JPS6373228A

JPS6373228A - 光学変調素子の駆動法

Info

Publication number: JPS6373228A
Application number: JP61218998A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Inaba; 豊稲葉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1988-04-02
Also published as: JPH0453405B2; US4925277A

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、電界の方向によってコントラストが識別され
る光学変調素子の駆動法に関し、特に少なくとも２つの
安定状態をもへ強誘電性液晶素子の駆動法に関する。

〔従来の技術〕

双安定性を有する液晶素子の使用がクラーク（Ｃ１ａｒ
ｋ）及びラガーウオール（Ｌａｇｅｒｗａｌｌ）の両者
により特開昭５６−１０７２１６号公報、米国特許第４
，３６７．９２４号明細書等で提案されている。双安定
性液晶としては、一般に、カイラルスメクチックＣ相（
ＳｍＣ＊）又はＨ相（ＳｍＨ＊）を有する強話電性液晶
が用いられ、これらの状態において、印加された電界に
応答して第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態
とのいずれかをとり、かつ電界が印加されないときはそ
の状態を維持する性質、即ち安定性を有し、また電界の
変化に対する応答がすみやかで、高速かつ記憶型の表示
装置等の分野における広い利用が期待されている。

この強誘電性液晶素子で用いている一対の基板の内側に
、それぞれストライブ状電極群を設け、このストライブ
状電極が互いに直交する様に配線したマトリクス表示装
置とした場合では、例えば特開昭５９−１９３４２６号
公報、同５９−１９３４２７号公報、同６０−１５６０
４６号公報や同６０−１５６０４７号公報などに開示さ
れた駆動法を適用することができる。

第２図はその１例で１走査線上の選択期間内に■「白」
書込み期間、■選択的「黒」書込み期間、■補助信号印
加期間の３種の期間を設ける方式を図示したものである
。■の期間では、走査電極に正の電圧を加え、情報電極
はＯＶに保つことにより、該走査線上の全画素を第１め
安定状態（以下、「白」の状態とよぶ）にする。

■の期間では逆に走査電極に負の電圧を印加し、第２の
安定状態（以下「黒」の状態とよぶ）に反転させたい画
素（選択画素）に対応した情報電極にのみに選択的に正
の電圧を印加し、それ以外の画素（半選択画素）に対応
した情報電極には負の電圧を印加する。これによって、
選択画素には閾値以上、半選択画素には閾値以下の反転
電界が生じ、選択画素には「黒」が書込まれ、半選択画
素は「白」の状態を保持する。

■の期間は情報電極に■の期間とは逆極性の電圧を印加
する。これによって他の走査線上の画素に長時間同一極
性の電圧がかかるのを避けることができ、コロストーク
が防止される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の駆動例では、非選択画素の電圧、いわゆるバイア
ス電圧を駆！ＩＪ電圧の１／３に設定すると、走査電極
に印加される電位は、＋３Ｖｏ。

−２Ｖｏと０の３準位であり、変動幅は５Ｖ０である。

一方信号電極に印加される電位は０゜＋■。と−ｖｏの
３準位、変動幅は２■ｏである。各電極につながる駆動
回路は、第３図に示すようなアナログスイッチを用いた
方式が多いが、今の場合走査電極駆動回路のアナログス
イッチ３１には、最大５ｖ０の耐圧が要求されるのに対
し、信号電極駆動回路のアナログスイッチ３２の耐圧は
、２■。ですむ。高耐圧のアナログスイッチは、高価で
あり、画素数の多い大型ディスプレイでは、多くのアナ
ログスイッチが必要なので、コスト高の原因になってい
た。アナログスイッチ方式以外の駆動回路においても事
情は同じである。

従って、本発明の目的は、前述の問題点を解消した光学
変調素子、特に電界の方向によってコントラストが識別
される強誘電性液晶素子の新規な駆動法を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段）及び〔作用〕本発明は
、従来の駆動法における各電極の電位をレベルシフトさ
せて、走査側駆動回路の耐圧と信号側駆動回路の耐圧を
等しくし、かつその際に出力電圧レベルの数をできるだ
け少なくしてアナログスイッチの数を減らすことで、特
に、交差した走査電極群と信号電極群とを有し、電界の
方向によフてコントラストが識別される光学変調素子の
駆動法において、前記走査電極群に付与する電位が少な
くともＶｌ。

■２及びＶ３　（但し、Ｖｌ　＞Ｖ２　＞Ｖ３）の３通
りに設定され、且つ前記信号電極群に付与する電位が少
なくともＶ４　＋　”！及びＶａ　　（但し、Ｖ４＞Ｖ
、≧Ｖ６）の３通りに設定され、前記電位”　ｌ　＋　
ｖ３　＋　”４とｖ６との間で■１−Ｖ、＝Ｖ４−Ｖ６
の関係を有している光学変調素子の駆動法に特徴を有し
ている。

〔実施例〕

第１図は、本発明の実施例で、各画素にかかる電圧は、
第２図に示した駆動法と同じであるが、走査電極の電圧
レベルは０，２Ｖｏと３ｖ０の３通りで、その変動幅は
３ｖ０であり、信号電極の電圧レベルは、０．ｖｏと３
Ｖ０の３通りで、その変動幅は３ｖｏである。したがっ
て駆動回路の耐圧は、走査側と信号側ともに３ｖ０です
み、走査側の耐圧を下げることができた。

レベルシフトによって、走査側と信号側の耐圧を等しく
するか、またはその差を小さくすることは、双安定性を
有しない液晶素子（例えばＴＮ型液晶素子）のマトリク
ス駆動に際して広く用いられている手法である。しかし
、ＴＮ型液晶のように印加電圧の実効値に対して光学変
調度が決まる素子の場合には、特別の場合を除いて、電
圧レベルが４通′り必要である。以下、第４図〜第６図
にもとづいてこれを説明する。

一般に、マトリクス表示素子の駆動においては、走査電
極と信号電極にそれぞれ少なくとも選択／非選択の２つ
の異なる電圧レベルを与えなければならない。第４図（
ａ）にその電圧レベルと画素にかかる電圧を示す。実線
の長い矢印４１は、選択画素にかかる電圧（図中の“選
”；選択された走査電極の電位ＶＳ＋と選択された信号
電極の電位Ｖｆｌとの電位差）で、破線４２ａは半選択
画素にかかる電圧（図中の“半“冨選択された走査電極
の電位ｖｓｉと選択されていない信号電極の電位ＶＩ２
との電位差）で、又破線４２ｂは非選択画素にかかる電
圧（選択されていない走査電極の電化ＶＳ２と選択され
た信号電極の電位Ｖ１１又は選択されていない信号電極
の電位Ｖｆ２どの電位差）である。さらニ、画素にＤＣ
（直流）電圧がかからないよにするためには、第４図（
ａ）に加えて、第４図（ｂ）の電圧もかかるようにして
おかなけれがならない。第４図（ｂ）は選択、半選択と
非選択の画素の電界がすべて第４図（ａ）とは逆方向で
ある、（実際にはＮ４図（ａ）と（ｂ）の電圧が１フレ
一ム周期毎に入換わるように用いられることが多い）。

尚、第４図（ｂ）中のｖ１□′は選択された走査電極の
電位、ｖｓ□′は選択されていない走査電極の電位、Ｖ
Ｚ′　は選択された信号電極の電位、■！２′　は選択
されていない信号電極の電位を表わしている。

Ｎ４図（ａ）と（ｂ）とから明らかなように、走査側と
信号側駆動回路とも４通りの電圧レベルが必要である。

これを第５図（ａ）と（ｂ）のような相対関係におけば
Ｖｌｌｌ　＝　”　ｌ！２’　＋　Ｖ　３２＝ＶＳＩ′
　となり走査側駆動回路の電位レベルを２通りですませ
ることができるが、信号側駆動回路の電位変動幅ｌＶｚ
　　ｖｌｌ’　　Ｉが広くなり好ましくない。信号側駆
動回路の電位レベルの数を減らそうとしても、今度は走
査側駆動回路の電位変！ｖＩＩＩＩＭが広がってしまう
。

特殊な場合には、電位レベルの数を減らすことは可能で
ある。例えば第６図（ａ）と（ｂ）に示すように、信号
側駆動回路で、選択時の電位と非選択時の電位との電位
レベル差を走査側での選択時と非選択時の電位レベル差
の２倍に設定すれば、走査側駆動回路の電位レベルは３
通り、信号側駆動回路の電位レベルは２通りですむ。

しかし、この場合は選択画素の印加電圧と非選択画素の
印加電圧の比が２＝１となり走査線本数の多い表示素子
ではコントラストが全くとれなくなるので非現実的であ
る。

結局、ＴＮ型液晶素子のように双安定性をもたない素子
をマトリクス駆動する場合においては、走査側駆動回路
と信号側駆動回路の電位変動幅を等しくしようとすれば
、その電位レベルは各々少なくとも４通り必要である。

電界方向に対してコントラストを識別する表示パネル、
例えば双安定性を示す表示パネルのマトリクス駆動では
、事情が異なる。第４図（ａ）と（ｂ）は、双安定性を
示す表示パネルでは、夫々選択的な「白」書込みと選択
的な「黒」書込み動作になる。したがって、そのような
書込み方法を採用すれば、前述で議論したとおり、第６
図のような特殊な場合を除いて電圧レベルは４通り必要
である。しかし、双安定性を示す表示パネルでは、選択
的な「白」書込みと選択的な「黒」書込みの両方を行な
う必要は必ずしもなく、第２図で説明したような走査線
上の画素を一斉に「白」に消去し、その後にそのライン
上の画素に選択的な「黒」書込みを行なう方法も可能で
ある。すなわち、第４図（ａ）のかわりに、第７図（ａ
）のようにしてもよい。

つまり、走査線上の画素を一斉に「白」に消去する時に
は、信号側駆動回路に選択／非選択の２レベルを区別し
て与える必要はないので、Ｖｌｌ”’　Ｖ　１２”　Ｖ
　３２とすることができる。それに続く、選択的な「黒
」書込みにおいては、第４図（ｂ）と同じ動作を行なう
（第７図（ｂ））。

したがフて第７図（ａ）と（ｂ）が双安定性を示す表示
パネルの表示動作に必要な最低限の電圧状態である。こ
れから、明らかなことは、電位レベルの変動幅を走査側
と信号側駆動回路で等しくシ、かつ電位レベルの数を最
少にすると、電位レベル数は、走査側と信号側駆動回路
とも３通りになることである。これが可能になったのは
、走査線上の画素を一斉に「白」に消去（書込）した後
、選択的な「黒」書込みを行なう駆動法を採ったためで
、双安定性を示す表示パネルの様な電界の方向によって
コントラストが識別される表示パネルに特徴的に見られ
るものである。

なお、第２図で説明した駆動方法では、クロストーク防
止のために補助信号印加期間を設けている。これは、第
７図（Ｃ）の状態をつくればよい、第７図（ｃ）は第７
図（ｂ）に比べて、非選択画素の電界が逆になっている
。この第７図（Ｃ）の状態をつけ加えも、電位変動幅と
電位レベル数には変化はない。

以上のようにして、第７図（ａ）、（ｂ）と（ｃ）の状
態をつくると、信号側と走査側駆動回路とも電位レベル
を３通りにすることができる。第１図は、第７図（ａ）
、（ｂ）と（Ｃ）を時間軸方向の変化として描いたもの
である。

第１図中、位相ｔ１は走査線上の画素を一斉に「白」に
消去（書込み）するステップで、位相ｔ２は走査線上の
画素を選択的に「黒」に書込むステップで、位相ｔ３は
非選択時の画素に印加される電圧を交流にするために設
けた補助信号印加ステップである。

以上の実施例は、１木の走査線ごとに、−斉「白」消去
（書込み）と選択「黒」書込みを行なう駆動法であるが
、ステップｔ１で複数の走査線を同時に一斉「白」消去
（書込み）し、続くステップｔ２で走査線１木ずつ、順
次選択「黒」書込みステップｔ３で補助信号を印加する
駆動法もあり得る（特開昭６０−１５６０４７号公報参
照）。この場合にも、電位レベルは、第７図に示したと
おりでよいことは明らかである。ただし、その時間順序
が先の実施例とは異なり第８図に示したようになる。

第１の実施例で説明したとおり、特殊な場合には、第６
図のように信号側駆動回路の電位レベルを２通りにする
ことができる。ＴＮ型液晶素子のように、電圧の実効値
に対して光学的状態が決まるような素子においては、選
択／非選択画素の電圧比を２＝１に設定することはコン
トラストを著るしく低くすることになるが、双安定性を
示す表示パネルにおいては、この電圧比はコントラスト
に影響を与えない。マトリクスセルの画素毎の閾値電圧
のばらつき等によって決まる電圧余裕度の範囲内であれ
ば上記電圧比に設定することは何ら差支えない。

このように電圧を設定して、−斉「白」書込みと、それ
に続く選択「黒」書込みを行なうと、第６図の代りに第
９図のようになることは先の実施例と同様である。第９
図ではさらに補助信号印加期間の電圧レベルも付は加え
である（Ｃ）。

補助信号印加期間中は、走査電極には非選択時の電位レ
ベルを与え、信号電極には（ｂ）と逆の電位レベルを与
える。第９図を時間軸方向の変化として描いたのが第１
０図である。

以上のように選択画素と非選択画素の電圧比を２＝１に
設定し、−斉「白」書込み→選択「黒」書込みの方式を
揉ることにより信号側駆動回路の電位レベルを２通りに
することができる。

尚、第７図（ｃ）と第９図（Ｃ）中（１）Ｖｓ＋″は選
択された走査電極の電位、■、２＃は選択されていない
走査電極の電位、■！１′は選択された信号電極の電位
、ｖｘ□″は選択されていない信号電極の電位を表わし
ている。

又、信号電極側に与える情報信号が、白と黒の２値では
なく、ｌｉｌ調信号のような、多値を有する場合には、
信号側電圧として、上記３レベルにさらに、階調表現に
必要なレベル数を付加してやればよい。

本発明の駆動法で用いる光学変調物質としては、少なく
とも２つの安定状態をもつもの、特に加えられる電界に
応じて第１の光学的安定状態と第２の光学的安定状態と
のいずれかを採る、すなわち電界に対する双安定状態を
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チックＣ
相が最も好ましく、そのうちカイラルスメチックＣ相（
ＳｍＣ＊）又Ｈ相（ＳｍＨ”）の液晶が適している。こ
の強誘電性影響については、“ル・ジュルナール・ド・
フィシツク・レター″　（”Ｌｅ　　Ｊｏｕｒｎａｌｄ
ｅ　　Ｐｈｙｓｉｃ　　１ｅｔｔｅｒ”）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Ｊ　　（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ
　　Ｌｉｑｕｉｄ　　ＣｒｙｓｔａｌＳ」）：　“アプ
ライド・フィジックス・レターズ（“Ａｐｐｌｉｅｄ　
　Ｐｈｙｓｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ″）３６８（１１
号）１９８０年の「サブミクロン・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
・リキッド・クリスタルＪ　　（ｒｓｕｂｍｉｃｒ。

５ｅｃｏｎｄ　　Ｂ１５ｔａｂｌｅ　　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｏｐｔｉｃ　　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ　　ｉｎ　　Ｌｉｑ
ｕｉｄ　　Ｃｒｙｓｔａｌｓ」）；”固体物理１６　（
１４１）１９８１　ｒ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訪電性？夜晶を用いること
ができる。

より具体的には、本発明法に用いられる強銹電性液晶化
合物の例としては、デシロキシベンジリデン−Ｐ′−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−Ｐ′−アミノ−２−
クロロプロピルシンナメート（ＨＯＢＡＣＰＣ）および
４−〇−（２−メチル）−ブチルレゾルシリダン−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＊相又はＳｍＨ＊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。

又、本発明では前述のＳｍＣ”、ＳｍＨ＊の他にカイラ
ルスメクチックＦ相、■相、Ｊ相。

Ｇ相やに相で表われる強誘電性液晶を用いることも可能
である。

第１１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。１１ａと１１ｂは、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２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＊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１１ａとｌｌｂ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十分に薄くした場合（例えば１
μ）には、第１２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、はどけ、その双極子
モーメントＰａ又はｐｂは上向き（２４ａ）又は下向＆
（２４ｂ）のどちらかの状態をとる。このようなセルに
第１２図に示す如く一定の閾値以上の極性の異なる電界
Ｅａ又はＥｂを所定時間付与すると、双極子モーメンン
トは電界Ｅａ又はＥｂの電界ベクトルに対して上向き２
４ａ又は、下向き２４ｂと向きを変え、それに応じて液
晶分子は第１の安定状態２３ａかあるいは第２の安定状
態２３もの何れか一方に配向する。

このような強話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状態を有することで
ある。第２の点を例えば第１２図によって説明すると、
電界Ｅａを印加すると液晶分子は第１の安定状態２３ａ
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Ｅｂを印加すると、液晶分子は第２の
安定状態２３ｂ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Ｅａが一定の閾値を超えない限り、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０．５μ
〜２０μ、特に１μ〜５μが適している。

（発明の効果）以上説明したように、双安定性を有する光学変調素子の
様な電界の方向によりてコントラストが識別される表示
パネルのマトリクス駆動法において、走査電極電位の変
動幅と信号電極電位の変動幅を等しくし、かつ各電極の
電位レベルの種類をできる限り少なくすることにより、
駆動回路のコストを低減することができた。電位レベル
は一般には走査側駆動回路で３種類、信号側駆動回路も
３種類が最少であるが、選択画素と非選択画素の印加電
圧比を２：１に設定すれば、信号側駆動回路を２種類に
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の駆動例を時系列で表わした駆動波形
図である。第２図は、従来の駆動例を時系列で表わした
駆動波形図である。第３図（ａ）は、走査側の駆動回路
図で、第３図（ｂ）は信号側の駆動回路図である。第４
図（ａ）及び（ｂ）、第５図（ａ）及び（ｂ）並びに第
６図（ａ）及び（ｂ）は、従来のＴＮ液晶駆動方式で用
いた電位レベルを模式的に表わした説明図である。第７
図（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は、本発明の駆動方式で用
いた電位レベルを模式的に表わした説明図で、第８図は
その時の駆動波形図である。第９図（ａ）、（ｂ）及び
（ｅ）は、本発明の別の駆動方式で用いた電位レベルを
模式的に表わした説明図で、第１０図はその時の駆動波
形図である。第１１図及び第１２図は、本発明の波動法
で用いた強誘電性液晶素子の模式的斜視図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交差した走査電極群と信号電極群とを有し、電界
の方向によってコントラストが識別される光学変調素子
の駆動法において、前記走査電極群に付与する電位が少
なくともＶ＿１、Ｖ＿２及びＶ＿３（但し、Ｖ＿１＞Ｖ
＿２＞Ｖ＿３）の３通りに設定され、且つ前記信号電極
群に付与する電位が少なくともＶ＿４、Ｖ＿５及びＶ＿
６（但し、Ｖ＿４＞Ｖ＿５≧Ｖ＿６）の３通りに設定さ
れ、前記電位Ｖ＿１、Ｖ＿３、Ｖ＿４とＶ＿６との間で
Ｖ＿１−Ｖ＿３＝Ｖ＿４−Ｖ＿６の関係を有しているこ
とを特徴とする光学変調素子の駆動法。
（２）１本または複数本の走査電極上のすべての画素を
一斉に第１の安定状態にするステップと、走査電極上の
選択した画素のみを第２の安定状態に遷移させるステッ
プとを有する特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
（３）選択画素と非選択画素の印加電圧比が２：１であ
る特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
（４）１本又は複数本の走査電極上のすべての画素を一
斉に第１の安定状態にするステップと、走査電極上の選
択された画素のみを第２の安定状態に遷移させるステッ
プと、走査電極上の画素に補助信号を印加するステップ
とを有する特許請求の範囲第１項記載の駆動法。
（５）前記光学変調素子が強誘電性液晶素子である特許
請求の範囲第１項記載の駆動法。
（６）前記強誘電性液晶素子が双安定性を有している特
許請求の範囲第５項記載の駆動法。
（７）前記強誘電性液晶素子がカイラルスメクチツク液
晶を有している特許請求の範囲第５項記載の駆動法。