JP2505761B2 - Driving method of optical modulator - Google Patents

Driving method of optical modulator

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JP2505761B2 JP61192588A JP19258886A JP2505761B2 JP 2505761 B2 JP2505761 B2 JP 2505761B2 JP 61192588 A JP61192588 A JP 61192588A JP 19258886 A JP19258886 A JP 19258886A JP 2505761 B2 JP2505761 B2 JP 2505761B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学変調素子の駆動法に関し、特に少なく
とも2つの安定状態をもつ強誘電性液晶素子の駆動法に
関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for driving an optical modulation element, and more particularly to a method for driving a ferroelectric liquid crystal element having at least two stable states.

〔従来技術の説明〕[Description of Prior Art]

従来より、走査電極群と信号電極群をマトリクス状に
構成し、その電極間に液晶化合物を充填し多数の画素を
形成して、画像或いは情報の表示を行う液晶表示素子は
よく知られている。この表示素子の駆動法としては、走
査電極群に順次周期的にアドレス信号を選択印加し、信
号電極群には所定の情報信号をアドレス信号と同期させ
て並列的に選択印加する時分割駆動が採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a liquid crystal display element in which a scanning electrode group and a signal electrode group are configured in a matrix, a liquid crystal compound is filled between the electrodes to form a large number of pixels, and an image or information is displayed is well known. . As a driving method of this display element, there is a time-division drive in which an address signal is sequentially and selectively applied to the scanning electrode group and a predetermined information signal is selectively applied to the signal electrode group in parallel in synchronization with the address signal. Has been adopted.

これらの実用に供されたのは、殆どが、例えば“アプ
ライド・フイジスク・レターズ”(“Applied physics
Letters")1971年,18(4)号127〜128頁に記載のM.シ
ヤツト(M.Schadt)及びW.ヘルフリヒ(W.Helfrich)共
著になる“ボルテージ・デイペンダント・オプテイカル
・アクテイビデイー・オブ・ア・ツイステツド・ネマチ
ツク・リキツド・クリスタル”(“V0ltage Dependent
Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Cryst
al")に示されたTN(twisted nematic)型液晶であっ
た。
Most of these were put to practical use, for example, "Applied Physics Letters"("Appliedphysics").
Letters ") 1971, 18 (4), pages 127-128, co-authored by" M. Schadt "and" W. Helfrich "" Voltage Day Pendant Optical Activities Day " Of a twisted nematic liquid crystal ”(“ V 0 ltage Dependent
Optical Activity of a Twisted Nematic Liquid Cryst
It was a TN (twisted nematic) type liquid crystal shown in al ").

近年は、従来の液晶素子の改善型として、双安定性を
有する液晶素子の使用がクラーク(Clark)およびラガ
ーウオール(Lagerwall)の両者により特開昭56−10721
6号公報、米国特許第4367924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
ツクC相(SmC*)又はH相(SmH*)を有する強誘電性
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。
In recent years, as an improved version of the conventional liquid crystal device, the use of a liquid crystal device having bistability has been disclosed by both Clark and Lagerwall in JP-A-56-10721.
No. 6, US Pat. No. 4,367,924 and the like. As the bistable liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal having a chiral smectic C phase (SmC *) or an H phase (SmH *) is generally used. It has either the first optical stable state or the second optical stable state, and has the property of maintaining that state when an electric field is not applied, that is, stability, and has a quick response to changes in the electric field. Therefore, it is expected to be widely used in the field of high-speed and memory type display devices and the like.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、表示画素数が極めて多く、しかも高速
駆動が求められる時には、問題が生じる。すなわち、所
定の電圧印加時間に対して双安定性を有する強誘電性液
晶セルで第1の安定状態を与えるための閾値電圧を−Vt
h1とし、第2の安定状態を与えるための閾値電圧を+Vt
h2とすると、これらの閾値電圧を越えなくとも、長時間
に亘り、電圧が印加され続ける場合に、画素の書込まれ
た表示状態(例えば、白状態)が別の表示状態(例えば
黒状態)に反転することがある。第1図は双安定性強誘
電性液晶セルの閾値特性を表わしている。
However, a problem arises when the number of display pixels is extremely large and high-speed driving is required. That is, the threshold voltage for providing the first stable state in the ferroelectric liquid crystal cell having bistability for a predetermined voltage application time is -Vt.
h 1 and the threshold voltage for giving the second stable state is + Vt
If h 2 is set, when the voltage is continuously applied for a long time even if these threshold voltages are not exceeded, the display state (for example, white state) in which the pixel is written is different from the display state (for example, black state). ) May be reversed. FIG. 1 shows the threshold characteristics of a bistable ferroelectric liquid crystal cell.

第1図は、強誘電性液晶としてDOBAMBC(図中の12)
とHOBACPC(図中の11)を用いた時のスイツチングに要
する閾値電圧(Vth)の印加時間依存性をプロツトした
ものである。
Figure 1 shows DOBAMBC (12 in the figure) as a ferroelectric liquid crystal.
And HOBACPC (11 in the figure) are used to plot the application time dependence of the threshold voltage (Vth) required for switching.

第1図より明らかな如く、閾値Vthは印加時間依存性
を持っており、さらに印加時間が短い程、急勾配になっ
ていることが理解される。このことから、走査線が極め
て多く、しかも高速に駆動する素子に適用した場合に
は、例えばある画素の走査時において明状態のスイツチ
されていても、次の走査以降常にVth以下の情報信号が
印加され続ける場合、一画面の走査が終了する途中でそ
の画素が暗状態に反転してしまう危険性をもっているこ
とが判る。
As is clear from FIG. 1, it is understood that the threshold value Vth has an application time dependency, and the shorter the application time, the steeper the gradient. From this, when the number of scanning lines is extremely large, and when applied to an element that is driven at high speed, for example, even if a bright state is switched at the time of scanning a certain pixel, an information signal of Vth or less is always obtained after the next scanning. It can be seen that there is a risk that the pixel is inverted to the dark state in the middle of the end of the scanning of one screen if the application is continued.

本発明の目的は、前述したような従来の液晶表示素子
或いは液晶光シヤツターにおける問題点を解決した新規
な液晶素子の駆動法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a novel method for driving a liquid crystal display device which solves the problems in the conventional liquid crystal display device or liquid crystal light shutter as described above.

本発明の別の目的は、階調性の表現に適した光学変調
素子の駆動法を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a driving method of an optical modulator suitable for expressing gradation.

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕 本発明は、走査電極群と信号電極群とを有する一対の
基板間に光学変調物質を配した光学変調素子の駆動法に
おいて、該走査電極群を連続的に順次走査選択するとと
もに、連続する第1乃至第4の期間からなる走査選択期
間に、表示すべき情報に応じた信号電圧を該信号電極群
に供給することで、選択された走査電極上の画素を一旦
所定の光学状態に消去した後に、消去状態を保持するか
或は変化させるかの何れかにより該画素の光学状態を定
める工程を含み、該工程では、該走査選択信号の最大パ
ルス電圧の絶対値を所定の値2V0とした時に、該信号電
圧の絶対値を0乃至2V0の範囲から選択し、該第2の期
間に第1極性の消去電圧を該画素に印加し、該第3の期
間に第2の極性の書込電圧を該画素に印加し、該第1の
期間に該消去電圧とは異なる極性の第1の補助電圧を該
画素に印加し、該第4の期間に該書込電圧とは異なる極
性の第2の補助電圧を該画素に印加して、該第1乃至4
の期間の各期間を単位期間とした時に2単位期間以上同
じ極性の電圧が連続しない電圧波形を、各画素に印加す
る光学変調素子の駆動法である。本発明では表示すべき
情報に応じた電圧の選択範囲を走査選択信号を基準に所
定の範囲に収め、第1乃至第4の期間の電圧パルスの機
能を定めて、2単位期間(2位相)以上に亘って同じ極
性の電圧が連続して画素に印加されないようにした。こ
うして、画素の光学状態が意図せずに反転してしまう所
謂クロストークを防止することができる。しかも、連続
的に走査電極を選択する(走査電極に走査されない休止
期間を設けない)場合でも、同極性電圧の連続印加が防
止できるので、一画面を書き換えるフレーム周波数が低
下することがない点にも特徴を有している。
[Means for Solving Problems] and [Operation] The present invention relates to a method of driving an optical modulation element in which an optical modulation substance is arranged between a pair of substrates having a scanning electrode group and a signal electrode group. The groups are continuously selected by scanning, and a signal voltage corresponding to the information to be displayed is supplied to the signal electrode group during the continuous scanning selection period including the first to fourth periods to select the groups. After the pixel on the scanning electrode is once erased to a predetermined optical state, the step of determining the optical state of the pixel by either maintaining or changing the erased state is included. When the absolute value of the maximum pulse voltage is set to a predetermined value 2V 0 , the absolute value of the signal voltage is selected from the range of 0 to 2V 0 , and the erase voltage of the first polarity is applied to the pixel in the second period. And applying a write voltage of the second polarity during the third period. A first auxiliary voltage having a polarity different from the erase voltage is applied to the pixel during the first period, and a second auxiliary voltage having a polarity different from the write voltage during the fourth period is applied to the pixel. An auxiliary voltage is applied to the pixel to apply the first to fourth
This is a method of driving an optical modulation element in which a voltage waveform in which voltages of the same polarity are not continuous for two unit periods or more when each period of the period is set as a unit period is applied to each pixel. In the present invention, the voltage selection range according to the information to be displayed is set within a predetermined range based on the scanning selection signal, the function of the voltage pulse in the first to fourth periods is determined, and two unit periods (two phases) are set. The voltage of the same polarity is prevented from being continuously applied to the pixels over the above. In this way, so-called crosstalk in which the optical state of the pixel is inverted unintentionally can be prevented. Moreover, even when the scan electrodes are continuously selected (the scan electrodes are not provided with a pause period in which no scan is performed), continuous application of the same polarity voltage can be prevented, so that the frame frequency for rewriting one screen does not decrease. Also has features.

〔実施例〕〔Example〕

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
とのいずれかを取る、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。
The optical modulation substance used in the driving method of the present invention has at least two stable states, and particularly takes one of the first optical stable state and the second optical stable state depending on the applied electric field. That is, a substance having a bistable state with respect to an electric field, particularly a liquid crystal having such a property is used.

本発明の駆動法で用いる事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ツク
液晶が最も好ましく、その内カイラルスメクチツクC相
(SmC*)またH相(SmC*)の液晶が適している。この
強誘電性液晶については、“ル・ジユルナール・ド・フ
イジツク・ルーテル”(“Le Journal dephysiove lett
er")36巻(L−69),1975年の「フエロエレクトリツク
・リキツド・クリスタルス」(「Ferroelectric liquid
Crystals」);“アプライド・フイジツクス・レター
ズ”(“Applied Physics Letters")36巻(11号)1980
年の「サブミクロン・セカンド・バイステイブル・エレ
クトロオプテイツク・スイツチング・イン・リキツド・
クリスタル」(「Submicro Second Bistable Electroop
tic Switching in Liquid Crystals)」;“固体物理"1
6(141)1981「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。
As a liquid crystal having bistability that can be used in the driving method of the present invention, a chiral smectic liquid crystal having ferroelectricity is most preferable, and among them, a chiral smectic C phase (SmC *) or an H phase (SmC *). *) Liquid crystal is suitable. About this ferroelectric liquid crystal, "Le Journal dephysiove lett"
er ") 36 (L-69), 1975" Ferroelectric Liquid Crystals "(" Ferroelectric liquid
Crystals ");" Applied Physics Letters "36 (11) 1980
Year of "Submicron Second By Stable Electro-Optical Switching In-Liquid
Crystal ”(“ Submicro Second Bistable Electroop
tic Switching in Liquid Crystals) ”;“ Solid physics ”1
6 (141) 1981 “Liquid crystal” and the like, and the ferroelectric liquid crystal disclosed therein can be used in the present invention.

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−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−o−
(2−メチル)−ブチルレゾルシリデン−4′−オクチ
ルアニリン(MBRA8)等が挙げられる。
More specifically, examples of the ferroelectric liquid crystal compound used in the method of the present invention include desiloxybenzylidene-P'-
Amino-2-methylbutyl cinnamate (DOBAMBC),
Hexyloxybenzylidene-P'-amino-2-chloropropyl cinnamate (HOBACPC) and 4-o-
(2-methyl) -butyl resorcylidene-4'-octylaniline (MBRA8) and the like can be mentioned.

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
銅ブロツク等により支持することができる。
When using these materials to form an element, the liquid crystal compound is kept in a temperature state where it becomes the SmC * phase or SmH * phase. Can be supported.

又、本発明では前述のSmC*,SmH*の他にカイラルス
メクチツクF相、I相、J相、G相やK相で現われる強
誘電性液晶を用いることも可能である。
Further, in the present invention, in addition to SmC * and SmH * described above, it is also possible to use a ferroelectric liquid crystal which appears in a chiral smectic F phase, I phase, J phase, G phase or K phase.

第2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。21aと21bは、In2O3、SnO2やITO(インジウム
−テイン−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22がガラス
面に垂直になるよう配向したSmC*相の液晶が封入され
ている。太線で示した線23が液晶分子を表わしており、
この液晶分子23は、その分子に直交した方向に双極子モ
ーメント(P⊥)14を有している。基板21aと21b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23
のらせん構造がほどけ、双極子モーメント(P⊥)24は
すべて電界方向に向くよう、液晶分子23の配向方向を変
えることができる。液晶分子23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1μ)には、第3図示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、その双極子モーメントPa又はPbは上向き(34a)又
は下向き(34b)のどちらかの状態をとる。このような
セルに第3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、双極性モーメント
は電界Ea又Ebの電界ベクトルに対して上向き34a又は、
下向き34bと向きを変え、それに応じて液晶分子は第1
の安定状態33aかあるいは第2の安定状態33bの何れか一
方に配向する。
FIG. 2 is a schematic drawing of an example of a ferroelectric liquid crystal cell. 21a and 21b are substrates (glass plates) coated with transparent electrodes such as In 2 O 3 , SnO 2 and ITO (Indium-Thein-Oxide), between which the liquid crystal molecular layer 22 is perpendicular to the glass surface. The liquid crystal of SmC * phase that is oriented like this is enclosed. A thick line 23 represents a liquid crystal molecule,
The liquid crystal molecule 23 has a dipole moment (P⊥) 14 in a direction orthogonal to the molecule. When a voltage above a certain threshold is applied between the electrodes on the substrates 21a and 21b, the liquid crystal molecules 23
The orientation of the liquid crystal molecules 23 can be changed so that the helical structure is unwound and all the dipole moments (P⊥) 24 are oriented in the electric field direction. The liquid crystal molecules 23 have an elongated shape, and exhibit refractive index anisotropy in the major axis direction and the minor axis direction thereof. Therefore, for example, if polarizers arranged in a crossed Nicols position above and below a glass surface are placed. It is easily understood that the liquid crystal optical modulation element has optical characteristics that change depending on the polarity of voltage application. Further, when the thickness of the liquid crystal cell is made sufficiently thin (for example, 1 μ), the helical structure of the liquid crystal molecules is unwound and the dipole moment Pa or Pb thereof is released even when no electric field is applied as shown in FIG. Takes either the upward (34a) or downward (34b) state. When an electric field Ea or Eb having different polarities equal to or greater than a certain threshold is applied to such a cell for a predetermined time as shown in FIG. 3, the bipolar moment is upwardly directed to the electric field vector of the electric field Ea or Eb,
The direction of the liquid crystal molecule is changed to the downward direction 34b and the liquid crystal molecule is changed to the first direction.
The stable state 33a or the second stable state 33b.

このよう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状態を有すること
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Eaを印加すると液晶分子は第1の安定状態33a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33b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が一定の閾値を越えない限り、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。
There are two advantages of using such a ferroelectric liquid crystal as the optical modulation element. First, the response speed is extremely fast, and second, the orientation of the liquid crystal molecules has a bistable state. The second point will be explained with reference to FIG. 2, for example.
When the electric field Ea is applied, the liquid crystal molecules are aligned in the first stable state 33a, but this state is stable even when the electric field is cut off. or,
When the electric field Eb in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are oriented in the second stable state 33b to change the orientation of the molecules, but they remain in this state even when the electric field is turned off. Electric field
As long as Ea does not exceed a certain threshold, each alignment state is also maintained. With such a fast response speed,
In order to effectively realize the bistability, it is preferable that the cell is as thin as possible, and generally 0.5 μ to 20 μ, particularly 1 μ to 5 μ is suitable.

本発明の駆動法の好ましい具体例を以下の図により示
す。
A preferred specific example of the driving method of the present invention is shown by the following figures.

第4図は、走査電極群42と信号電極群43の間に双安定
性強誘電性液晶が挟まれたマトリクス画素構造を有する
代表的な強誘電性液晶セル41の模式図である。本発明は
多値またはアナログの階調表示に適用できるものである
が、説明を簡略化するために白、および1つの中間レベ
ル、および黒の3値を表示する場合を例にとって示す。
第4図に於て、クロスハツチングで示される画素Aが
「黒」に、片ハツチングで示される画素Bが「灰」(中
間レベル)、その他の画素Cが「白」に対応するものと
する。
FIG. 4 is a schematic view of a typical ferroelectric liquid crystal cell 41 having a matrix pixel structure in which a bistable ferroelectric liquid crystal is sandwiched between a scan electrode group 42 and a signal electrode group 43. The present invention can be applied to multi-value or analog gradation display, but for simplification of description, a case of displaying three values of white, one intermediate level, and black will be described as an example.
In FIG. 4, the pixel A indicated by cross-hatching corresponds to “black”, the pixel B indicated by half-hatching corresponds to “gray” (intermediate level), and the other pixels C correspond to “white”. To do.

第5図は1ライン毎に画像消去と書き込みを順次行な
う場合の具体的駆動波形の一例を示し、書き込み後の像
は第4図に対応する。
FIG. 5 shows an example of specific drive waveforms when image erasing and writing are sequentially performed line by line, and the image after writing corresponds to FIG.

第5図(a)に各走査電極SS,SNSおよび各信号電極I
S,IHS,INSに印加する電圧波形および、それぞれの走
査電極と信号電極に挟持される画素液晶に印加される電
圧を示す。ここで横軸は時間、縦軸は電圧を示す。
FIG. 5 (a) shows each scan electrode S S , S NS and each signal electrode I.
The voltage waveforms applied to S , I HS , and IN S , and the voltage applied to the pixel liquid crystal sandwiched between the respective scan electrodes and signal electrodes are shown. Here, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage.

ここでSSは画像情報を書きこむライン、すなわち選択
された走査電極に印加される駆動波形、SNSはそのとき
の画像情報を書き込まないライン、すなわち非選択の走
査電極に印加される駆動波形である。また、ISは前記選
択されたラインとの交差部との間に「黒」を書き込むた
めの駆動波形でIHSは中間レベル、またINSは「白」を書
き込むための駆動波形をそれぞれ示す。
Here, S S is a line in which image information is written, that is, a drive waveform applied to the selected scan electrode, and S NS is a line in which image information is not written at that time, that is, a drive waveform applied to a non-selected scan electrode. Is. I S is a driving waveform for writing “black” between the intersection with the selected line, I HS is an intermediate level, and I NS is a driving waveform for writing “white”. .

このとき画素を形成する液晶にそれぞれ印加される電
極は、IS−SS,IHS−SS,INS−SS,IS−SNS,IHS
SNS,INS−SNSで示されるようになる。
At this time, the electrodes respectively applied to the liquid crystals forming the pixels are I S −S S , I HS −S S , I NS −S S , I S −S NS , I HS
S NS , I NS −S NS .

ここで、用いた双安定性強誘電液晶の反転閾値をVth
としたとき、反転閾値Vthと駆動電圧V0との間で|±2V
0|<|Vth|<|±3V0|となるように駆動電圧V0を選
ぶ。ここでは、通常の液晶セルに加える配向処理等によ
り、反転閾値Vthは側と側でその値が若干異なって
いる場合があるが、この場合は、各駆動波形において
側と側の駆動電位を若干補正する等の対応を採るもの
とし、ここでは説明の便宜上|+Vth|(側の反転閾
値)=|−Vth|(側の反転閾値)としておく。
Here, the inversion threshold of the bistable ferroelectric liquid crystal used is Vth
, | ± 2V between the inversion threshold Vth and the drive voltage V 0
The drive voltage V 0 is selected so that 0 | <| Vth | <| ± 3V 0 |. Here, the inversion threshold Vth may be slightly different between the sides due to the alignment process or the like applied to a normal liquid crystal cell, but in this case, the drive potentials on the side and the side are slightly different in each drive waveform. A correspondence such as correction is taken, and here, for convenience of explanation, | + Vth | (side inversion threshold) = | −Vth | (side inversion threshold) is set.

上記の様にした場合、各画素に印加される電圧が、そ
の絶対値で一例として2V0以下の場合は液晶分子の反転
は起こらず、また3V0以上の場合では、反転が起こり、
その絶対値が大きくなるにつれ、反転が強く起こる様に
なる。
In the above case, when the voltage applied to each pixel is 2V 0 or less in absolute value, liquid crystal molecules do not invert, and when it is 3V 0 or more, inversion occurs,
As the absolute value becomes larger, the reversal becomes stronger.

ここで各波形について説明する。 Here, each waveform will be described.

選択された走査電極に印加する走査選択信号、SSは1
ラインの書き込み期間内に4つの位相をもっており、そ
の第2番目の位相でライン消去を、第3番目の位相で信
号電極に印加される信号に応じた画素書き込みを行なわ
れ、そのために、それぞれ第2位相に2V0、第3位相
に2V0のパルス波形が印加されている。また第1番目
の位相、第4番目の位相は、ほぼ零(基準電位)の電位
が補助的に印加される。
The scan selection signal applied to the selected scan electrode, S S is 1
There are four phases within the line writing period, line erasing is performed in the second phase, and pixel writing is performed in accordance with the signal applied to the signal electrode in the third phase. 2V 0 to 2 phase, the pulse waveform of 2V 0 third phase is applied. Further, a potential of substantially zero (reference potential) is auxiliary applied to the first phase and the fourth phase.

一方、選択されない走査電極に印加される走査非選択
信号SNSは、基準電位(ここではOV)に固定される。
On the other hand, the scanning non-selection signal SNS applied to the unselected scanning electrodes is fixed to the reference potential (here, OV).

次に信号電極に印加される電位波形は、前記走査選択
信号の各位相とほぼ同期してその第2番目位相において
消去信号2V0が印加され、この位相において、各信号
電極と選択された走査電極SSとの間で4V0の電圧が印
加される事になり液晶の反転閾値−Vthを越えるため、
このラインすべてを消去側(白)に反転させる。次に、
第3位相においては、選択された走査電極SSと交差する
信号電極に、それぞれ階調に応じた電圧が印加される。
ここでこの時画素を「黒」にする電位として−2V0、中
間レベル(灰)にする電位として−V0、「白」のまま保
持する電位として零(基準電位)とする。このようにす
ると、第3位相において、このラインの画素に印加され
る電圧はそれぞれ+4V0、+3V0、+2V0となり、それ
ぞれ「黒」、中間レベル「白」をそれぞれ画素に書き込
むことになる。
Next, the potential waveform applied to the signal electrode is applied with the erase signal 2V 0 in the second phase thereof substantially in synchronization with each phase of the scan selection signal, and in this phase, each signal electrode and the selected scan Since a voltage of 4V 0 is applied between the electrode S S and the inversion threshold −Vth of the liquid crystal is exceeded,
Invert all this lines to the erase side (white). next,
In the third phase, a voltage corresponding to each gray scale is applied to the signal electrodes that intersect the selected scan electrode S S.
Here -2 V 0 this time pixel as the potential to "black", -V 0 as the potential to an intermediate level (gray), and zero as potential kept at the "white" (reference potential). In this way, in the third phase, the voltages applied to the pixels on this line are + 4V 0 , + 3V 0 , and + 2V 0 , respectively, and "black" and intermediate level "white" are written to the pixels, respectively.

次に、補助的に印加する第1位相、および第4位相に
ついて説明する。まず第4位相で選択された走査電極上
の画素に印加される電圧は、消去位相の電圧極性と同一
極性で閾値以下の−2V0が印加される。
Next, the first phase and the fourth phase that are auxiliary applied will be described. First, as the voltage applied to the pixel on the scan electrode selected in the fourth phase, −2V 0, which is the same polarity as the voltage polarity in the erase phase and is equal to or less than the threshold value, is applied.

また、第1位相としては、前記第2位相の画素におけ
る書き込み信号に応じた電圧を印加するこの電位は、第
3位相において画素に印加される電圧と同極性(走査非
選択信号を基準にして)または走査非選択信号と同一電
圧レベルである。この際、本発明では、表示画面でのち
らつきを解消する上で、選択された走査電極上の画素に
印加される各位相における電圧絶対値;第1位相におけ
る電圧絶対値|V1|、第2位相における電圧絶対値|V2
|、第3位相における電圧絶対値|V3|と第4位相にお
ける電圧絶対値|V4|;が|V1|+|V3|=|V2|+|V4
|の関係をもっていることが好ましい。
Further, as the first phase, a voltage corresponding to the write signal in the pixel of the second phase is applied, and this potential has the same polarity as the voltage applied to the pixel in the third phase (based on the scanning non-selection signal as a reference). ) Or the same voltage level as the scanning non-selection signal. At this time, in the present invention, in order to eliminate the flicker on the display screen, the absolute voltage value in each phase applied to the pixel on the selected scan electrode; the absolute voltage value in the first phase | V 1 | Absolute voltage value in 2 phases | V 2
|, The absolute voltage value | V 3 | in the third phase and the absolute voltage value | V 4 |; in the fourth phase are | V 1 | + | V 3 | = | V 2 | + | V 4
It is preferable to have a relationship of |.

さて、双安定性を有する状態での強誘電液晶の電界に
よるスイツチングのメカニズムは微視的には必ずしも明
らかではないが、一般に所定の安定状態に所定時間の強
い電界でスイツチングした後、全く電界が印加されない
状態に放置する場合には、ほぼ半永久的にその状態を保
つことは可能であるが、所定時間ではスイツチングしな
いような弱い電界(先に説明した例で言えば、Vth以下
の電圧に対応)であっても、逆極性の電界が長時間に渉
って印加される場合には、逆の安定状態へ再び配向状態
が反転してしまい、その結果正しい情報の表示や変調が
達成できない現象が生じ得る。当発明者等は、このよう
な弱電界の長時間印加による、配向状態の転移反転現象
(一種のクロストーク)の生じ易さが基板表面の材質、
粗さや液晶材料等によって影響を受ける事は認識した
が、定量的には未だ把みきっていない。ただ、ラビング
やSiO等の斜方蒸着等液晶分子の配向のための一軸性基
板処理を行うと、上記反転現象の生じ易さが増す傾向に
あることは確認した。特に、高い温度の時に低い温度の
場合に較べて、その傾向が強く現われることも確認し
た。
The mechanism of switching by the electric field of the ferroelectric liquid crystal in the bistable state is not necessarily microscopically clear, but generally after switching to a predetermined stable state with a strong electric field for a predetermined time, no electric field is generated. If left unapplied, it is possible to maintain that state almost semi-permanently, but a weak electric field that does not switch for a predetermined period of time (in the example explained earlier, it corresponds to a voltage below Vth. ), When an electric field of opposite polarity is applied for a long time, the orientation state is inverted again to the opposite stable state, and as a result, correct information display and modulation cannot be achieved. Can occur. The inventors of the present invention have found that the ease of occurrence of the transition reversal phenomenon (a kind of crosstalk) of the alignment state due to the application of such a weak electric field for a long time is
We have recognized that it is affected by roughness and liquid crystal material, but we have not yet grasped it quantitatively. However, it was confirmed that uniaxial substrate treatment for aligning liquid crystal molecules such as rubbing or oblique vapor deposition of SiO 2 tends to increase the inversion phenomenon. In particular, it was confirmed that the tendency was stronger when the temperature was high than when the temperature was low.

いずれにしても、正しい情報の表示や変調を達成する
ために一定方向の電界が長時間に渉って印加されること
は、避けるのが好ましい。
In any case, it is preferable to avoid applying an electric field in a constant direction for a long time in order to achieve correct information display and modulation.

本発明においては同極性の電圧が2位相以上、続いて
印加されない様にしたことで上記問題を解決することが
できる。
In the present invention, the above-mentioned problems can be solved by preventing the voltages of the same polarity from being applied successively in two or more phases.

第6図は別の実施例を挙げる。 FIG. 6 shows another embodiment.

第6図は第5図の駆動波形に対して、選択された走査
電極に印加する第1位相の電圧値を変えたのみである。
したがって、前記の走査信号が選択されない位相が連続
する画素で生じるクロストークに対する効果、あるいは
階調表現の安定化に対する効果は、第5図例と全く同様
である。第6図において、新たに特徴づけられる点は、
選択された走査電極と信号電極間に印加される電圧のう
ち、ライン消去信号として印加される電圧位相すなわち
第2位相の前、すなわち第1位相において印加される電
圧が必ず閾値|Vth|以下の電圧絶対値となる様にしたこ
とである。この様にすることで、たとえば第5図(a)
の例のうちSS−IHS,SS−INSの場合に見られる現象、す
なわち、ライン消去前に閾値を超える書き込み信号が第
1位相に加わることにより、ライン消去前に当該ライン
に一旦「黒」あるいは中間レベルが書き込まれることに
よる画素のちらつきを防止したものである。
FIG. 6 only changes the voltage value of the first phase applied to the selected scan electrode with respect to the drive waveform of FIG.
Therefore, the effect on the crosstalk generated in the pixels in which the scanning signals are not selected and the phases are continuous, or the effect on the stabilization of the gradation expression is exactly the same as in the example of FIG. The newly characterized point in FIG. 6 is that
Of the voltages applied between the selected scan electrode and signal electrode, the voltage applied as the line erase signal, that is, before the second phase, that is, the voltage applied in the first phase must be less than or equal to the threshold | Vth | The absolute value of the voltage is set. By doing so, for example, FIG. 5 (a)
In the case of S S −I HS and S S −I NS in the above example, that is, a write signal exceeding the threshold is added to the first phase before line erasure, so that the line is temporarily erased before the line erase. Flickering of pixels due to writing "black" or an intermediate level is prevented.

なお、前述迄の説明においては、3値の画像について
説明したが、第5図、第6図において、信号電極に印加
される駆動波形のうち、第3位相における電位を−2V0
から零まれ、またこれに対応して第1位相における電位
を零から−2V0まで、多値に分割して、あるいはアナロ
グ的に値を選択して与えることにより、多階調あるいは
アナログ階調の画像が得られる。
In the above description, a ternary image was described, but in FIGS. 5 and 6, the potential in the third phase of the drive waveform applied to the signal electrode is -2V 0.
From 0 to -2V 0 by dividing the potential in the first phase into multi-values or by analog-selecting the value to give multi-gradation or analog gray-scale. Image is obtained.

第7図は前記第5図〜第6図に示した駆動波形によっ
て画素が形成されたマトリクスセルを示す。
FIG. 7 shows a matrix cell in which pixels are formed by the driving waveforms shown in FIGS.

ここでI1〜I5はITO等の透明導電膜により形成された
信号電極、またS0〜S5が接続された部分は、Al、Au等で
形成された低抵抗走査電極、またS0〜S5で挟まれた部分
はSnO2その他の透明な高抵抗膜(105〜108Ω/□)であ
る。
Here, I 1 to I 5 are signal electrodes formed of a transparent conductive film such as ITO, a portion connected to S 0 to S 5 is a low resistance scanning electrode formed of Al, Au, or the like, or S 0 The part sandwiched between ~ S 5 is SnO 2 and other transparent high resistance films (10 5 ~ 10 8 Ω / □).

上記の構成で選択された走査電極に第5図あるいは第
6図で示した駆動波形を印加する。ここでS0は常に零
(基準)電位とした。該構成においては、選択された走
査電極と選択されない走査電極との間で画素書き込み時
においてほぼ2V0の電位勾配が形成さえる。すなわち、
たとえばS1に書き込みの時2V0の電圧が印加された場
合、S0およびS2までの中間点において電位V0となる。
The drive waveform shown in FIG. 5 or 6 is applied to the scan electrode selected in the above configuration. Here, S 0 was always set to zero (reference) potential. In this structure, a potential gradient of about 2V 0 can be formed between the selected scan electrode and the non-selected scan electrode during pixel writing. That is,
For example, when a voltage of 2V 0 is applied to S 1 during writing, the potential becomes V 0 at the midpoint between S 0 and S 2 .

これに対し、信号電極群に所定の信号電圧を印加した
場合、抵抗膜のおのおのの位置において液晶に印加され
る電圧が異なるため、該電圧が閾値を越えた部分のみ
「黒」が書き込まれることになる。第7図におては、各
走査電極を含む一点鎖線で囲まれた部分が1画素に相当
する。
On the other hand, when a predetermined signal voltage is applied to the signal electrode group, since the voltage applied to the liquid crystal is different at each position of the resistance film, “black” is written only in the portion where the voltage exceeds the threshold value. become. In FIG. 7, the portion surrounded by the alternate long and short dash line including each scanning electrode corresponds to one pixel.

この動作についてライン消去駆動法を用いてもう少し
詳しく説明する。走査電極S1が選択され、さらに各信号
電極に信号電圧が印加される場合、ラインで消去される
範囲あるいは「黒」が書き込まれる範囲は、S1より互い
にほぼ等距離にある一点鎖線A1−B1間で示される。すな
わち、この範囲内はすべて一旦「白」にされ、その後信
号電圧が「黒」の場合は、走査電極S1を中心としてこの
範囲内ほぼ全部が「黒」になり、また、中間レベルの場
合はその一部が「黒」になり、また「白」の場合は、そ
のまま白に保持される。次に、走査電極S2が選択された
場合にまず全面が「白」にされる範囲はA2−B2間とな
り、その後この範囲内で「黒」、中間レベル「白」が決
定される。したがって走査電極を順次選択していくこと
により、第7図に示される画像が形成される。
This operation will be described in more detail using the line erase driving method. Scanning electrode S 1 is selected, further if the signal voltage to each signal electrode is applied, the range of the range or "black" is erased in the line is written, the dashed line is approximately equidistant from each other than S 1 A 1 -B represented between 1. That is, if all of this range is once made “white” and then the signal voltage is “black”, almost all of this range around the scan electrode S 1 becomes “black”, and if it is at an intermediate level. Part of it becomes "black", and when it is "white", it is kept as it is. Next, when the scan electrode S 2 is selected, the range in which the entire surface is first set to “white” is between A 2 and B 2 , and then “black” and the intermediate level “white” are determined within this range. . Therefore, by sequentially selecting the scan electrodes, the image shown in FIG. 7 is formed.

一方、画素に印加される電圧の最大の絶対値を適宜選
ぶことにより第9図に示す様に各走査電極間の中心を隔
てて画素を分割することが出来る。これは選択された走
査電極と選択されない走査電極間で形成される電位勾配
の絶対値が第5図〜第6図に従って2V0とすると、|閾
値|よりほぼ|V0|大きい値を液晶にかかる最大電圧値
とすることにより達成される。すなわち、電位勾配の大
きさの約半分以上の大きさの電圧内で階調表現を行なえ
ば良いわけである、したがって、たとえば第5図〜第6
図例において最大値を|±3V0|〜|±4V0|の間にと
れば良い。この場合、1つの画素全部を「黒」にする電
圧値と「白」にする電圧値にズレがある場合があるが、
この時はその電圧値を適宜に異ならせることにより補正
することが出来る。
On the other hand, by appropriately selecting the maximum absolute value of the voltage applied to the pixel, the pixel can be divided with the centers between the scanning electrodes separated as shown in FIG. This means that when the absolute value of the potential gradient formed between the selected scan electrode and the non-selected scan electrode is 2V 0 according to FIGS. 5 to 6, a value that is approximately | V 0 | This is achieved by setting such a maximum voltage value. In other words, it is sufficient to perform gradation expression within a voltage that is about half the magnitude of the potential gradient, and therefore, for example, FIGS.
In the illustrated example, the maximum value may be set between | ± 3V 0 | and | ± 4V 0 |. In this case, there may be a difference between the voltage value for making all one pixel “black” and the voltage value for making “white”,
At this time, the voltage value can be corrected by appropriately changing it.

またこのとき、必ずしも走査を走査線順次に行なわず
とも駆動できたとえば1ineおきに駆動することな
ど、その他可能となる。
Further, at this time, the scanning can be performed without necessarily performing the scanning line sequentially, and it is possible to perform the driving, for example, every 1ine.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上記述した本発明によれば、高密度の画素を有する
マトリクス光学変調素子においても、安定して階調表現
をも行なうことが出来るものである。
According to the present invention described above, it is possible to stably perform gradation expression even in a matrix optical modulator having high density pixels.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、強誘電性液晶の電圧印加時間に対する閾値電
圧の変化を示す特性図である。第2図および第3図は、
本発明で用いた強誘電性液晶素子の模式的な斜視図であ
る。第4図は、本発明で用いたマトリクス電極構造の平
面図である。第5図(a)と第6図(a)は駆動電圧波
形図で、第5図(b)と第6図(b)はその時系列波形
図である。第7図と第8図は、本発明で用いた階調を表
現したマトリクス電極構造の平面図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing a change in threshold voltage of a ferroelectric liquid crystal with respect to a voltage application time. FIG. 2 and FIG.
FIG. 3 is a schematic perspective view of a ferroelectric liquid crystal element used in the present invention. FIG. 4 is a plan view of the matrix electrode structure used in the present invention. FIGS. 5 (a) and 6 (a) are drive voltage waveform diagrams, and FIGS. 5 (b) and 6 (b) are their time-series waveform diagrams. FIGS. 7 and 8 are plan views of the matrix electrode structure used in the present invention to express gradation.

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】走査電極群と信号電極群とを有する一対の
基板間に光学変調物質を配した光学変調素子の駆動法に
おいて、 該走査電極群を連続的に順次走査選択するとともに、連
続する第1乃至第4の期間からなる走査選択期間に、表
示すべき情報に応じた信号電圧を該信号電極群に供給す
ることで、選択された走査電極上の画素を一旦所定の光
学状態に消去した後に、消去状態を保持するか或は変化
させるかの何れかにより、該画素の光学状態を定める工
程を含み、 該工程では、 該走査選択信号の最大パルス電圧の絶対値を所定の値2
V0とした時に、該信号電圧の絶対値を0乃至2V0の範囲
から選択し、 該第2の期間に第1極性の消去電圧を該画素に印加し、
該第3の期間に第2の極性の書込電圧を該画素に印加
し、該第1の期間に該消去電圧とは異なる極性の第1の
補助電圧を該画素に印加し、該第4の期間に該書込電圧
とは異なる極性の第2の補助電圧を該画素に印加して、 該第1乃至4の期間の各期間を単位期間とした時に、2
単位期間以上同じ極性の電圧が連続しない電圧波形を各
画素に印加することを特徴とする光学変調素子の駆動
法。
1. A method of driving an optical modulation element in which an optical modulation substance is arranged between a pair of substrates having a scanning electrode group and a signal electrode group, wherein the scanning electrode groups are continuously and sequentially selected for scanning. By supplying a signal voltage corresponding to information to be displayed to the signal electrode group during the scan selection period including the first to fourth periods, the pixels on the selected scan electrode are once erased to a predetermined optical state. After that, the step of determining the optical state of the pixel by either maintaining or changing the erased state is performed. In the step, the absolute value of the maximum pulse voltage of the scan selection signal is set to a predetermined value 2.
When V 0 is set, the absolute value of the signal voltage is selected from the range of 0 to 2V 0 , and the erase voltage of the first polarity is applied to the pixel in the second period,
A write voltage having a second polarity is applied to the pixel in the third period, a first auxiliary voltage having a polarity different from the erase voltage is applied to the pixel in the first period, and the fourth voltage is applied to the pixel. When a second auxiliary voltage having a polarity different from that of the write voltage is applied to the pixel during the period of, and each period of the first to fourth periods is set as a unit period,
A method for driving an optical modulation element, wherein a voltage waveform in which voltages of the same polarity are not continuous for a unit period or longer is applied to each pixel.
【請求項2】該光学変調物質はカイラルスメクティック
液晶である特許請求の範囲第1項に記載の光学変調素子
の駆動法。
2. The method for driving an optical modulation element according to claim 1, wherein the optical modulation substance is a chiral smectic liquid crystal.
【請求項3】該走査選択信号は該第1及び第3の期間が
共に同極性同電圧のパルスからなり、該第2及び第4の
期間が共に該パルスと逆極性で同電圧のパルスからなる
パルス列であり、 該信号電圧は該第2及び第4の期間が一定の電圧のパル
ス、該第3の期間が表示すべき情報に応じて変化する電
圧のパルス、該第1の期間が該第3の期間の電圧に応じ
て変化する電圧のパルスからなるパルス列である特許請
求の範囲第1項に記載の光学変調素子の駆動法。
3. The scanning selection signal comprises pulses of the same polarity and voltage in both the first and third periods, and pulses of the same voltage in the second and fourth periods having opposite polarities to the pulse. The signal voltage is a constant voltage pulse in the second and fourth periods, a voltage pulse changing in accordance with information to be displayed in the third period, and the first period is The method of driving an optical modulation element according to claim 1, wherein the pulse train is a pulse train composed of pulses of a voltage that changes according to the voltage of the third period.
【請求項4】該走査選択信号は、該第1の期間が基準電
圧、該第2及び第4の期間が共に同極性同電圧のパル
ス、該第3の期間が共に該パルスと逆極性の電圧のパル
スからなるパルス列であり、 該信号電圧は該第2及び第4の期間が一定の電圧のパル
ス、該第3の期間が表示すべき情報に応じて変化する電
圧のパルス、該第1の期間が該第3の期間の電圧に応じ
て変化する電圧のパルスからなるパルス列である特許請
求の範囲第1項に記載の光学変調素子の駆動法。
4. The scan selection signal has a reference voltage in the first period, a pulse having the same polarity and the same voltage in the second and fourth periods, and a pulse having the opposite polarity to the pulse in the third period. A pulse train composed of voltage pulses, the signal voltage having a constant voltage pulse in the second and fourth periods, a pulse having a voltage changing in accordance with information to be displayed in the third period, the first pulse The method of driving an optical modulation element according to claim 1, wherein the period is a pulse train composed of pulses of a voltage that changes according to the voltage of the third period.
【請求項5】該表示すべき情報は階調情報に対応した多
値情報であり、該第1及び第3の期間の電圧は該階調情
報に応じて変化する特許請求の範囲第1項に記載の光学
変調素子の駆動法。
5. The information to be displayed is multi-valued information corresponding to gradation information, and the voltages in the first and third periods change according to the gradation information. A method for driving the optical modulator according to the item 1.
【請求項6】各画素は、印加電圧に応じて、走査電極と
信号電極との間に電位差勾配が生じる画素構造を持つ特
許請求の範囲第1項に記載の光学変調素子の駆動法。
6. The method of driving an optical modulation element according to claim 1, wherein each pixel has a pixel structure in which a potential difference gradient is generated between the scanning electrode and the signal electrode in accordance with an applied voltage.
【請求項7】該光学変調物質は、強誘電性液晶である特
許請求の範囲第1項に記載の光学変調素子の駆動法。
7. The method for driving an optical modulation element according to claim 1, wherein the optical modulation substance is a ferroelectric liquid crystal.
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