Ａの光学的状態を第７図に示す、この際の駆動回路４４
からのパルスは第６図（Ａ）に示す。

パルス印加電圧−２Ｖ（第６図Ｂ（ａ）に対応）と−５
Ｖ（第６図Ｂ（ｂ）に対応）では全く明状態７１からの
変化は生じない（第７図（ａ）に対応）が、パルス印加
電圧−８ｖ（第６図（ｃ）に対応）では電送電極３３の
近傍の液晶は暗状態７２ヘスイツチングする（第７図（
ｂ）に対応）、さらに、印加電圧を一１４Ｖ（第６図Ｂ
　（ｄ）に対応）と長くした場合には、暗状態７２の領
域は図示の如く広くなり（第７図（ｃ）に対応）、印加
電圧２０Ｖ（第６図Ｂ　（ｅ）に対応）で画素へ全体が
暗状態７２にスイッチングされる（第７図（ｄ）に対応
）、このようにして、階調性のある画像を形成すること
ができる。

又、第９図（ａ）〜（ｅ）に示されるような種々のパル
ス幅の異なるシグナル（ｂ）と第８図に示されるような
三角波パルスを同期して与えたときでも、前記に第７図
に図示した光学的状態変化を示すことができる。この際
、第８図に示すパルスを電送電極ラインに印加し、この
パルスと同期して第９図（ａ）〜（ｅ）に示すパルスを
階調に応じて対向電極３４に印加することによって階調
性を表現することができる。

尚、第４図中、４１は強誘電性液晶、好ましくは双安定
状態下のカイラルスメクチック液晶、４２は対向基板を
表わしている。

又１本発明では前述の例で使用したアルミニウム（Ａｌ
ｌの電送電極ライン３３の他に銀、銅、金、クロムなど
の全屈を電送電極ライン３３として使用することができ
、好ましくはそのシート抵抗を１０Ω／口以下とするこ
とができる。又、電位勾配が付与される導電膜３２とし
ては１０２Ω／口〜１０５Ω１０のシート抵抗をもつ透
明溝ＴＬ膜を用いることができる。

かかるシート抵抗は、透明導電膜の膜厚を調節すること
によって適当な値に設計することができる。

第１０図は１本発明の別の具体例を表わしている。第１
０図に示す液晶光学素子は、一方の一枚の導電膜１０１
には平行な複数の電送電極ライン１０２が配線され、そ
れぞれが走査信号発生回路（図示せず）に接続した端子
Ｓ、、ｓ２、−−−−ｓ７に接続されている。導電膜１
０１にはシグナル（Ｃ）を発生する駆動回路４５が接続
されている。これら電送電極ライン１０２と交差させて
複数のストライプ状導電膜からなる電極１０３が対向配
置され、前述の導電膜１０１とストライプ状電極１０３
との間には強誘電性液晶が配置されている。このストラ
イプ状電極１０３の端子工１　＋　工２　＋−−−−■
５はそれぞれ情報信号発生回路（図示せず）に接続され
ている。電極１０３と導電膜１０１間に第５図（ａ）と
（ｂ）に示す信号波形を印加することにより、複数の画
素を同時に白又は黒の表示状態とすることができる。

従って、本例では液晶光学素子の端子Ｓ１゜ｓ　２　、
−−−−ｓ　７に順次走査信号を印加し、かかる走査信
号が印加されていない端子は基準電位点に接続すること
によって電位勾配を形成する。一方、ストライプ状電極
１０３には走査信号と同期させて階調信号を印加するこ
とによって階調性の画面を形成することができる。又、
本発明では前述のストライプ状電極１０３に順次走査信
号を印加し、この走査信号と同期させて奇数番目（又は
偶数番目）電送電極ラインに階調信号を印加し、偶数番
目（又は奇数番目）の電送電極ラインを基準電位点に接
続することによっても階調駆動が行なえる。以上の説明
においては上側の基板及び駆動回路は下側の基板及び駆
動回路と同一の構成でも、そのまま適用できることは明
らかである。なおこのときは液晶セル前面の同時ＯＮま
たは同時ＯＦＦが可能となる。

又１本発明では前述の強誘電性液晶の他にツィステッド
ネマチック液晶、ゲストホスト液晶などを用いることが
できるが、最も好ましくは強誘電性液晶、特に少なくと
も２つの安定状態をもつ強誘電性液晶が適している。

〔発明の効果〕

画素を構成する少なくとも一方の導電膜面内に電位勾配
を形成し、入力信号として電圧値、あるいハハルス幅あ
るいはパルス数等によって変調された階調信号を印加す
ることにより１階調表示および複数の画素の同時ＯＮま
たは同時ＯＦＦを行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明で用いる強誘電性液晶表示
を模式的に示す斜視図である。第３図は本発明で用いる
一方の基板を表わす斜視図である。第４図は１本発明で
用いる液晶光字素るパルス波形を表わす説明図である。 第７図（ａ）〜（ｄ）は、画素の階調性を表わす模式図
である。第８図及び第９図（ａ）〜（ｅ）は、本発明で
用いる別のパルスの波形を表わす説明図である。第１０
図は１本発明で用いる別の液晶光学素子を表わす平面図
である。第１１図（ａ）及び（ｂ）は、本発明で用いる
電位勾配を模式的に表わす説明図である。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１基板と第２基板との間に配置した光学変調物
   質と、第１基板と第２基板のうちの少なくとも一方の基
   板に配置した導電膜及び該導電膜と電気的に接続した複
   数の低抵抗電送ラインとを有する光学変調素子の駆動法
   であって、導電膜を電極とし、該電極と対向電極との間
   に光学変調物質の閾値電圧を越えた電圧を印加する第１
   ステツプと、導電膜を抵抗膜とした上で、電送ラインに
   電圧信号を印加する第２ステツプとを有することを特徴
   とする光学変調素子の駆動法。
2. （２）前記電送ラインに印加する電圧信号が走査信号で
   ある特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
3. （３）前記電送ラインに印加する電圧信号が情報信号で
   ある特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
4. （４）前記情報信号が階調に応じたパルス幅のパルス信
   号である特許請求の範囲第３項記載の駆動法。
5. （５）前記情報信号が階調に応じたパルス数のパルス信
   号である特許請求の範囲第３項記載の駆動法。
6. （６）前記情報信号が階調に応じた波高値をもつパルス
   信号である特許請求の範囲第３項記載の駆動法。
7. （７）前記導電膜のシート抵抗が１０＾２Ω／□以上で
   ある特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
8. （８）前記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項記載の駆動法。
9. （９）前記強誘電性液晶がカイラルスメクチツク液晶で
   ある特許請求の範囲第８項記載の駆動法。