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JPH07261149A - 液晶装置 - Google Patents

液晶装置

Info

Publication number
JPH07261149A
JPH07261149A JP6052246A JP5224694A JPH07261149A JP H07261149 A JPH07261149 A JP H07261149A JP 6052246 A JP6052246 A JP 6052246A JP 5224694 A JP5224694 A JP 5224694A JP H07261149 A JPH07261149 A JP H07261149A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
driving
voltage
bias
crystal device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP6052246A
Other languages
English (en)
Inventor
Takayoshi Hanami
孝義 葉波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seiko Instruments Inc filed Critical Seiko Instruments Inc
Priority to JP6052246A priority Critical patent/JPH07261149A/ja
Priority to US08/409,051 priority patent/US5748162A/en
Priority to EP95301944A priority patent/EP0674304B1/en
Priority to DE69529309T priority patent/DE69529309T2/de
Publication of JPH07261149A publication Critical patent/JPH07261149A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/20—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters
    • G09G3/34—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source
    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3622—Control of matrices with row and column drivers using a passive matrix
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
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    • G02F1/137—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering
    • G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
    • G02F1/1396—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell
    • G02F1/1397—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the liquid crystal being selectively controlled between a twisted state and a non-twisted state, e.g. TN-LC cell the twist being substantially higher than 90°, e.g. STN-, SBE-, OMI-LC cells

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Abstract

(57)【要約】 【構成】 一対の偏光子の内側に、ねじれらせん構造の
ネマチック液晶層を挟持してなる液晶パネルとそれを駆
動するための回路を有する液晶装置において、前記液晶
層が１８０°以上のねじれらせん構造をとるとともに、
その駆動をバイアス比１／２以上１／４未満とした時分
割駆動方式により行う。 【効果】 液晶装置の駆動電圧を低くすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、コンピュ−タ−端
末、画像表示装置、シャッタ−のようなシステムに使用
される液晶を用いた電気光学装置、特に低電圧で駆動さ
れる液晶電気光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の液晶装置であるツイストネマチッ
ク(TN:Twisted Nematic)型は、液晶分子層が９０°ねじ
れたらせん構造を有するものであった。その駆動におい
てはセグメント数が増えるのに対応して駆動回路数およ
び電極端子の結線数が増大するため、ドットマトリクス
型等の多量の画素を必要とするものには最適バイアス法
による時分割駆動方式が広く一般に用いられている。
【０００３】この時分割駆動方式について説明する。図
２のように走査電極群５と信号電極群６をマトリクス型
に対向させる。そして、おのおのの走査電極には線順次
に選択波形を印加していく。信号電極には、走査電極の
選択波形に同期させてオン波形またはオフ波形を印加す
る。このような操作により、走査電極と信号電極の交点
により形成される画素全てを任意の表示状態にすること
が可能となる。
【０００４】時分割駆動では、各走査電極について線順
次に選択波形を印加していき、全ての走査電極に選択波
形を印加し終わると、再び同じ走査を繰り返す。このよ
うな走査を１回行うために要する時間をフレーム周期と
呼び、またその周波数をフレーム周波数と呼ぶ。また、
それぞれの走査電極の選択時間（走査電極に選択波形を
印加するために必要な時間）とフレーム周期との比をデ
ューティ比と呼ぶ。）時分割駆動ではオン画素だけでな
く、オフ画素にも電界が印加されてしまう。このため、
ＬＣＤの電気光学特性にはしきい値特性が必要であり、
この時分割駆動では表示状態の制御に役立つ波形は時間
的にデューティ比で決まる一定の時間しか印加されず、
残りの大部分の時間は表示状態の制御に関係にない波形
が印加される。液晶は、この非選択時の印加波形にも応
答するので、非選択時の印加波形の実効電圧を一定に工
夫しなければならない。
【０００５】これは、オン画素どうし、あるいはオフ画
素どうしで表示状態を均一化するためである。このよう
に工夫した駆動方式電圧平均化法と呼んでおり、現在実
用化されている時分割駆動ＬＣＤでは、全てこの方式が
用いられている。一般にノンメモリ型ＬＣＤの電気光学
効果は、実効電圧依存性を示す。ここで実効電圧とは、
２乗平均電圧Ｖrmsのことであり、次の式で定義され
る。
【０００６】
【数１】
【０００７】また、この実効電圧に応答する光学特性の
実効透過率Ｔoffであり、次のように定義される。
【０００８】
【数２】
【０００９】ここで、透過率Ｔ(ｔ)は一般にｔfの周期
を持つ周期関数であることに注意しておきたい。つまり
透過率は、ある程度印加電圧の瞬間値に応答しつつ、全
体としては実効電圧依存性を示すのである。一般的な電
圧平均化法の波形の実例を図３に示した。図３において
は走査電極には、選択波形として、｜(ａ−１)Ｖ｜（た
だし、ａはバイアス比で、正の定数）の電位を、非選択
波形としてゼロ電位を与える。なおこのとき、第１のフ
レーム期間は正極性で駆動し、第２のフレーム期間は負
極性で駆動する。この理由は、２つのフレームを単位と
して交流駆動するためである。
【００１０】これに対して信号電極には、正極性(負極
性)のフレーム期間に、オン波形として−Ｖ(＋Ｖ)の電
位を、またオフ波形として−Ｖ(＋Ｖ)の電位を与える。
この結果、オン画素(オフ画素)には図３のＶx1,yi(Ｖx
1,yi)のような波形が印加される。数１に基づきオン画
素(オフ画素)に印加される波形も実効電圧を計算すると
【００１１】
【数３】
【００１２】
【数４】
【００１３】となり、両者の比は
【００１４】
【数５】
【００１５】となる。数５は図３のような電圧平均化法
で駆動したときのオン電圧とオフ電圧実効値比を与える
一般式である。数５よりデューティ数Ｎが決まると実効
値比はａの関数となる。そこで、実効値比が最大となる
ａの条件は
【００１６】
【数６】
【００１７】となり、このとき数５より
【００１８】
【数７】
【００１９】となる。数６，７に従ってデューティ比１
／Ｎのとき、バイアス比ａを Ｎ＋１に設定した駆動方
式を最適バイアス法と呼んでいる。各デューティ比にお
ける最適バイアス比を表１に示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】［以上 液晶デバイスハンドブック 日本
学術振興会第１４２委員会編Ｐ３９５〜４０２参照］
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】前述のように最適バイ
アス法による時分割駆動は、オン電圧とオフ電圧の実効
値を最大とするため、単純マトリクス型液晶パネルにお
いては、理論的に最大のコントラスト比が選られる駆動
条件となる。
【００２３】しかし、このような最適バイアス法による
時分割駆動では、近年の液晶装置に要求される低電圧に
よる駆動は実現することは出来ない。このことは、式４
より説明される。例えば、１／１６デューティ（Ｎ＝１
６），最適バイアス(すなわちａ＝５）、液晶駆動電圧
３Ｖ（Ｖｏｐ＝３．０）で動作するために要求される液
晶材料のしきい値は、Ｖ＝Ｖｏｐ／ａであり、Ｖｏｆｆ
＝しきい値と考えられるから、数４より
【００２４】
【数８】
【００２５】となる。しかし、一般に使用されている液
晶材料ではしきい値電圧の低いものでも約１．０Ｖ程度
であることから、このような液晶装置は実現不可能とな
っていた。本発明は、この様な課題を解決するために創
案したもので、具体的には低電圧で駆動可能な液晶装置
を提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
にこの発明は、一対の偏光子の内側にネマチック液晶に
より、ねじれたらせん構造を形成した液晶層を、対向さ
せた上下一対の配向処理が施された電極を有する基板間
に挟持してなる液晶パネルとそれを駆動するための回路
を有する液晶装置において、前記液晶層が１８０°以上
のねじれらせん構造をとるとともに、その駆動をバイア
ス比を１／２以上１／４未満とした時分割駆動により行
うことを特徴とするものである。
【００２７】
【作用】上記のように構成された液晶装置においては、
式４から分かるように液晶材料に要求されるしきい値を
高くすることができるため、低電圧での液晶装置の駆動
が可能となる。例えば、前述と同様の１／１６デューテ
ィ，液晶駆動電圧３Ｖという条件では、それぞれ１／
２，１／２．５および１／３バイアスにおいて、必要と
なる液晶材料のしきい値電圧は、
【００２８】
【数９】
【００２９】
【数１０】
【００３０】
【数１１】
【００３１】であり、現在存在する液晶材料でも対応可
能となる。また、液晶パネルの液晶層を１８０°以上の
ねじれらせん構造としたことから、液晶分子の電圧に対
する立ち上がり特性が急峻となり、わずかな印加電圧の
変化に対しても敏感に反応するため、電気的な駆動マー
ジンの減少によるコントラスト比の低下を抑えることが
できる。
【００３２】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の構成を
示すブロック図である。図中の符号１は、本発明に関る
液晶パネルであり、その走査電極と信号電極に、それぞ
れ走査電極駆動回路２と信号電極駆動回路３が接続さ
れ、バイアス電圧発生回路４で発生させた基準となるバ
イアス電圧が供給されている。
【００３３】図４は、上述の液晶パネル１の構造を示す
縦断面模式図である。図中の符号７ａ，７ｂは一対の偏
光子で、その内側の一対の基板８ａ，８ｂは、それぞれ
電極９ａ，９ｂを有し、基板に対して水平からわずかに
傾斜させて液晶分子が配列するように配向処理１０ａ，
１０ｂが施されている。対向させた基板間には、正の誘
電異方性を有するネマチック液晶１１が、１８０°以上
のねじれらせん構造を形成するように挟持されている。
【００３４】ここで、本発明による液晶装置の具体的実
施例と測定結果を説明する。図５は、図４で示した液晶
パネルの光学軸方向を示した図であり、１２は上偏光子
の透過軸方向、１３は上基板の配向方向、１４は下基板
の配向方向、１５は下偏光子の透過軸方向である。１６
は上偏光子の透過軸方向から上基板の配向方向までの角
度（以下［Ａ］と略す）、１７は下偏光子の透過軸方向
から下基板の配向方向までの角度（以下［Ｂ］と略
す）、１８は上基板の配向方向から下基板の配向方向ま
での角度（以下［Ｃ］と略す）で、液晶分子は左回りの
ねじれたらせん構造をとっている。なお、角度の方向は
反時計回りを「＋」とした。
【００３５】ここでは、印加電圧値が増加するに従い、
表示色の黒レベルが増加する（遮光性が増す）ポジ・モ
ードの例を示す。 （具体例１）液晶層の厚さｄ＝６．５（μｍ）、Δｎｄ
＝０．８３（μｍ）の液晶パネルを使用した。［Ａ］＝
５５°、［Ｂ］＝５５°、［Ｃ］＝２４０°である。図
６に、本実施例で使用した液晶パネルの電圧−透過率特
性を示す。
【００３６】図７は、具体例１に使用したバイアス電圧
発生回路の構成を示す図で、バイアス電圧として、６レ
ベル（１／２バイアスにおいては３レベルの基準電圧、
１／３バイアスにおいては４レベル）の基準電位圧Ｖａ
・Ｖｂ・Ｖｃ・Ｖｄ・Ｖｅ・Ｖｆ）を液晶駆動電圧Ｖｏ
ｐから抵抗分割により作り出している。なお、図中の点
線部１９で示したように、コンデンサを各バイアス電圧
間に設けたり、点線部２０のようにオペアンプ等を介し
て電圧レベルの安定化を図っても良いのは、言うまでも
ない。
【００３７】表２にそれぞれのバイアス比において作り
出す基準電圧とその意味を示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】次に、本発明による液晶装置と従来の液晶
装置の駆動電圧およびコントラスト比の測定結果を示
す。測定には、同一の液晶パネルを使用している。
【００４０】
【表３】
【００４１】表３から明らかなように、液晶パネルの駆
動電圧を大幅に低くすることが可能であり、コントラス
ト比の低下も実用上問題のないレベルに抑えられること
がわかる。 （具体例２）具体例１で示した液晶パネルを使用し、１
／３２〜１／６４デューティで駆動したところ、同様に
駆動電圧を低くすることが可能であった。その結果を表
４に示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】なお、本実施例では、１／６４デューティ
までの結果を示したが、さらにしきい値特性の鋭い液晶
パネルを使用することによって、１／６４デューティを
越える分割数においても同様の効果が得られた。
【００４４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、低電圧で
液晶装置を駆動することがが可能となり、低消費電力の
液晶装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶装置の構成を示すブロック図であ
る。
【図２】マトリクス型液晶装置の電極構成を説明する図
である。
【図３】従来の液晶装置に関わる駆動法を説明する図で
ある。
【図４】本発明の液晶装置に関わる液晶パネルの縦断面
模式図である。
【図５】本発明の液晶装置に関わる液晶パネルの光学軸
を示した図である。
【図６】本発明の液晶装置に関わる液晶パネルの電圧−
透過率特性を示した図である。
【図７】本発明の液晶装置に関わるバイアス電圧発生回
路の構成を示した図である。
【符号の説明】 １ 液晶パネル ２ 走査電極駆動回路 ３ 信号電極駆動回路 ４ バイアス電圧発生回路 ５ 走査電極 ６ 信号電極 ７ａ，７ｂ 偏光子 ８ｂ，８ｂ 基板 ９ａ，９ｂ 電極 １０ａ，１０ｂ 配向処理層 １１ ネマチック液晶 １２ 上偏光子の透過軸方向 １３ 上基板の配向方向 １４ 下基板の配向方向 １５ 下偏光子の透過軸方向 １６ 上偏光子の透過軸方向から上基板の配向方向まで
の角度 １７ 下偏光子の透過軸方向から下基板の配向方向まで
の角度 １８ 上基板の配向方向から下基板の配向方向までの角
度 １９ バイアス電圧発生回路部に設けたコンデンサ ２０ バイアス電圧発生回路部に設けたオペアンプ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対の偏光子の内側にネマチック液晶に
    より、ねじれたらせん構造を形成した液晶層を、対向さ
    せた上下一対の配向処理が施された電極を有する基板間
    に挟持してなる液晶パネルとそれを駆動するための回路
    を有する液晶装置において、前記液晶層が１８０°以上
    のねじれらせん構造をとるとともに、その駆動をバイア
    ス比を１／２以上１／４未満とした時分割駆動方式によ
    り行うことを特徴とする液晶装置。
  2. 【請求項２】 前記時分割駆動方式において、デューテ
    ィ比が１／１６以上であることを特徴とする請求項１記
    載の液晶装置。
JP6052246A 1994-03-23 1994-03-23 液晶装置 Pending JPH07261149A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP6052246A JPH07261149A (ja) 1994-03-23 1994-03-23 液晶装置
US08/409,051 US5748162A (en) 1994-03-23 1995-03-22 Low voltage liquid crystal display device
EP95301944A EP0674304B1 (en) 1994-03-23 1995-03-23 Liquid crystal device
DE69529309T DE69529309T2 (de) 1994-03-23 1995-03-23 Flüssigkristallanzeigegerät

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EP (1) EP0674304B1 (ja)
JP (1) JPH07261149A (ja)
DE (1) DE69529309T2 (ja)

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Also Published As

Publication number Publication date
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EP0674304A2 (en) 1995-09-27
EP0674304B1 (en) 2003-01-08
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