JPS62238534A - 駆動装置及びそれを有する光学変調素子 - 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に用いる駆
動装置に関し、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、とくに階調表示に
適した液晶光学素子の駆動装置に関する。

〔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テレ
ビジョンパネルでは、ＦＩＩＩＱ）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番ネマチック、ＴＮ−液晶）が
駆動し、同時に映像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
ス駆動方式のテレビジョンパネルでは、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じｆ　Ｔ　Ｎ
　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（ｌ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１７Ｎ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、特に液
晶テレビジョン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、走査側駆動回路と情報側駆動回路と
を有する駆動装置において、前記情報側駆動回路が少な
くとも２つのメモリー回路を有している駆動装置に特徴
を有し、特に第１基板と第２人（板との間に配置した光
学変調物質と、第１）１（板と第２基板のうちの少なく
とも一方の基板に設けた導’＋１４．膜及び該導電膜と
電気的に接続した低抵抗電送ラインとを有するかかる駆
動袋はの情報側駆動回路が少なくとも２つのメモリー回
路を有している駆動装置に特徴を有している。ざら番と
本発明の今一つの特徴は、一つの画素内に電位勾配を付
与し、画素毎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特徴
を有している。

〔実施例〕

以下、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ス 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本）、Ｈ相（３ｍ８本）、Ｉ相（ＳｍＩ本）
、Ｆ相（ＳｍＦ本）やＧ相（３ｍ０本）の液晶が適して
いる。この強誘電性液晶については、゛ル曝ジュルナー
ル・ド・フイジイク・レットル°゛（“ＬＥ　　ＪＯＵ
ＲＮＡＬ　　ＤＥ　　ＰＨＹＳＩＱＵＥ　　ＬＥＴＴＲ
Ｅ”）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」　（「Ｆｅｒｒ
ＯｅｌｅＣｔｒｉｃ　　Ｌｉｑｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａ
ｌＳ’）；　“アプライド−２イジイツクス・レターズ
°。

（”Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔ　
ｅ　ｒ　ｓ　”　）第３６巻、：ＪｒＪｌ１号、１９８
０年の［サブミクロφセカンド・バイスティプル・エレ
クトロオプティック・スイッチング・イン争リキッド・
クリスタルスＪ（ｒｓｕｂｍｉｃｒｏ　　５ｅｃｏｎｄ
　　Ｂ１５ｔａｂｌｅＥｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃ　　　
Ｓｗｉｔｃｈｎｇｉｎ　　　Ｌｉｑｕｉｄ　　　Ｃｒｙ
ｓｔａｌｓ」　）　　；°“固体物理上６　（１４１）
１９８１　ｒ液晶ｊ等に記・１＆されており１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、デシロキシへンジリデンーｙ−アミ
ノー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−クロ
ロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）および４−
ｏ−（２−メチル）−ブチルレゾルシリチン−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＊、ＳｍＩ＊、ＳｍＦ木、Ｓｍ
Ｇ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１強誘電性液晶セルの例を模式的に描いたもノ
テある。１１とｌ　ｌ’は、Ｉ　ｎ２０３　。

Ｓ　ｎ０２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ＳｍＣ本相０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１
３は、その分子に直交した方向に双極子モーメント（Ｐ
上）１４を有している。基板１１とｌ　ｌ’Ｌ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（Ｐ工）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置けば、電圧印加極性によ
って光学特性が変わされる。さらに液晶セルの厚さを充
分に薄くシた場合（例えばｌル）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ｆモーメント
Ｐ又はｙは上向き（２４）又は下向き（２４’）のどち
らかの配向状態をとる。

このようなセルに第２図に示す毎〈一定の閾値以上の極
性の異る電界Ｅ又はＥ′を付与すると。

双極子モーメント電界Ｅ又はｒ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
を利点を２つあげる。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ｙ町は電界を切って粗この第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０．５ｇ〜２０ｐ、特に１μ〜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、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１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
抗の全屈フィルムからなる電送電極ラインであり、表示
導電膜３２上に等間隔に」２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。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、電送電極ライ
ン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よって対向電極３４と
の間の電界に電位接続し、電送電極ライン３３し ２ム（ヒ、−−ヒ、自１ｉテ、トｖ−２コぜ１ＬＬｆｆ
ｉｌｌ；＝？−ｊｌｌｔ正電：−−−−−−−電−送一
電−１与手ネに所定の信号電圧Ｖａを印加すると、第８
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１１莫３２の面内の長さ方向ｆ
Ｌｔと文２にＶａの電位勾配を付与することができる。

この時、強誘電性液晶の反転閾値電圧ｖｔｈをＶ　ａ、
とした時、対向電極３４に−ｖｂを印加すると、ｆｆ１
８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閾値電圧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１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１１／を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１０５Ω／□であった０次いで、１
０００人厚でＡｌを前述の５ｎ０２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
ライン３３を複数本形成した。本例では電送電極３３の
間隔を２３０色とした、この電送電極３３のシート抵抗
は約０．４Ω／□であり、その幅を約２０μとした。一
方、対向基板には領域Ａをカバーするような、ＩＴＯ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／□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ｌＩＬ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−？−（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０表示用導電膜３２と対向電極３４か
重なる部分画素Ａの形状は、２３０　＃ＬＸ２３０終で
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図は、第
４図の駆動回路４３で発生するシグナル（ａ）の波形を
、第６図（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、−１２■の２００ＪＬＳｅ
Ｃパルスを又シグナル（ｂ）として、８Ｖの２００ｐＳ
ｅｃパルスをあらかしめ同期して与える（これを消去パ
ルスと呼ぶ）消去ステップを設ける。すると、液晶は第
１の安定状ｊＥ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）、この
状態より、第６図（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３３ｂに駆動
回路４３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、駆動回路４４
からのパルスは７ＪＴＪ５図のパルスと同一のものでよ
い。

パルス印加電圧−２Ｖ（第６図（ａ）に対応）と−５Ｖ
（第６図（ｂ）に対応）では全く四状７８７１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（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２
０Ｖ（第６図（ｅ）に対応）で画素Ａ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。

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は対向ノ、（
板を表わしている。

又、本発明では前述の例で使用したアルミニウム（Ａ文
）の電送電極３３の他に銀、銅、金、クロムなどの金属
を電送電極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１０２Ω／□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
／□〜ＩＭΩ／□のシート抵抗をもつ透明導電膜を用い
ることができる。

第塾９図は本発明による階調表現方式の具体例を示して
いる。

第９図中９１は強誘電性液晶（Ｆ　Ｌ　Ｃ）パネル、９
２は走査側駆動回路で、ｓＬ、ｓ２゜ｓ　３、−−−−
はＦＬＣパネル９１の走査線である。９３は奇数番目情
報の情報側駆動回路で得数番目の情報線１１．Ｉ３．Ｉ
５．−−−−の１走査線分のメモリをもつ。９４は偶数
番目情報の情報側駆動回路で偶数番目の情報線Ｉ２゜Ｉ
　４　、　Ｉ　６、−−−一の１走査線分のメモリをも
つ、また９５は出力レベル制御入力端子で、レベル“ｌ
°゛で奇数情報側駆動回路９３又は偶数情報側駆動回路
９４の駆動回路の全ての出力がノフ準電圧に保たれ、レ
ベル“Ｏパで情報に応じた出力レベルが出力される。９
６は情報入力端子である。ＳＷｌはスイッチで、スイッ
チ制御入力端子９７がレベル°“１°゛で９６ａ側に接
続され、レベル“°０゛で９６ｂ側に接続される。

いま、カラー表示を行った場合、情報入力端子９６に第
１Ｏ図（ｂ）の様なカラー情報を入力する。■情報時間
ｔに対して第１０図（ｅ）の様な信号をスイッチ制御入
力端子９７に入力することによって、奇数番目の情報側
駆動回路９３内のメモリー９３Ｍおよび偶数番目の情報
側駆動回路９４内のメモリー９４Ｍに第１０図（ａ）の
様に記憶される。また、ＦＬＣパネル９１には、各情報
線に対応して第１０図（ａ）の様にカラーフィルターＲ
（赤）、Ｇ（緑）とＢ（青）の順番に配列させて形成し
たカラー画素１００が設けられている。ここで、各メモ
リ９３Ｍと９４Ｍに１走査線分のカラー情報Ｒｔ　、Ｇ
１　、Ｂｌ　、Ｒ２，Ｇ２．−−−一が奇数番目と偶数
番目毎に記憶された後、走査線Ｓ１に−ｖｂを与える７
＋Ｓによって、液晶層に加わる電圧がしきい値電圧ｖｔ
ｈを超えた部分のみ反転する。第１１図にそのタイミン
グ図を示した。

第１期間Ｔ１で出力レベル制御入力端子９５のレベルを
“°１°゛にする事によって、奇数番目の出力レベルは
全て基準電圧Ｖｒとなり、偶数番目の出力レベルは各々
情報に応じた出力電圧Ｖａとなる。この状態を第１２図
の第１期間Ｔｉに示す、また第２期間Ｔ２では出力レベ
ル制御入力端子９５のレベルを“Ｏ”にする事によって
、偶数番目の出力レベルは全て基準電圧Ｖｒとなり、奇
数番目の出力レベルは各々情報に応じた出力電圧Ｖａと
なる。この状態を第１２図の第２期間Ｔ２に示す、これ
により、第１期間Ｔ１で偶数番目の情報を書き込み。

第２期間Ｔ２で奇数番目の情報を書き込むことができる
。第１３図は、Ｒ−Ｇ−Ｂ毎に独立入力する場合を示し
たもので、Ｒ＠Ｇ＠Ｂのそれぞれの情報期間Ｔに対して
スイッチＳＷ２とスイッチＳＷ３を第１４図のように切
り換え、奇数側と偶数側の各メモリー９３Ｍと９４Ｍに
入力する市によって駆動することができる。

前記駆動法は１階調カラー表示の他に二値のカラー、白
黒、白黒階調にも適応できる。この際、メモリ９３Ｍと
９４Ｍは二値表示の場合フリップフロップ型のシフトレ
ジスタ等が用いられ、階調表示の場合、第１５図に示す
様なサンプルアンドホールド型のアナログメモリーが使
用できる。

第１５図は、アナログ型メモリーを用いた情報側駆動回
路、例えば奇数情報駆動回路９３の具体例を表わしてい
る。又、偶数情報駆動回路９４についても同様の回路を
用いることができる。この駆動回路には情報ライン毎に
スイッチング回路１５１と、サンプルホールド用コンデ
ンサ１５２とバッファ回路１５３が配線されている。又
、スイッチング回路１５１としては、電界効果型トラン
ジスタを用いたゲート回路を用いることが好ましい。

又、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〕

本発明によれば１表示パネルへの高速書込みＱｅｉｉ＃
Ｈ−ｒｔｋ　ｉ　＋−’ｌ　ｈＪ３Ｑ　ｌ＋　ｌ　−ｒ
’、ｔ”ｍ１ｌＴ　　ｉｋスいはパ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、階調表示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
一方の基板を表わす斜視図である。第４図は１本発明で
用いる液晶光学素子の断面図である。第５図及び第６図
（ａ）〜（ｅ）は本発明で用い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（ａ）及び（ｂ）は１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。第
９図は、本発明の駆動装置を示す駆動回路図である。第
１０図（ａ）〜（Ｃ）は、カラー表示駆動例を示す説明
図である。第１１図はカラー表示駆動時のタイミングチ
ャート図である。第１２図は、−走査ライン上の画素に
現われた電位勾配レベルとその１１νの表示状ｙムを表
わす説明図である。 第１３図は、情報信号を出力する蒔の別の駆動回路図、
第１４図はその時のタイミングチャート図である。第１
５図は、アナログ型メモリーを用いた情報側駆動回路図
である。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）走査側駆動回路と情報側駆動回路とを有する駆動
   装置において、前記情報側駆動回路が少なくとも２つの
   メモリー回路を有していることを特徴とする駆動装置。
2. （２）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
   板に設けた導電膜及び該導電膜と電気的に接続した低抵
   抗電送ラインとを有する光学変調素子に接続した駆動装
   置であって、かかる駆動装置の情報側駆動回路が少なく
   とも２つのメモリー回路を有していることを特徴とする
   駆動装置。
3. （３）前記電送ラインが情報側駆動回路に接続されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の駆動装置。
4. （４）前記情報側駆動回路から電送ラインに印加する情
   報信号が階調に応じた波高値のパルス信号である特許請
   求の範囲第３項記載の駆動装置。
5. （５）前記情報側駆動回路から電送ラインに印加する情
   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項記載の駆動装置。
6. （６）前記情報側駆動回路から電送ラインに印加する情
   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項記載の駆動装置。
7. （７）前記第１の電極のシート抵抗が前記導電膜のシー
   ト抵抗より小さいシート抵抗である特許請求の範囲第２
   項記載の駆動装置。
8. （８）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２項記載の駆動装置。
9. （９）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２項記載の駆動装置。
10. （１０）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９項記載の駆動装置。
11. （１１）前記少なくとも２つのメモリー回路のうち一方
    のメモリー回の出力を基準電位に設定し、他方のメモリ
    ー回路の出力を情報信号電位に設定する特許請求の範囲
    第２項記載の駆動装置。