JPS63136027A - 強誘電性液晶素子の階調表示方法 - 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］ 本発明は画像表示装置に関するもので、特に、強誘電性
液晶を用いた液晶表示素子の階調表示方法に関するもの
である。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、強誘電性液晶を用いた液晶表示素
子の階調表示方法において、液晶セルに交番電圧を一定
時間印加し、液晶分子の配向状態を変化させ、電圧によ
る階調表示可能領域の幅を大きくすることにより、マト
リクス駆動による階調表示を可能とする技術を開示する
ものである。

［従来の技術］ 従来、強誘電性液晶素子の階調表示方法の代表的なもの
としては、 （１）ディザ法等の擬似階調法 （２）フリッカが感じられない程度の周波数で、階調レ
ベルに応じて各画素をスイッチする時間変調法 （３）電界によっである一つの画素の中にオンの部分と
オフの部分を混在させる方法 等の３つの方法が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、（１）の方法では数画素をまとめて１画
素とし、これを階調表示するので、表示が粗くなってし
まうという欠点があり、（２）の方法では１画面を構成
する時間が遅くなるという欠点がある。また（３）の方
法では１階調表示可能領域な規定する印加電圧Ｖの２つ
の閾値Ｖ　１　　、　Ｖ　２（Ｖｌ＜Ｖ２）の幅γ（＝
Ｖ２−Ｖｌ　）が小さく、階調制御が困難であるうえ、
大面積化した場合、ｖｌ及び■２の画素毎のばらつきに
よってマトリクス駆動がほとんど不可能になるという欠
点があった。

本発明は特に（３）の方法において、γの値を大きくす
ることによって上記従来の欠点を除去し、強誘電性液晶
のマトリクス駆動による階調制御を可１Ｂとする階調表
示方法を提供することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明において、上記問題点を解決するために創案され
た階調表示方法は、電極が形成された一対の平行基板間
に、電界に対して双安定性を有する強誘電性液晶を挟持
したセル構造の強誘電性液晶素子の階調表示方法であっ
て、電界印加前の透過光量をＩｏとし、波高値Ｖｉｎ（
＞０）、幅Δ丁のパルス電界印加後の透過光量を工とし
たとき、Ｖ　ｉｎ、！＝　Ｉ　（７）関係が、Ｖ　ｉｎ
≦Ｖ　Ｉ　ではＩ＝Ｉｏ。

Ｖ１≦Ｖｉｎ≦ｖ２では工がＶｉｎの増加と共に増加し
、ｖ２≦Ｖｉｎでは工が一定となるような２つの閾値Ｖ
１とＶｚによって規定され、上下電極間に振＠Ｖ　ｒの
交番電圧を一定時間印加することにヨッテ、Ｖ２−Ｖｌ
　（７）値をＶ２　／Ｖｌ　≦３１７）［囲で交番電圧
印加前の値より大きくし、この状態で表示動作を行なう
様にしたことを特徴とするものである。

［作　用］ 電界に対して双安定性を有する強誘電性液晶を挟持した
セルに交番電圧ｖｒを一定時間印加すると、液晶分子の
配向状態が変化し、−画素内において色調が白から黒ま
での多値をとる微小部分が混在するようになる。すなわ
ち、交番′電界を与えることにより、階調表示の際の色
調の段数が増加することになるため、階調表示領域を規
定する印加電圧Ｖｉｎの２つの閾値Ｖ１とＶｚの幅が広
がることになる。したがって、−画素内において印加電
圧Ｖｉｎに対する透過光量の安定値Ｉの領域も広がるこ
とになり、印加電圧Ｖｉｎにより、それぞれの色調の微
小部分の割合を変化させることによって、段階的な階調
表示を行なうことができる。また、Ｖｌ及び■２の値が
画素により多少パラついていても、Ｖｌとｖｚの幅が大
きいため、その中間付近に選択走査電圧を設定すること
により、マトリクス駆動を可能とすることができる。

［実施例］ 第２図は本発明に用いられる液晶セルの模式図である。

第２図の液晶セル１０において、第１の基板１１及び第
２の基板１２の各基板上には各々ストライプ状の第１の
電極１．第２の電極２が形成され、更にその上に５ｉ（
ｈより成る絶縁膜３、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）
より成る配向膜４が形成されている。配向膜４にはラビ
ング処理が施され、前記電極がマトリクス構造となるよ
うに対向配置された基板間には強誘電性液晶５が封入さ
れている。第１の電極１及び第２の電極２は、外部に設
けられた電源６と接続されていて、この電源６から交番
電圧Ｖｙを印加することにより、液晶の配向状態が制御
される。このセルは、オンの部分とオフの部分から成る
２値状態を一画素内に混在させた従来の階調表示セルと
は質的に異なり、色調が白から黒までの多値をとる微小
部分を一画素内に混在させ、電界強度によってそれぞれ
の色調の微小部分の割合を変化させることを特徴とする
ものである。

第３図（ａ）は、従来のオンの部分とオフの部分からな
るｚ値状態を１画素内に混在させた階調表示セルの画素
の模式図であり、第３図（ｂ）は本発明の実施例で用い
られるセルの画素の模式図である。第３図（ｂ）に示す
ような多値色調の微小部分は、セルに交番電圧を一定時
間印加することによって初めて実現されるもので、それ
ぞれの微小部分の一色調に対する安定性は、周囲の微小
部分との混在によって維持されていると考えられる。

上記セルに’Ｉｌｉ：源６より１５Ｖ　（Ｖｐ−ｐ）　
ノ交ａ７ｎ圧Ｖｌを印加して液晶分子の配向状態を変化
させた。なお、ここでは交番電圧を各電極を通じて印加
したが、セル全体を更に広い電極間に挟み、これらの電
極から交番電圧を印加してもよい。

第１図は、交番電圧を印加する前と印加した後における
印加電圧Ｖ　ｉｎ　（パルス幅１　ｍ５ｅｃ）と透過光
量の安定値Ｉの関係を示す図である。第１図において、
（ａ）は交番電圧印加前の特性を表わし、（ｂ）は印加
後の特性を表わしている。印加電圧Ｖｉｎと透過光量の
安定値Ｉとの関係は、交番電圧を印加することにより（
ａ）から（ｂ）へ変化した。

この時、交流電界印加前後の階調表示可能領域γ＝Ｖ２
−Ｖ、は 印加前（ａ）　　γ＝２．６Ｖ 印加後（ｂ）　　γ＝ａ、ＯＶ となった、液晶の各閾値電圧Ｖ　ｌ　　＊　Ｖ　２は画
素によって幾分ばらつくのが一般的なので、電圧によっ
て階調表示を行なうにはγの値は大きい方が望ましい。

すなわち、上述のように交番電圧ＶＴを印加することに
より、電圧階調表示が容易となる。なお、透過光量の安
定値Ｉを段階的に制御できるのはｖ１≦Ｖｉｎ≦Ｖ２の
範囲であるが、後述するようにマトリクス駆動時にはｖ
ｌとＶ２の中間付近に選択走査電圧を設定し１表示電圧
の絶対値をｖｌより小さい範囲で階調信号に応じて与え
るので、上記制御範囲を最大限に利用するにはＶ　２　
／　Ｖ　ｌ≦３とする必要がある。

第４図はＶｉｎ＝ＩＯＶの時の具体的な光学応答を示す
波形図である。この光学応答は、セルをクロスニコル関
係に配置した偏光子の間に挟んで最暗となるように調整
し、パルス状の印加電圧Ｖｉｎに対して、その透過光Ｍ
　Ｉ　ｏをフォトマルチプライヤ−で検知してオシロス
コープ上に記録したもので、横軸は時間ｔを示し、縦軸
は透過光量Ｉｏ及び印加電圧Ｖｉｎを示している。第４
図に示すように、パルス状の印加電圧Ｖｉｎに対し、一
般的にはパルスが印加されている時には、透過光ｍ　Ｉ
　Ｏは時間とともに単調に増加し、パルスが切れる直前
に、最大値に達する。また、パルスが切れたあとは、透
過光量ＩＯはある緩和部をもって時間とともにしだいに
減少するが、十分な時間を経過した後は、時間とともに
変化しない安定値Ｉをむかえる。この透過光量の安定値
Ｉは、第１図に示すように、Ｖｉｎ≦Ｖｌ（５Ｖ）では
電圧印加前の値に等しい。したがって、電圧によってち
らつきは生じても反転はしない、また。

Ｖｌ（５Ｖ）≦Ｖ　＋　ｎ≦Ｖ　２（１３Ｖ　）　テは
、透過光量ノ安定値■は印加電圧Ｖｉｎに対して単調に
増加する。すなわち、この領域を使えば、強誘電性液晶
の階調表示を行なうことができる。また、Ｖｉｎ≧Ｖ　
２（１３Ｖ　）では、透過光量の安定値Ｉは一定である
ため、オーバーシュートの少ない光学応答を示す。

次に具体的な階調表示方法について述べる。第５図は前
述の液晶セルにおけるマトリクス電極構造を模式的に示
したもので、図中Ｙ１〜Ｙｎは走査電極を示し、ｘ１〜
Ｘｓは表示電極を示す、また、第６図はに番目の走査電
極Ｙｋ及び文番目の表示電極ｘＱと、選択画素ｖＹ−ｖ
Ｘ及び非選択画素に印加される電圧のタイムチャートで
ある。

ここで、表示画面上の画素は負電圧で黒が書込まれるも
のとし、正電圧で白が書込まれるものとする。また、各
画素のモードは走査開始前にすべて白状態に統一されて
いるものとする。

第６図において、走査電極ＹｋのＥは消去用のパルスで
、−ＶＥはその消去用パルス電圧を示す、またＷＹはＹ
ｋの書込み用のパルスで、ＶｊｌＹはその書込み用パル
ス電圧を示す、走査電極Ｙｋに印加される電圧ＶｙはＯ
≦ｔ≦△ｔの領域でＩＶＥ１≧ｖ２をみたす一定値−ｖ
Ｅであり、△ｔ≦ｔ≦２△ｔの領域ではＶ　ｗｙ＝２　
Ｖ　１なる一定値であり、２△ｔ≦ｔ≦３△ｔの領域で
Ｏである。

一方、表示電極ｘｌＩのＷｘは、ｘ９の書込み用のパル
スで、ＶｊｌＸはその書込み用パルス電圧を示す、また
、Ｃはクロストーク防止用のパルスで、非選択点に同じ
方向の電圧が長時間継続して印加されることを防止する
ためのものである。

表示′電極ＸＱに印加される電圧ＶｘはＯ≦ｔ≦△ｔの
領域でＯであり、△ｔ≦ｔ≦２△ｔの領域で−Ｖ１≦ｖ
ｗＸ≦ｖ１を満たし、且つ画素の明るさに応じて変化す
る変位電圧ＶｊｌＸであり、２△ｔ≦ｔ≦３△ｔの領域
では−ＶｊｌＸである。

以上のように、走査電極の電圧ｖＹと表示電極の電圧ｖ
Ｘを印加することにより、第６図（Ｃ）に示すように、
選択画素Ｖｙ−ｖｘでは、まずＯ≦ｔ≦△ｔの領域でｉ
ＶＥ　ｌ≧ｖ２である一ＶＥの電圧がかかり、画素は黒
に反転する。

続いて△ｔ≦ｔ≦２△ｔの領域ではＶｌ≦ｖｗｙ−Ｖｗ
ｘ≦３Ｖ、を満たし、且つ画素の明るさに応じて変化す
る電圧がかかり、画素は第１図に示したＶ＋ｎ−Ｉ特性
にしたがって階調性のとれた光透過状態、すなわち階調
白状態に遷移する。また、続＜２Δｔ　≦ｔ≦３Ａｔ　
（７）領域では、−Ｖｌ≦Ｖｉｎ≦ｖ１なる電圧が画素
にかかるが、第１図に示したように１Ｖｉｎｌ≦Ｖｌで
は透過光量の安定値Ｉは変化しない。なお、選択点にか
かる階調用の書込み電圧（Ｖｗｖ−Ｖｗｘ）は、△ｔ≦
ｔ≦２△ｔの領域で反対の電圧がかかり、この正電圧が
つづいて選択画素に印加されることによって、階調が制
御できなくなることを防ぐ役割も果たしている。

一方、第６図（ｄ）に示すように、非選択画素では、０
≦ｔ≦△ｔの領域では、電圧は印加されず、画素は反転
しない、また△ｔ≦ｔ≦２△ｔの領域ではＶＩＩＫの電
圧がかかるが、−Ｖ＋≦ＶＩＩＸ≦Ｖ１なので透過光量
の安定値Ｉは変化しない、続く２△ｔ≦ｔ≦３△ｔの領
域でも−ｖｔｔｘの電圧がかかるが、−Ｖｌ≦−Ｖｊｌ
Ｘ≦Ｖｌなので、やはり透過光量の安定値Ｉは変化しな
い。

このように、第６図（ａ）、　（ｂ）に示した電圧を走
査電極Ｙｋと表示電極ＸＱに印加することにより１選択
画素では階調信号に応じた光透過状態になり、非選択画
素では状態は変化しない。

第７図は走査電極と表示電極を更に時分割で連続走査す
る場合の印加電圧のタイムチャートを示すものである。

第７図（ａ）の走査電極側では、第６図（ａ）に示した
波形の印加電圧が各走査電極Ｙ　Ｉ、Ｙ　２．・・・、
Ｙｎの順に３Δｔの位相差をもって印加される。また、
第７図（ｂ）の表示電極側では、第６図（ｂ）に示した
波形の印加電圧が、ＶｉｌＸを変数として各表示電極Ｘ
　＋　＋　Ｘ　２　＋・・・、Ｘ−に３Δｔの周期で画
素の明るさに応じて印加される。

第７図に示したタイムチャートを元にして具体的な電圧
値を設定し、マトリクス駆動により画像表示を行ったと
ころ、従来のアナログ的な方法では不可能とされていた
強誘電性液晶の階調表示が可能であることが確認された
。特に本実施例においては、Ｖ　ｗｙ＝　２　Ｖ　＋と
することによって、白から黒までの階調を効率的に得る
ことができた。

［発明の効果］ 本発明によれば、液晶セルに交番電圧を印加することに
より、色調が白から黒までの多値をとる微小部分を一画
素内に混゛在させることができると共に、階調表示可能
領域γを大きくすることができ、強誘電性液晶のマトリ
クス駆動による階調表示を実現することができる。この
場合、印加電圧の閾値ｖ、、ｖ２に多少のばらつきがあ
ってもその影！を受けることがないので、大面積化した
場合でもマトリクス駆動が十分に可能となる。したがっ
て、強誘電性液晶素子を構成する場合、ディザ法等のデ
ジタル階調をする必要がなくなり１表示画像が粗くなる
ことがないうえ、走査電極と表示電極の数を飛躍的に少
なくすることができる。

また、詩間変調法のように１画面を構成する時間が遅く
なることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は印加電圧Ｖｉｎと透過光量の安定値Ｉの関係を
示す図、第２図は液晶セルの模式図、第３図は画素の模
式図、第４図は光学応答を示す波形図、第５図はマトリ
クス電極構造の模式図、第６図及び第７図は印加電圧の
タイムチャートである。 ｌ：第１の電極、 ２：第２の電極、 ３：絶縁膜、 ４：配向膜、 ５：強誘電性液晶、 ６：電源。 ＩＯ＝液晶セル。 １１：第１の基板、 １２：第２の基板、 Ｙｌ、Ｙｌ、・・・、Ｙｎ：走査電極、ＸＩ、Ｘ２．・
・・、Ｘ−：表示電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電極が形成された一対の平行基板間に、電界に対し
   て双安定性を有する強誘電性液晶を挟持したセル構造の
   強誘電性液晶素子の階調表示方法において、電界印加前
   の透過光量をＩ＿０とし、波高値Ｖｉｎ（＞０）、幅△
   Ｔのパルス電界印加後の透過光量をＩとしたとき、Ｖｉ
   ｎとＩの関係が、Ｖｉｎ≦Ｖ＿１ではＩ＝Ｉ＿０、Ｖ＿
   １≦Ｖｉｎ≦Ｖ＿２ではＩがＶｉｎの増加と共に増加し
   、Ｖ＿２≦ＶｉｎではＩが一定となるような２つの閾値
   Ｖ＿１とＶ＿２によって規定され、上下電極間に振幅Ｖ
   ＿Ｔの交番電圧を一定時間印加することによって、Ｖ＿
   ２−Ｖ＿１の値をＶ＿２／Ｖ＿１≦３の範囲で交番電圧
   印加前の値より大きくし、この状態で表示動作を行なう
   様にしたことを特徴とする強誘電性液晶素子の階調表示
   方法。 ２）上記電極がマトリクス状に形成され、ｋ番目の走査
   電極Ｙ＿ｋの電圧Ｖ＿ｙは、０≦ｔ≦△ｔの領域では｜
   Ｖ＿Ｅ｜≧Ｖ＿２を満たす一定値−Ｖ＿Ｅであり、△ｔ
   ≦ｔ≦２△ｔの領域ではＶ＿ｗ＿ｙ＝２Ｖ＿１なる一定
   値であり、２△ｔ≦ｔ≦３△ｔの領域では０であると共
   に、ｌ番目の表示電極Ｘ＿ｑの電圧Ｖ＿ｘは、０≦ｔ≦
   △ｔの領域では０であり、△ｔ≦ｔ≦２△ｔの領域では
   −Ｖ＿１≦Ｖ＿ｗ＿ｘ≦Ｖ＿１を満たし、画素の明るさ
   に応じて変化する変数Ｖ＿ｗ＿ｘであり、２△ｔ≦ｔ≦
   ３△ｔの領域では−Ｖ＿ｗ＿ｘであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の強誘電性液晶素子の階調
   表示方法。 ３）一画素内に色調が白から黒までの多値をとる微小部
   分を混在させ、電界強度によってそれぞれの色調の微小
   部分の割合を変化させることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の強誘電性液晶素子の階調表示方法。