JPH0690374B2 - Optical modulator - Google Patents

Optical modulator

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JPH0690374B2
JPH0690374B2 JP61001186A JP118686A JPH0690374B2 JP H0690374 B2 JPH0690374 B2 JP H0690374B2 JP 61001186 A JP61001186 A JP 61001186A JP 118686 A JP118686 A JP 118686A JP H0690374 B2 JPH0690374 B2 JP H0690374B2
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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、光学変調装置に関し、特に少なくとも2つの
安定状態をもつ強誘電性液晶装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical modulator, and more particularly to a ferroelectric liquid crystal device 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 scanning electrodes and signal electrodes are formed in a matrix and a liquid crystal compound is filled between the electrodes to form a large number of pixels to display an image or information 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・フィジクス・レターズ”(“Applied Physics Le
tters")1971年,18(4)号126〜128頁に記載のM.シャ
ット(M.Schadt)及びW.ヘルフリヒ(W.Helfrich)共著
になる“ボルテージ・ディペンダント・オプティカル・
アクティビティー・オブ・ア・ツイステッド・ネマチッ
ク・リキッド・クリスタル”(Voltage Dependent Opti
cal Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal"
に示されたTN(twisted−nematic)型液晶であった。
Most of these practical applications were, for example, “Applied Physics Letters”.
tters ") 1971, 18 (4), pages 126-128, co-authored by M. Schadt and W. Helfrich," Voltage Dependant Optical. "
Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal ”(Voltage Dependent Opti
cal Activity of a Twisted Nematic Liquid Crystal "
The TN (twisted-nematic) liquid crystal shown in FIG.

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)及びラガーウ
ォール(Lagerwall)の両者により特開昭56−107216号
公報、米国特許第4367924号明細書で提案されている。
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-56-107216 and US Pat. No. 4,367,924. Is proposed in the book.
As the bistable liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal having a chiral smectic C phase (SmC *) or an H phase (SmH *) is generally used, and in these states, a first liquid crystal in response to an applied electric field is used. It has either the 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, has stability, and has a quick response to a change in the electric field, Wide application is expected in the field of high-speed and memory type display devices.

〔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、問題を生じる。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−Vth1
とし、第2の安定状態を与えるための閾値電圧を+Vth2
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、画素に書き込まれ
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 giving the first stable state in the ferroelectric liquid crystal cell having bistability for a predetermined voltage application time is -V th1.
And the threshold voltage for giving the second stable state is + V th2
Then, even if these threshold voltages are not exceeded, when the voltage is continuously applied for a long time, the display state (for example, white state) written in the pixel is inverted to another display state (for example, black state). I have something to do. FIG. 1 shows the threshold characteristic 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)のH
OBACPC(図中の11)を用いた時のスイッチングに要する
閾値電圧(Vth)の印加時間依存性をプロットしたもの
である。
Figure 1 shows H of DOBAMBC (12 in the figure) as a ferroelectric liquid crystal.
It is a plot of the application time dependence of the threshold voltage (V th ) required for switching when OBACPC (11 in the figure) is used.

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、
例えばある画素に走査時において明状態にスイッチさて
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 V th has an application time dependency, and the shorter the application time, the steeper the gradient. From this, when it is applied to an element that has extremely many scanning lines and is driven at high speed,
For example, even if a pixel is switched to the bright state during scanning, if the information signal of V th or less is continuously applied after the next scanning, that pixel is inverted to the dark state during the scanning of one screen. It turns out that there is a risk of being lost.

〔問題点を解決するための手段〕及び〔作用〕 本発明の目的は、前述したような従来の液晶表示素子或
いは液晶光シャッターにおける問題点を解決した新規な
光学変調装置を提供することにある。
[Means for Solving Problems] and [Operation] An object of the present invention is to provide a novel optical modulator which solves the problems in the conventional liquid crystal display element or liquid crystal optical shutter as described above. .

本発明の別の目的は、高速応答性を有する光学変調装置
を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an optical modulator having a fast response.

本発明の他の目的は、高密度の画素を有する光学変調装
置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an optical modulator having high density pixels.

本発明は、a.複数の走査電極で構成した走査電極群と複
数の信号電極で構成した信号電極群とで形成したマトリ
クス電極及び閾値電圧を越えた異なる極性の電圧印加に
応じて異なる配向状態を生じる強誘電性液晶を備えた光
学変調素子、 b.走査電極群と信号電極群との交差部に、前記強誘電性
液晶の閾値電圧を越えた一方極性電圧を同時に印加する
手段、 c.走査電極を順次走査し、走査選択された走査電極に、
選択されていない走査電極への印加電圧を基準にして、
一方極性パルス及び他方極性パルスからなる両極性パル
スを有し、該両極性パルスの電圧平均値を選択されてい
ない走査電極への印加電圧を基準にして、電圧0とした
走査選択信号を印加する手段、並びに、 d.前記走査選択信号の両極性パルスと同期させて、前記
信号電極群の選択された信号電極に、前記両極性パルス
と同位相の両極性パルスを有する一方の情報信号を印加
し、これによって該走査選択信号が印加された走査電極
と該選択された信号電極との交差部に前記強誘電性液晶
の閾値電圧を越えない電圧を印加し、残りの信号電極
に、前記両極性パルスと逆位相の両極性パルスを有する
他方の情報信号を印加し、これによって該走査選択信号
が印加された走査電極と該残りの信号電極との交差部
に、該情報信号における両極性パルスの後半パルスの印
加時に、前記強誘電性液晶の閾値電圧を越えた他方極性
電圧を印加する手段を有する光学変調装置に特徴があ
る。
The present invention includes: a. A matrix electrode formed of a scan electrode group formed of a plurality of scan electrodes and a signal electrode group formed of a plurality of signal electrodes, and different alignment states depending on voltage application of different polarities exceeding a threshold voltage. An optical modulation element provided with a ferroelectric liquid crystal that causes a.b. means for simultaneously applying a polarity voltage exceeding the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal at the intersection of the scanning electrode group and the signal electrode group, c. The scan electrodes are sequentially scanned, and the scan electrodes selected for scanning are
Based on the voltage applied to the unselected scan electrodes,
A scan selection signal having a bipolar pulse composed of one polarity pulse and the other polarity pulse, and a voltage average value of the bipolar pulse is set to 0 based on the voltage applied to the unselected scan electrode is applied. Means, and d. Applying one information signal having a bipolar pulse having the same phase as the bipolar pulse to the selected signal electrodes of the signal electrode group in synchronization with the bipolar pulse of the scanning selection signal. As a result, a voltage that does not exceed the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal is applied to the intersection of the scan electrode to which the scan selection signal is applied and the selected signal electrode, and the remaining signal electrodes are connected to the bipolar electrodes. Bipolar signal in the information signal is applied to the intersection of the scan electrode to which the scan selection signal is applied and the remaining signal electrode by applying the other information signal having the bipolar pulse having the opposite phase to the sex pulse. During the second half pulse of the applying is characterized in an optical modulator having a means for applying the other polarity voltage exceeding the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の装置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 modulator used in the device of the present invention has at least two stable states, and in particular, 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.

本発明の装置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*)又はH相(SmH*)の液晶が適している。この
強誘電性液晶については、“ル・ジュナール・ド・フィ
ジック・ルーテル”(“Le Journal de Physioue l
etter")36巻(L−69),1975年の「フエロエレクトリ
ック・リキッド・クリスタルス」(「Ferroelectric L
iquid Crystals」);“アプライド・フィジクス・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・エレクトロオプティック・スイッチング・イン・リ
キッド・クリスタル」(「Submicro Second Bistable
Electrooptic Switching in Liquid Crystal
s)」;“固体物理"16(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 device of the present invention, a chiral smectic liquid crystal having ferroelectricity is most preferable, and a chiral smectic C phase (SmC *) or H phase (SmH *) liquid crystal is suitable. ing. About this ferroelectric liquid crystal, "Le Journal de Physioue l"
etter ") Volume 36 (L-69), 1975" Ferroelectric Liquid Crystals "(" Ferroelectric L "
iquid Crystals ”);“ Applied Physics Letters ”36 volumes (11
No.) 1980 "Submicron Second Bistable Electro-Optic Switching In Liquid Crystal"("Submicro Second Bistable")
Electrooptic Switching in Liquid Crystal
s) ”;“ Solid State Physics ”16 (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、本発明の装置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(DOBAMB
C)、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)及び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 device of the present invention include desiloxybenzylidene-P '.
-Amino-2-methylbutyl cinnamate (DOBAMB
C), hexyloxybenzylidene-P'-amino-2
-Chloropropyl cinnamate (HOBACPC) and 4-o
Examples include-(2-methyl) -butylresorcylidene-4'-octylaniline (MBRA8).

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が保持
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。
When using these materials to form an element, the liquid crystal compound maintains a temperature state where it becomes the SmC * phase or SmH * phase. Therefore, if necessary, use an element such as a copper block with a heater embedded in it. Can be supported.

又、本発明では前述のSmC*,SmH*の他にカイラルスメ
クチック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, it is also possible to use the ferroelectric liquid crystal which appears in the chiral smectic F phase, I phase, J phase, G phase or K phase in addition to the above-mentioned SmC * and SmH *.

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⊥)23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充分に薄くした
場合(例えば1μ)には、第3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、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)のどちからの状態をとる。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、双極子モーメント
は電界Ea又は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1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 In 2 O 3 , SnO 2 and ITO (Indium-
It is a substrate (glass plate) coated with a transparent electrode such as thein-oxide), and SmC * phase liquid crystal oriented so that the liquid crystal molecular layer 22 is perpendicular to the glass surface is enclosed between the substrates. A thick line 23 represents a liquid crystal molecule, and 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 helical structure of the liquid crystal molecules 23 is unraveled, and all the dipole moments (P⊥) 23 are oriented in the electric field direction. Can be changed. 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 a state of either upward (34a) or downward (34b). When an electric field Ea or Eb having a polarity different from a certain threshold value is applied to such a cell for a predetermined time as shown in FIG. 3, the dipole moment becomes upward 34a or downward 34b with respect to the electric field vector of the electric field Ea or Eb. The orientation is changed, and the liquid crystal molecules are aligned in one of the first stable state 33a and the second stable state 33b accordingly.

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の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まっている。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 an optical modulation element. First, the response speed is extremely fast, and the alignment of the second liquid crystal molecules has a bistable state. Explaining the second point with reference to FIG. 2, for example, when an 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. Moreover, when the electric field Eb in the opposite direction is applied, the liquid crystal molecules are in the second stable state.
It is oriented to 33b and changes its molecular orientation, but it remains in this state even when the electric field is turned off. Also, the applied electric field
As long as Ea does not exceed a certain threshold, they are also maintained in their respective orientations. 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.

本発明の装置の好ましい具体例を以下の図に示す。A preferred embodiment of the device of the present invention is shown in the following figures.

第4図は、走査電極群と信号電極群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セル41
の模式図である。42は、走査電極群であり、43は信号電
極群である。今、説明を簡略化するために白黒の二値信
号を表示する場合を例にとって示す。第4図に於て斜線
で示される画素が「黒」に、その他の画素が「白」に対
応するものとする。
FIG. 4 shows a cell 41 having a matrix pixel structure in which a bistable ferroelectric liquid crystal is sandwiched between a scan electrode group and a signal electrode group.
FIG. 42 is a scanning electrode group, and 43 is a signal electrode group. Now, in order to simplify the description, a case where a black and white binary signal is displayed will be described as an example. In FIG. 4, the shaded pixels correspond to "black" and the other pixels correspond to "white".

第5図は、書込みに先立って画面を「白」に揃えるため
の信号(全面クリヤ信号という)を印加する全面クリヤ
ーステップTを表わしている。すなわち、第5図(a)
は、全又は所定部の走査電極群42に1時に又は走査信号
として印加する電圧波形2Voを表わしている。第5図
(b)は、走査電極群42に印加した信号と同期して信号
電極群の全部又は所定部に印加する電圧波形−Voを表わ
している。又、第5図(c)は、画素の印加された時の
電圧波形−3Voを表わしている。前述の全面クリヤー信
号−3Voは、強誘電性液晶の閾値電圧−Vth1を越えた電
圧で全又は所定部の画素に印加される為、かかる画素で
は強誘電性液晶が一方の安定状態(第1の安定状態)に
配向し、その画素の表示状態としては例えば「白」の表
示状態に揃えられることになる。即ち、かかるステップ
Tでは、画面全体が1時に又は順次「白」の状態に揃え
られることになる。
FIG. 5 shows a full-clear step T for applying a signal (referred to as full-clear signal) for aligning the screen to "white" prior to writing. That is, FIG. 5 (a)
Represents a voltage waveform 2V o applied to all or predetermined portions of the scanning electrode group 42 at one time or as a scanning signal. FIG. 5B shows a voltage waveform −V o applied to all or a predetermined part of the signal electrode group in synchronization with the signal applied to the scan electrode group 42. Further, FIG. 5 (c) shows a voltage waveform −3V o when the pixel is applied. Since the above-mentioned full-clear signal -3V o is applied to all or a predetermined part of the pixels at a voltage exceeding the threshold voltage -V th1 of the ferroelectric liquid crystal, the ferroelectric liquid crystal in one of the stable states ( The pixels are oriented in the first stable state), and the display state of the pixels is aligned with, for example, a "white" display state. That is, in this step T, the entire screen is arranged in the state of “white” at 1 o'clock or sequentially.

第6図(a)と(b)は夫々選択された走査電極に与え
られる電気信号とそれ以外の走査電極(選択されない走
査電極)に与えられる電気信号を示し、第6図(c)と
(d)は夫々選択された(これを黒とする)信号電極に
与えられる電気信号と選択されない(これを白とする)
信号電極に与えられる電気信号を表わす。第6図(a)
〜(d)夫々横軸が時間を、縦軸が電圧を表わす。t2
t1は夫々情報信号(及び走査信号)が印加される位相及
び補助信号が印加される位相をあらわす。本例ではt1
t2=Δtの例が示されている。
FIGS. 6 (a) and 6 (b) respectively show an electric signal given to the selected scan electrode and an electric signal given to the other scan electrodes (scan electrodes not selected), and FIGS. d) is not selected as an electric signal applied to the selected signal electrode (shown as black) and is not selected (shown as white)
Represents an electrical signal applied to the signal electrode. Figure 6 (a)
(D) The horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage, respectively. t 2 and
t 1 represents the phase to which the information signal (and the scanning signal) is applied and the phase to which the auxiliary signal is applied, respectively. In this example, t 1 =
An example of t 2 = Δt is shown.

走査電極群42は逐次走査信号が選択される。今、双安定
性を有する液晶セルの第1の安定状態(第1の安定状態
に基づく表示状態を白とする)を与える為の印加時間Δ
tでの閾値電圧を−Vth1とし、第2の安定状態(第2の
安定状態に基づく表示状態を黒とする)を与えるための
印加時間Δtでの閾値電圧をVth2とすると選択された走
査電極に与えられる電気信号は第6図(a)に示される
如く位相(時間)t1では2Voを、位相(時間)t2では−
2Voとなる様な電圧である。又、それ以外の走査電極
は、第6図(b)に示す如くアース状態となっており電
気信号0である。一方、選択された信号電極に与えられ
る電気信号は第6図(c)に示される如く位相t1に於て
−Voで、位相t2でVoであり、又選択されない信号電極に
与えられる電気信号は第6図(d)に示される如く位相
t1に於てVoで、位相t2に於て−Voである。以上に於て、
電圧値VoはVo<Vth2<3Voと−Vo>−Vth1>−3Voを満
足する所望の値に設定される。このような電気信号が与
えられたときの、各画素に印加される電圧波形を第7図
に示す。
Sequential scanning signals are selected for the scanning electrode group 42. Now, the application time Δ for giving the first stable state (display state based on the first stable state is white) of the liquid crystal cell having bistability
The threshold voltage at t is set to −V th1, and the threshold voltage at the application time Δt for giving the second stable state (the display state based on the second stable state is black) is set to V th2 . electrical signal applied to the scanning electrodes a sixth as phase (time) is shown in Figure (a) t 1 At 2V o, phase (time) in t 2 -
The voltage is 2V o . The other scanning electrodes are grounded as shown in FIG. 6 (b), and the electric signal is 0. On the other hand, a selected electrical signal applied to the signal electrodes sixth diagram to a phase t 1 as shown in (c) Te at -V o, a phase t 2 V o, also applied to the signal electrodes are not selected The electric signal to be transmitted has a phase as shown in Fig. 6 (d).
V o at t 1 and −V o at phase t 2 . In the above,
The voltage value V o is set to a desired value that satisfies V o <V th2 <3V o and −V o > −V th1 > −3V o . FIG. 7 shows the waveform of the voltage applied to each pixel when such an electric signal is applied.

第7図に於て、(a)と(b)は夫々選択された走査線
上にあって、「黒」及び「白」を表示されるべき画素
に、又(c)と(d)は夫々選択されていない走査線上
の画素に印加される電圧波形である。
In FIG. 7, (a) and (b) are on the selected scanning line, and "black" and "white" are at the pixels to be displayed, and (c) and (d) are respectively. It is a voltage waveform applied to the pixel on the scanning line which is not selected.

選択された走査電極上にある画素で、選択された信号電
極上の画素、即ち「黒」と表示すべき画素では、第7図
(a)に示す様に位相t1で走査線に印加された電圧(第
6図(a))の絶対値|2Vo|と信号線に印加された電圧
(第6図(c))の絶対値|Vo|との加算された値|3Vo
|で、且つ、第1の安定状態を与える側の極性の電圧−
3Voが印加される。位相t1で−3Voが印加された画素
は、全面クリア信号により予め第1の安定状態となって
いる為、前述した全面クリヤーステップで形成した
「白」状態が保持される。又、選択されていない信号電
極上の画素には、第7図(b)に示す様に位相t1で−Vo
の電圧が印加されるが、かかる電圧−Voは閾値電圧以下
に設定されているため、やはり全面クリヤーステップで
予め白状態となっている画素は、その表示状態を変える
ことはない。
In the pixel on the selected scanning electrode, the pixel on the selected signal electrode, that is, the pixel to be displayed as "black", is applied to the scanning line at the phase t 1 as shown in FIG. 7 (a). voltage the absolute value of (Figure 6 (a)) | 2V o | absolute value of the signal line to the voltage applied (Figure 6 (c)) | V o | added value of | 3V o
|, And the voltage of the polarity on the side that gives the first stable state −
3V o is applied. The pixel to which −3V o is applied at the phase t 1 is in the first stable state in advance by the full-surface clear signal, and thus the “white” state formed by the above-mentioned full-clear step is held. Further, the pixels on the signal electrodes are not selected, -V o in phase t 1 as shown in FIG. 7 (b)
However, since the voltage −V o is set to be equal to or lower than the threshold voltage, the display state is not changed for the pixel which is already in the white state in the entire clear step.

位相t2における選択された走査電極上の画素で、且つ選
択された信号電極上の画素では、第7図(a)に示す様
に3Voが印加される。従って、この位相t2で選択された
画素では強誘電性液晶の第2の安定状態の閾値電圧Vth2
を越えた3Voの電圧が印加されて、第2の安定状態に基
づく表示状態、すなわち黒状態に転移することになる。
又、位相t2で選択されていない信号電極上の画素は、第
7図(b)に示す様に+Voの電圧が印加されているが、
かかる電圧+Voは閾値電圧以下に設定されているため、
位相t1における表示状態をそのまま維持することにな
る。従って、かかる位相t2は、走査電極ライン上の画素
の書込み状態を決定づける位相(表示状態決定位相)を
意味している。又、前述の位相t1では、走査電極ライン
上の画素に閾値電圧を越えた電圧が印加されることはな
いので、前述した全面クリヤーステップTでの表示状態
を変えない補助位相とすることができ、この時に信号電
極群に印加する信号を補助信号とすることができる。
In the pixel on the selected scanning electrode and the pixel on the selected signal electrode in the phase t 2 , 3V o is applied as shown in FIG. 7 (a). Therefore, in the pixel selected at this phase t 2 , the second stable state threshold voltage V th2 of the ferroelectric liquid crystal is
A voltage of 3 V o exceeding the threshold voltage is applied to cause a transition to the display state based on the second stable state, that is, the black state.
Further, as shown in FIG. 7 (b), the voltage + V o is applied to the pixels on the signal electrode which are not selected in the phase t 2 ,
Since this voltage + V o is set below the threshold voltage,
The display state at the phase t 1 is maintained as it is. Therefore, the phase t 2 means a phase (display state determining phase) that determines the writing state of the pixel on the scan electrode line. Further, at the phase t 1 described above, since a voltage exceeding the threshold voltage is not applied to the pixels on the scan electrode line, it is possible to use an auxiliary phase that does not change the display state in the above-mentioned full clear step T. The signal applied to the signal electrode group at this time can be used as an auxiliary signal.

以上述べた駆動信号を時系列的に示したのが第8図であ
る。S1〜S5は走査電極に印加される電気信号、I1とI3
信号電極に印加される電気信号で、I1−S1とI3−S3はそ
れぞれ第4図に示した画素AとCに印加される電圧波形
である。
FIG. 8 shows the drive signals described above in time series. S 1 to S 5 are electric signals applied to the scanning electrodes, I 1 and I 3 are electric signals applied to the signal electrodes, and I 1 -S 1 and I 3 -S 3 are shown in FIG. 4, respectively. It is a voltage waveform applied to pixels A and C.

さて、双安定性を有する状態での強誘電液晶の電界によ
るスイッ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、電界でスイッチングした後、全く電界が印加されな
い状態に放置する場合には、ほぼ半永久的にをの状態を
保つことは可能であるが、所定時間ではスイッチングし
ないような弱い電界(先に説明した例で言えば、Vth
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 due to the electric field of the ferroelectric liquid crystal in the bistable state is not always clear microscopically, but generally, after switching to a predetermined stable state for a predetermined time with a strong electric field, there is no electric field at all. It is possible to maintain the state of almost semi-permanently when it is left unapplied, but a weak electric field that does not switch for a predetermined time (in the example explained above, V th or less (Corresponding to the voltage), if an electric field of opposite polarity is applied for a long time, the orientation state will be inverted again to the opposite stable state, and as a result, correct information display and modulation will be possible. Phenomena that 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 not affected by the material, roughness, liquid crystal material, etc. of the substrate surface. I recognized it, but I 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.

従って本発明の装置に於る第1の位相t1は一定方向の弱
電界が印加され続けることを防止しうる位相であって、
その好ましい具体例として第6図(c)及び(d)に示
す如く、信号電極群に位相t1に於て印加した情報信号
((c)は黒、(d)は白に対応)と極性の異なる信号
を位相t2に於て印加するものである。例えば第4図に示
したパターンを表示しようとする場合、位相t1を持たな
い駆動方法を行うと、走査電極S1を走査したとき、画素
Aは黒となるが、S2以降では信号電極I1に印加される電
気信号は、−Voが連続し、その電圧は、そのまま画素A
に印加されるため画素Aが、やがて白に反転してしまう
可能性が大きい。本発明は、前述した様に予め画面上の
全ての画素を、一旦「白」とし、「黒」書込み時は位相
t1で表示−3Voの電圧が印加されるが、この位相t1で表
示状態を決定するわけではなく、続く位相t2で「黒」を
書込む電圧3Voが印加される。
Therefore, the first phase t 1 in the device of the present invention is a phase capable of preventing a weak electric field in a constant direction from being continuously applied,
As a preferable example thereof, as shown in FIGS. 6 (c) and 6 (d), the information signal ((c) corresponds to black, (d) corresponds to white) and the polarity applied to the signal electrode group at the phase t 1. Different signals are applied at phase t 2 . For example, when the pattern shown in FIG. 4 is to be displayed, if the driving method without the phase t 1 is performed, the pixel A becomes black when the scan electrode S 1 is scanned, but the signal electrode is generated after S 2. The electric signal applied to I 1 has a continuous −V o , and the voltage is the same as that of the pixel A.
Therefore, the pixel A is likely to be inverted to white in due course. According to the present invention, as described above, all the pixels on the screen are previously set to “white” and the phase is set when writing “black”.
While the voltage of the display -3 V o is applied at t 1, this does not mean to determine the display state in the phase t 1, the voltage written "black" in the subsequent phase t 2 3V o is applied.

この時の書込み時間をΔtとした場合には、各々の位相
t1とt2での印加時間はΔtである。又「白」保持時は電
圧は|±Vo|で印加時間はΔtである。更に、走査時以
外に於ても、各画素に印加される電圧は最大で|±Vo
であり、これらの状態がどのように続いたとしても書込
み期間以外は|±Vo|が時間2Δt以上続く事はなく、
クロストークは全く起こらず、全画面の走査が一度終了
すると、表示された情報は、半永久的に保持される為の
双安定性を有さない通常のTN液晶を用いた表示素子に於
る如き、リフレッシュ工程は全く必要ない。
If the writing time at this time is Δt,
The application time at t 1 and t 2 is Δt. Further, when "white" is held, the voltage is | ± V o | and the application time is Δt. Furthermore, the voltage applied to each pixel is at maximum | ± V o |
And, no matter how these states last, | ± V o | will not last longer than time 2Δt except during the writing period.
Crosstalk does not occur at all, and once the scanning of the entire screen is completed, the displayed information is as semi-permanently retained as in a display element using a normal TN liquid crystal that does not have bistability. , No refresh process is needed.

第9図は、全面クリア信号の別な実施例であり、第9図
(a)は走査線に印加される電圧波形であり、位相P1
2Vo、位相P2で2Vo、第9図(b)は信号線に印加され
る電圧波形で、位相P1でVo、位相P2で−Voとなる。第9
図(c)は画素に印加される電圧で、P1でVoとなり、一
旦「黒」となるが続く位相P2で−3Voとなり「白」状態
が書込まれる。このようにすると、全ての画素にかかる
電圧は、常に平均値0とすることができ、この為前述し
たクロストークを惹起こす可能性は全くなくなる。
Figure 9 is another embodiment of a full clear signal, Figure 9 (a) is a voltage waveform applied to the scan line, 2V o at phase P 1, the phase P 2 2V o, 9 Figure (b) is a waveform of the voltage applied to the signal line, and -V o in phase P 1 V o, the phase P 2. 9th
In FIG. (C) is a voltage applied to the pixel, V o becomes at P 1, -3 V o becomes "white" state is written once to become but the phase P 2 following "black". By doing so, the voltage applied to all the pixels can always have an average value of 0, and therefore the possibility of causing the above-mentioned crosstalk is completely eliminated.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、強誘電性液晶素子を用いた表示パネル
を高速で駆動させても、走査非選択信号が印加されてい
る走査電極ライン上の画素に印加され続ける電圧波形の
最大パルス幅が書込み時のパルスΔtの2倍であるた
め、一画面の書込み走査途中で表示状態が他の表示状態
に反転する現象を有効に防止することができる。
According to the present invention, even when a display panel using a ferroelectric liquid crystal element is driven at high speed, the maximum pulse width of the voltage waveform continuously applied to the pixels on the scan electrode line to which the scan non-selection signal is applied is Since it is twice the pulse Δt at the time of writing, it is possible to effectively prevent the phenomenon that the display state is inverted to another display state during the writing scanning of one screen.

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

第1図は、強誘電性液晶の閾値特性を表わす説明図であ
る。第2図及び第3図は、本発明で用いる強誘電性液晶
素子を模式的に表す斜視図である。第4図は本発明で用
いるマトリクス画素構造の平面図である。第5図(a)
〜(c)は、全面クリヤステップ時の電圧波形を表わす
説明図である。第6図(a)〜(d)は夫々電極に印加
される信号の電圧波形を示す説明図である。第7図
(a)〜(d)は、それぞれ画素に印加される信号の電
圧波形を示す説明図である。第8図は前述の信号を時系
列で表わした電圧波形の説明図である。第9図(a)〜
(c)は、全面クリヤーステップ時の別の電圧波形を表
す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing threshold characteristics of a ferroelectric liquid crystal. 2 and 3 are perspective views schematically showing a ferroelectric liquid crystal element used in the present invention. FIG. 4 is a plan view of the matrix pixel structure used in the present invention. Fig. 5 (a)
(C) is an explanatory view showing a voltage waveform at the time of the full clear step. FIGS. 6A to 6D are explanatory diagrams showing voltage waveforms of signals applied to the electrodes. FIGS. 7A to 7D are explanatory diagrams showing voltage waveforms of signals applied to pixels, respectively. FIG. 8 is an explanatory diagram of voltage waveforms representing the above signals in time series. FIG. 9 (a)-
(C) is an explanatory view showing another voltage waveform at the time of full clear step.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】a.複数の走査電極で構成した走査電極群と
複数の信号電極で構成した信号電極群とで形成したマト
リクス電極及び閾値電圧を越えた異なる極性の電圧印加
に応じて異なる配向状態を生じる強誘電性液晶を備えた
光学変調素子、 b.走査電極群と信号電極群との交差部に、前記強誘電性
液晶の閾値電圧を越えた一方極性電圧を同時に印加する
手段、 c.走査電極を順次走査し、走査選択された走査電極に、
選択されていない走査電極への印加電圧を基準にして、
一方極性パルス及び他方極性パルスからなる両極性パル
スを有し、該両極性パルスの電圧平均値を選択されてい
ない走査電極への印加電圧を基準にして、電圧0とした
走査選択信号を印加する手段、並びに、 d.前記走査選択信号の両極性パルスと同期させて、前記
信号電極群の選択された信号電極に、前記両極性パルス
と同位相の両極性パルスを有する一方の情報信号を印加
し、これによって該走査選択信号が印加された走査電極
と該選択された信号電極との交差部に前記強誘電性液晶
の閾値電圧を越えない電圧を印加し、残りの信号電極
に、前記両極性パルスと逆位相の両極性パルスを有する
他方の情報信号を印加し、これによって該走査選択信号
が印加された走査電極と該残りの信号電極との交差部
に、該情報信号における両極性パルスの後半パルスの印
加時に、前記強誘電性液晶の閾値電圧を越えた他方極性
電圧を印加する手段、 を有する光学変調装置。
1. A matrix electrode formed of a scanning electrode group formed of a plurality of scanning electrodes and a signal electrode group formed of a plurality of signal electrodes, and different orientations according to voltage application of different polarities exceeding a threshold voltage. An optical modulation element having a ferroelectric liquid crystal that causes a state, b. Means for simultaneously applying a polarity voltage exceeding the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal at the intersection of the scanning electrode group and the signal electrode group, c. .The scan electrodes are sequentially scanned, and the scan electrodes selected for scanning are
Based on the voltage applied to the unselected scan electrodes,
A scan selection signal having a bipolar pulse composed of one polarity pulse and the other polarity pulse, and a voltage average value of the bipolar pulse is set to 0 based on the voltage applied to the unselected scan electrode is applied. Means, and d. Applying one information signal having a bipolar pulse having the same phase as the bipolar pulse to the selected signal electrodes of the signal electrode group in synchronization with the bipolar pulse of the scanning selection signal. As a result, a voltage that does not exceed the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal is applied to the intersection of the scan electrode to which the scan selection signal is applied and the selected signal electrode, and the remaining signal electrodes are connected to the bipolar electrodes. Bipolar signal in the information signal is applied to the intersection of the scan electrode to which the scan selection signal is applied and the remaining signal electrode by applying the other information signal having the bipolar pulse having the opposite phase to the sex pulse. During the second half pulse of the applying means for applying the other polarity voltage exceeding the threshold voltage of the ferroelectric liquid crystal, an optical modulation device having a.
【請求項2】前記一方及び他方の情報信号の両極性パル
スの電圧平均値が、選択されていない走査電極への印加
電圧を基準にして、0となっている特許請求の範囲第1
項記載の光学変調装置。
2. A voltage average value of bipolar pulses of the one and the other information signals is 0 with reference to a voltage applied to an unselected scan electrode.
An optical modulator according to the item.
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