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JPH0414767B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0414767B2
JPH0414767B2 JP15065184A JP15065184A JPH0414767B2 JP H0414767 B2 JPH0414767 B2 JP H0414767B2 JP 15065184 A JP15065184 A JP 15065184A JP 15065184 A JP15065184 A JP 15065184A JP H0414767 B2 JPH0414767 B2 JP H0414767B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
voltage
scanning
pixel
threshold
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP15065184A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS6128929A (en
Inventor
Junichiro Kanbe
Kazuo Yoshinaga
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.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon 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 Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP15065184A priority Critical patent/JPS6128929A/en
Priority to US06/714,618 priority patent/US4712872A/en
Publication of JPS6128929A publication Critical patent/JPS6128929A/en
Publication of JPH0414767B2 publication Critical patent/JPH0414767B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Liquid Crystal (AREA)
  • Liquid Crystal Display Device Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液晶素子などの光学変調素子の駆動
法に係り、詳しくは表示素子やシヤツターアレイ
等の光学変調素子に用いる液晶素子の時分割駆動
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for driving an optical modulation element such as a liquid crystal element, and more particularly to a time division driving method for a liquid crystal element used in an optical modulation element such as a display element or a shutter array.

従来、マトリクス状に多数個の画素を形成した
液晶表示素子の構成法として、次のものが挙げら
れるが、それぞれ欠点を有する。
Conventionally, the following methods have been used to construct a liquid crystal display element in which a large number of pixels are formed in a matrix, but each method has drawbacks.

1 単純電極マトリクスによる法: 極めて作製が用意であるが、非選択点にも電
界が印加されてクロストークが生じる。このた
め、画素容量を上げることが出来ない。
1 Method using a simple electrode matrix: Although it is extremely easy to fabricate, an electric field is also applied to non-selected points, causing crosstalk. For this reason, it is not possible to increase the pixel capacity.

2 各画素に対応してTFT(薄膜トランジスタ)
等の能動素子を設ける方法; 各能動素子が明確なスイツチング動作を行う
ために、クロストークが生じることは避け得る
が、能動素子の作製に極めて精密なアライメン
ト技術を要し、これを大画面の液晶素子に適用
しようとした場合には、極めて高コストとな
る。
2 TFT (thin film transistor) corresponding to each pixel
A method of providing active elements such as If it is applied to a liquid crystal element, the cost will be extremely high.

3 各画素に対応したMIM(金属/絶縁体/金
属)構造等の非線型素子を用いる方法; 各非線型素子と各画素に対応する液晶層との
電気的マツチングが良好にとれる場合には、ク
ロストークが防止され、画素容量はある程度大
きくできるが、画素密度を上げようとした場合
には、各画素の液晶層の静電容量が小さくな
り、電気的マツチングをとるためには、各非線
型素子の静電容量もこれに応じて小さくしなけ
ればならず、非線型素子が電荷保持機能をもつ
ためには、駆動条件もに、作製上の大きなネツ
クとの厳しさとなつている。
3 A method using nonlinear elements such as MIM (metal/insulator/metal) structures corresponding to each pixel; If good electrical matching can be achieved between each nonlinear element and the liquid crystal layer corresponding to each pixel, Crosstalk is prevented and the pixel capacitance can be increased to some extent, but when trying to increase the pixel density, the capacitance of the liquid crystal layer of each pixel becomes smaller, and in order to achieve electrical matching, each nonlinear The electrostatic capacitance of the element must be reduced accordingly, and in order for the nonlinear element to have a charge retention function, the driving conditions are also becoming stricter, which is a major hurdle in manufacturing.

この非線型素子を用いた液晶の駆動法に関し
ては、多数の報告がある。例えば、IEEE
Transactions on Electron Devices,Vol.ED
−28,No.6,JUNE 1981に掲載されている
David R.Baraff他による“The Optimization
of Metal−Insulator−Metal Nonlinear
Devices for Use in Multiplexed Liquid
Crystal Displays”に詳しい開示がなされてい
る。いずれにしても、前記いずれの方法を用い
ても、大画素容量で、かつ大画面の表示が難し
く、しかも比較的安価な液晶素子は未だ出現し
ていなのが現状である。
There are many reports regarding liquid crystal driving methods using this nonlinear element. For example, IEEE
Transactions on Electron Devices, Vol.ED
-28, No.6, JUNE 1981
“The Optimization” by David R. Baraff et al.
of Metal−Insulator−Metal Nonlinear
Devices for Use in Multiplexed Liquid
In any case, no matter which method is used, liquid crystal elements with large pixel capacity, difficult to display on a large screen, and relatively inexpensive have not yet appeared. That is the current situation.

4 強誘電性液晶を用いる方法; 米国特許第4367924号公報には、双安定状態
を発現した強誘電性液晶素子にマトリクス電極
構造を組込んだ液晶光学素子が開示されてい
る。この強誘電性液晶の閾値電圧が電圧印加時
間(パルス幅)に依存した閾値特性を生じてい
た。例えば、電圧V1が印加され続けても、強
誘電性液晶の電気分極状態(例えば、白表示に
対応する一方の状態)は、変化を生じないが、
電圧V1が印加時間t1を越えた時、他方の電気分
極状態(例えば、黒表示に対応する)に反転し
てしまう。従つて、強誘電性液晶をマトリクス
駆動に適用した際には、−フレーム内で一度、
例えば印加時間t0で負電圧−V2の印加によつて
白表示に書込まれた走査電極上の画素は、他の
走査電極上の画素の書込み時に、信号電極から
パルス幅t0で正電圧V1または負電圧−V1を受
信するため、パルス幅t0の正電圧V1の印加が連
続し、前述の印加時間t1を越えると、黒表示に
反転を生じてしまう。この反転現象のため、マ
トリクス駆動の適用を難かしいものにさせてい
た。
4. Method using ferroelectric liquid crystal; US Pat. No. 4,367,924 discloses a liquid crystal optical element in which a matrix electrode structure is incorporated into a ferroelectric liquid crystal element that exhibits a bistable state. The threshold voltage of this ferroelectric liquid crystal has a threshold characteristic that depends on the voltage application time (pulse width). For example, even if the voltage V 1 continues to be applied, the electrical polarization state of the ferroelectric liquid crystal (for example, one state corresponding to white display) does not change;
When the voltage V 1 exceeds the application time t 1 , it is reversed to the other electrical polarization state (for example, corresponding to black display). Therefore, when applying a ferroelectric liquid crystal to matrix drive, - once within a frame,
For example, a pixel on a scanning electrode that has been written to white display by applying a negative voltage -V 2 at an application time t 0 will receive a positive voltage from the signal electrode with a pulse width t 0 when writing a pixel on another scanning electrode. In order to receive the voltage V 1 or the negative voltage -V 1 , the positive voltage V 1 with the pulse width t 0 is continuously applied, and if the above-mentioned application time t 1 is exceeded, the black display will be inverted. This inversion phenomenon has made it difficult to apply matrix drive.

従つて、本発明の目的は、前記従来技術の問題
点を克服した大画素容量で、かつ大画面の表示或
いは変調が可能で、しかも比較的安価に製造する
ことが可能な新しい液晶素子の駆動法を提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a new liquid crystal device that overcomes the problems of the prior art, has a large pixel capacity, is capable of displaying or modulating a large screen, and can be manufactured at a relatively low cost. It is about providing law.

本発明で用いる液晶素子は、液晶材料として強
誘電性液晶という材料に特定化することにより、
これを通常のフオトソグラフイー技術によつても
達成し得る非線型素子と組み合わせることによ
り、今までに得られなかつた大面積で、かつ高画
素密度の液晶表示デバイスを提供し得るものであ
る。
The liquid crystal element used in the present invention uses a material called ferroelectric liquid crystal as the liquid crystal material.
By combining this with a nonlinear element that can also be achieved using ordinary photography technology, it is possible to provide a liquid crystal display device with a large area and high pixel density that has never been available before. .

本発明の液晶素子で用いる強誘電液晶は、2つ
の分極状態がそれぞれ記憶性を有することがで
き、この場合には以下に述べる多大な効果を奏す
ることができる。
The ferroelectric liquid crystal used in the liquid crystal element of the present invention can have two polarization states each having memorability, and in this case, the following great effects can be achieved.

通常の液晶(例えば、ねじれネマチツク液晶)
と非線型素子とからなる従来の液晶素子に於て
は、画素ONの信号によつて非線型素子がON状
態となり、液晶層両端に電荷が蓄積し、電圧が印
加されて、画素に対応する液晶がON状態とな
る。この後信号がOFFされると、非線型素子は
OFF状態となり液晶層両端に著積されていた電
荷は、非線型素子の静電容量と液晶層の静電容量
とに容量分割される。このため、非線型素子の静
電容量が液晶層のそれに比べ充分に小さくない場
合には、液晶層の両端にある電荷量は減少し、画
素に対応する液晶をON状態に保持し続けること
ができなくなる。このため、従来の液晶素子では
非線型素子の静電容量が液晶層のそれに対して通
常1/10程度以下にする必要があり、それ以上にな
ると駆動条件のラチユードが極めて狭くなつてし
まう。従つて、画素密度を上げようとした場合、
画素液晶の静電容量は小さくなるため、非線型素
子の静電容量をさらに小さくする必要があり、通
常のフオトリソグラフイー技術で、微小な非線型
素子を構成することは困難であつた。
Ordinary liquid crystal (e.g. twisted nematic liquid crystal)
In a conventional liquid crystal device consisting of a pixel ON signal and a non-linear element, the non-linear element is turned ON by a pixel ON signal, charges are accumulated at both ends of the liquid crystal layer, and a voltage is applied to the pixel. The LCD is turned on. After this, when the signal is turned off, the nonlinear element
The charge that has accumulated significantly at both ends of the liquid crystal layer in the OFF state is capacitively divided into the capacitance of the nonlinear element and the capacitance of the liquid crystal layer. Therefore, if the capacitance of the nonlinear element is not sufficiently smaller than that of the liquid crystal layer, the amount of charge at both ends of the liquid crystal layer will decrease, making it impossible to keep the liquid crystal corresponding to the pixel in the ON state. become unable. For this reason, in conventional liquid crystal elements, the capacitance of the nonlinear element usually needs to be about 1/10 or less of that of the liquid crystal layer, and if it exceeds that, the latitude of the driving conditions becomes extremely narrow. Therefore, if you try to increase the pixel density,
Since the capacitance of the pixel liquid crystal becomes smaller, it is necessary to further reduce the capacitance of the nonlinear element, and it has been difficult to construct a minute nonlinear element using ordinary photolithography technology.

一方、非線型素子の静電容量と画素液晶の静電
容量に比べ充分小さくした場合、信号がOFFさ
れ、非線型素子がOFFとなつたときに、液晶層
両端の蓄積電荷によつて液晶層に印加されている
電圧はほとんどそのまま非線型素子にも加わる。
従つて、液晶層をOFF状態からON状態に切り換
えるに要する電圧(液晶の閾値)より非線型素子
の閾値電圧が低い場合には、非線型素子がON状
態となり、液晶層に蓄積されていた電荷は、非線
型素子を通つて放電してしまう。或いは、非線型
素子の閾値電圧が液晶の閾値電圧より若干高い場
合でも、その後に続いて信号電極に印加される情
報信号電圧によつては、さらに非線型素子にかか
る電圧が上昇して非線型素子がON状態に戻る危
険性が高い。このため、記憶性のない通常の液晶
と非線型素子との組みあわせによる従来の液晶素
子では、液晶の閾値電圧にくらべ非線型素子の閾
値電圧を充分に大きくする必要があり、駆動電圧
の高圧化を招く結果となる。
On the other hand, if the capacitance of the non-linear element is made sufficiently smaller than the capacitance of the pixel liquid crystal, when the signal is turned OFF and the non-linear element is turned OFF, the accumulated charge at both ends of the liquid crystal layer will cause the liquid crystal layer to The voltage applied to the nonlinear element is also applied almost unchanged.
Therefore, if the threshold voltage of the nonlinear element is lower than the voltage required to switch the liquid crystal layer from the OFF state to the ON state (threshold value of the liquid crystal), the nonlinear element will be in the ON state, and the charge accumulated in the liquid crystal layer will be reduced. will discharge through the nonlinear element. Alternatively, even if the threshold voltage of the nonlinear element is slightly higher than the threshold voltage of the liquid crystal, depending on the information signal voltage that is subsequently applied to the signal electrode, the voltage applied to the nonlinear element may further increase, causing nonlinearity. There is a high risk that the element will return to the ON state. For this reason, in a conventional liquid crystal element that is a combination of an ordinary liquid crystal without memory and a nonlinear element, it is necessary to make the threshold voltage of the nonlinear element sufficiently larger than the threshold voltage of the liquid crystal. This results in

いずれなしても、従来の液晶素子では非線型素
子の作製上の困難さと、駆動法の厳しさが商品と
して高画素密度化を達成することの妨げとなつて
いたが、液晶層の2つ(ONとOFF)の状態(強
誘電液晶の2つの分極状態に対応する。)がそれ
ぞれ記憶性を有しているならば、一旦、液晶層に
電圧が印加されて例えばON状態にスイツチング
がおこると、その後に電圧が解除されても、ON
状態を保持することができるため、非線型素子の
静電容量は、画素液晶の静電容量と同程度あるい
はそれ以下でさえ許容され、低い駆動電圧で、高
速の駆動を達成することが可能となつた。
In any case, in conventional liquid crystal devices, the difficulty in manufacturing nonlinear elements and the harshness of driving methods have hindered the achievement of high pixel density as commercial products. If the states (corresponding to the two polarization states of a ferroelectric liquid crystal) (ON and OFF) have memory properties, once a voltage is applied to the liquid crystal layer and switching occurs, for example, to the ON state, , even if the voltage is removed afterwards, it remains ON
Since the state can be maintained, the capacitance of the nonlinear element can be equal to or even lower than that of the pixel liquid crystal, making it possible to achieve high-speed drive with low drive voltage. Summer.

すなわち、本発明の駆動法は交差した走査電極
群と信号電極の交差部を画素としたマトリクス電
極構造の各画素に対応して非線型素子を有し、前
記走査電極群と信号電極群の間に強誘電性液晶を
有する液晶素子の駆動法であつて、第一の過程
で、走査電極を順次走査し、走査選択された走査
電極上の画素に、同時に、強誘電性液晶の一方の
極性の閾値を越えた一方極性の第一電圧を印加
し、第二の過程で、走査電極を順次走査し、走査
選択された走査電極上の画素に、選択的に、強誘
電性液晶の他方の極性の閾値を越えた一方極性の
第二電圧及び該閾値を越えない第三電圧を印加す
る液晶素子の駆動法に特徴がある。
That is, the driving method of the present invention has a non-linear element corresponding to each pixel of a matrix electrode structure in which pixels are intersections of scanning electrode groups and signal electrodes, and a non-linear element is provided between the scanning electrode group and the signal electrode group. A method for driving a liquid crystal element having a ferroelectric liquid crystal, in which, in the first step, scanning electrodes are sequentially scanned, and pixels on selected scanning electrodes are simultaneously exposed to one polarity of the ferroelectric liquid crystal. A first voltage of one polarity exceeding the threshold of is applied, and in a second process, the scanning electrodes are sequentially scanned, and the pixels on the selected scanning electrode are selectively exposed to the other polarity of the ferroelectric liquid crystal. The method of driving the liquid crystal element is characterized by applying a second voltage of one polarity that exceeds a polarity threshold and a third voltage that does not exceed the threshold.

尚、以下の実施例で詳述されるが、本発明の駆
動法は従来のネマチツクやコレステリツク等の液
晶と異り、2つの互いに逆極性の分極状態を有す
る強誘電液晶を用いるため、本質的には直流駆動
であることに大きな特徴を有している。
As will be explained in detail in the following examples, the driving method of the present invention differs from conventional nematic or cholesteric liquid crystals in that it uses ferroelectric liquid crystals that have two mutually opposite polarization states. The major feature of this is that it is DC driven.

本発明の液晶素子で用いる強誘電性液晶として
は、カイラルスメクチツクC相(SmC*)、H相
(SmH*)、F相(SmF*)、I相(SmI*)又はG
相(SmG*)の液晶が適している。この強誘電性
液晶については、“LE JOURNAL DE
PHYSIQ UE LETTERS”36(L−69)1975,
「Ferroelectric Liquid Crystals」;“Applied
Physics Letters”36(11)1980「Submicro
Second Bistable Eiectrooptic Switching in
Liquid Crystals」;“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。
The ferroelectric liquid crystal used in the liquid crystal element of the present invention includes chiral smectic C phase (SmC * ), H phase (SmH * ), F phase (SmF * ), I phase (SmI * ), or G phase.
(SmG * ) liquid crystal is suitable. For more information on this ferroelectric liquid crystal, please refer to “LE JOURNAL DE
PHYSIQ UE LETTERS”36 (L-69) 1975,
“Ferroelectric Liquid Crystals”; “Applied
Physics Letters” 36 (11) 1980 “Submicro
Second Bistable Eiectrooptic Switching in
``Liquid Crystals''; ``Solid State Physics'' 16 (141) 1981 ``Liquid Crystals'', etc., and the ferroelectric liquid crystals 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 ferroelectric liquid crystal compounds used in the method of the present invention include decyloxybenzylidene-P'-amino-2-methylbutylcinnamate (DOBAMBC), hexyloxybenzylidene-P'-amino- 2-chloropropyl cinnamate (HOBACPC) and 4-o-(2-methyl)
-butylresolcylidene-4'-octylaniline (MBRA8) and the like.

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*,SmH*,SmF*,SmI*
SmG*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 constructing an element using these materials,
Liquid crystal compounds include SmC * , SmH * , SmF * , SmI * and
In order to maintain the temperature at SmG * , the element can be supported by a copper block or the like with a heater embedded in it, if necessary.

第3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。21と21′は、In2O3、SnO2
やITO(Indium−Tin Oxide)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24(P⊥)を有している。基板21と2
1′上の電極間に一定の閾値以上の電圧を印加す
ると、液晶電子23のらせん構造がほどけ、双極
子モーメント24はすべて電界方向に向くよう、
液晶分子23は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、従つて
例えば、ガラス面の上下に互いにクロスニコルの
偏光子を置けば、電圧印加極性によつて光学特性
が変わる液晶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4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、(非らせん構造)その双極子モーメ
ントP又はP′は上向き34又は下向き34′のど
ちらかの電気分極状態をとる。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る電
界E又はE′を与えてやると、双極子モーメントは
電界E又はE′の電界ベクトルに対応して上向き3
4又は下向き34′と向きを変え、それに応じて
液晶分子は第1の安定状態33(一方の電気分極
状態)かあるいは第2の安定状態33(他方の、
電気分極状態)の何れか一方に配向する。しか
も、第1及び第2の状態は電界が切られた後でも
記憶性を有し、それぞれの状態に留つていること
ができる。
FIG. 3 schematically depicts an example of a ferroelectric liquid crystal cell. 21 and 21' are In 2 O 3 , SnO 2
It is a substrate (glass plate) coated with transparent electrodes such as ITO (Indium-Tin Oxide), etc., and SmC * phase liquid crystal with the liquid crystal molecular layer 22 oriented perpendicular to the glass surface is sealed between them. . A thick line 23 represents a liquid crystal molecule, and this liquid crystal molecule 23 has a dipole moment 24 (P⊥) in a direction perpendicular to the molecule. Boards 21 and 2
When a voltage above a certain threshold is applied between the electrodes 1', the helical structure of the liquid crystal electrons 23 is unraveled, and all dipole moments 24 are oriented in the direction of the electric field.
The alignment direction of the liquid crystal molecules 23 can be changed.
The liquid crystal molecules 23 have an elongated shape and exhibit refractive index anisotropy in the major and minor axis directions. Therefore, for example, if crossed Nicol polarizers are placed above and below the glass surface, voltage can be applied. It is easily understood that the liquid crystal modulation element has optical characteristics that change depending on the polarity. Furthermore, when the thickness of the liquid crystal cell is made sufficiently thin (for example, 1μ), the helical structure of the liquid crystal molecules is unraveled even in the absence of an applied electric field, as shown in Figure 4, and its dipole (non-helical structure) The moment P or P' assumes either an upward 34 or downward 34' electrical polarization state. When such a cell is given an electric field E or E' with a different polarity above a certain threshold as shown in Fig. 3, the dipole moment increases upward by 3 in correspondence to the electric field vector of the electric field E or E'.
4 or downward 34', and accordingly the liquid crystal molecules are either in the first stable state 33 (one electrically polarized state) or the second stable state 33 (the other, electrically polarized state).
(electrical polarization state). Furthermore, the first and second states have a memorability property and can remain in their respective states even after the electric field is turned off.

以上のように、強誘電性液晶は電気分極状態に
記憶性を有しているため、新規な駆動方式による
大画素密度の画像素子とすることができる。しか
し、通常上記閾値は極めて鋭いものとはいい難
く、しかも印加電圧波形、限定して言うならばパ
ルス巾に依存する。又、この閾値の不明確さは、
基板の処理条件、温度や液晶材料に依存する。従
つて、これを時分割方式によつてより安定に駆動
しようとした場合には、見かけ上閾値特性を明確
にするための非線型素子との組みあわせによつ
て、強誘電液晶の記憶性を最大限に生かし得る大
画素容量素子及びその駆動法を提供しうることが
明らかになつた。
As described above, since the ferroelectric liquid crystal has the ability to memorize the electric polarization state, it can be used as an image element with a large pixel density using a novel driving method. However, the above-mentioned threshold value is usually not extremely sharp, and moreover, it depends on the applied voltage waveform, more specifically, on the pulse width. Also, the uncertainty of this threshold is
Depends on substrate processing conditions, temperature and liquid crystal material. Therefore, when attempting to drive this more stably using a time division method, it is necessary to improve the memory performance of the ferroelectric liquid crystal by combining it with a nonlinear element to clarify the apparent threshold characteristics. It has become clear that it is possible to provide a large pixel capacitive element that can be utilized to its maximum potential and a method for driving the same.

又、本発明で用いられる非線型素子としては、
前述のMIMの他に、p−n接合ダイオードを適
正に逆バイアスしたもの、p−n接合ダイオード
を方向を逆にして直列接続したもの、シヨツトキ
ーダイオードを適正に逆バイアスしたものやシヨ
ツトキーダイオードを方向を逆にして直列接続し
たもの等を用いることができる。
In addition, the nonlinear elements used in the present invention include:
In addition to the above-mentioned MIM, there are also p-n junction diodes with an appropriate reverse bias, p-n junction diodes connected in series with their directions reversed, and shot key diodes with an appropriate reverse bias. Key diodes connected in series with their directions reversed can be used.

第1図と第2図は、本発明の液晶素子の構造を
模式的に示したもので、非線型素子としてMIM
構造を用いた例で示したものである。第1図Aは
本発明の液晶素子の断面図であつて、第1図Bは
そこで用いたMIM構造の拡大断面図である。図
中、1と1′はそれぞれ対向する基板(ガラス基
板、プラスチツク基板)、2は熱酸化された厚さ
400ÅのTa(Ta2O5)層、3は表面が陽極酸化さ
れた層8を有する厚さ2000ÅのTa(タンタル)
層、4は、厚さ1000ÅのCr(クロム)導電層であ
る。MIM構造は、金属層となるTa層3、絶縁体
層となる陽極酸化されたTa層8と金属層となる
Cr導電層4の積層構造を有している。5は、厚
さ1000ÅのITO膜であつて、これによつて一つの
画素面積が規定される。又、6は対向電極のITO
パターンである。MIMが形成された基板1及び
導電パターンが形成された基板2は、必要に応じ
てラビング或いはSiO等の材料を斜方蒸着するこ
とによる配向処理が施されてもよい、7は、強誘
電性液晶(例えば、前述のDOBAMBC)であ
り、その液晶層は1.5μ厚とすることができる。こ
の際、温度は70℃にコントロールされている。
Figures 1 and 2 schematically show the structure of the liquid crystal element of the present invention.
This is an example using a structure. FIG. 1A is a sectional view of the liquid crystal element of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged sectional view of the MIM structure used therein. In the figure, 1 and 1' are the opposing substrates (glass substrate, plastic substrate), and 2 is the thermally oxidized thickness.
400 Å Ta (Ta 2 O 5 ) layer, 3 2000 Å thick Ta (tantalum) with surface anodized layer 8
Layer 4 is a 1000 Å thick Cr (chromium) conductive layer. The MIM structure consists of a Ta layer 3 which is a metal layer, an anodized Ta layer 8 which is an insulator layer, and a metal layer
It has a laminated structure of Cr conductive layers 4. 5 is an ITO film with a thickness of 1000 Å, which defines the area of one pixel. Also, 6 is ITO of the counter electrode
It's a pattern. The substrate 1 on which the MIM is formed and the substrate 2 on which the conductive pattern is formed may be subjected to alignment treatment by rubbing or obliquely vapor depositing a material such as SiO, as necessary. A liquid crystal (eg, DOBAMBC as mentioned above), the liquid crystal layer of which can be 1.5μ thick. At this time, the temperature is controlled at 70°C.

第2図は、第1図に示した液晶素子の平面図で
ある。
FIG. 2 is a plan view of the liquid crystal element shown in FIG. 1.

第5図以降に本発明の駆動実施例を示す。 Driving embodiments of the present invention are shown from FIG. 5 onwards.

第5図は、マトリクス電極構造51を用いた表
示形態例であつて、各画素が走査電極群52と信
号電極群53の交差部に形成されており、しかも
各画素には強誘電性液晶と第1図で示した非線型
素子が配置されている。第5図中、黒部は「黒」
表示を、白部は「白」の表示をするものとしてい
る。
FIG. 5 shows an example of a display form using a matrix electrode structure 51, in which each pixel is formed at the intersection of a scanning electrode group 52 and a signal electrode group 53, and each pixel has a ferroelectric liquid crystal. The nonlinear elements shown in FIG. 1 are arranged. In Figure 5, the black part is "black"
The display is such that white areas are displayed as "white".

第6図aとbは、それぞれ選択時の走査信号と
それ以外の非選択時の走査信号を示している。
FIGS. 6a and 6b respectively show the scanning signal at the time of selection and the scanning signal at the other time of non-selection.

第6図cとdは、それぞれ強誘電性液晶の双安
定性のうち第1の安定状態(一方の電気分極状
態)に配向させる電気信号(白信号という)と双
安定性のうち第2の安定状態(他方の電気分極状
態)に配向させる電気信号(黒信号という)を示
している。
Figures 6c and d show, respectively, an electric signal (referred to as a white signal) that orients the ferroelectric liquid crystal to the first stable state (one electric polarization state) of the bistability state and the second one of the bistability state of the ferroelectric liquid crystal. It shows an electrical signal (referred to as a black signal) that orients it to a stable state (the other electrically polarized state).

まず、本発明の駆動法は、第7図に示す様に第
1フレームF1で走査電極群52の全部又は一部
に走査信号を印加し、これと同期させて信号電極
群53の全部又は一部に白信号を印加する。次の
第2フレームF2で例えば第5図に示す如く所定
の個所(図中の黒部で示す画素)に黒信号を印加
する。この時の走査電極群52,521,52
2,523,524,525及び信号電極群5
3,531,532,533,534,535に
印加する電気信号と第5図中の画素AとBに印加
される電圧波形(非線型素子と液晶層に印加され
る電圧の和)を第7図で明らかにしている。
First, the driving method of the present invention applies a scanning signal to all or part of the scanning electrode group 52 in the first frame F1 , as shown in FIG. Apply a white signal to some parts. In the next second frame F2 , for example, as shown in FIG. 5, a black signal is applied to a predetermined location (pixel indicated by a black portion in the figure). At this time, scanning electrode groups 52, 521, 52
2,523,524,525 and signal electrode group 5
The electrical signals applied to 3,531, 532, 533, 534, and 535 and the voltage waveforms applied to pixels A and B in FIG. This is made clear in the figure.

図より明らかな如く、第1フレームF1で線順
次走査に従つて全走査電極には最初に2V0のパル
ス電圧が印加され、全信号電極には白信号が印加
される。これにより全画素において直列結合にあ
る非線型素子と、液晶層には位相t1で−2V0の電
圧が印加され、非線型素子は閾値を越えてON状
態となり液晶層に負の高い電圧が加わるため、液
晶層は第1の電気分極状態(白)に揃えられる。
一方、位相t2では各画素にはV0が印加されるが、
電圧V0では非線型素子がOFF状態となつている
ため、第1フレームF1の期間中で、各画素は位
相t1で「白」にメモリーされた「白」の表示がな
される。次いで、第2フレームF2で、例えば画
素Bにおいては、直列結合にある非線型素子と液
晶層には位相t2′をもつ期間aで2V0の電圧が印加
され、非線型素子は閾値を越えてON状態となり
液晶層に正の高い電圧が加わるため、液晶層は第
2の電気分極状態(黒)になる。
As is clear from the figure, in the first frame F1 , a pulse voltage of 2V 0 is first applied to all the scanning electrodes and a white signal is applied to all the signal electrodes according to line sequential scanning. As a result, a voltage of -2V 0 is applied to the series-coupled nonlinear elements and the liquid crystal layer in all pixels, and the nonlinear element exceeds the threshold and enters the ON state, applying a high negative voltage to the liquid crystal layer. As a result, the liquid crystal layer is aligned to the first electrical polarization state (white).
On the other hand, at phase t 2 , V 0 is applied to each pixel, but
Since the nonlinear element is in the OFF state at voltage V 0 , each pixel displays “white” which is stored as “white” at phase t 1 during the first frame F 1 . Next, in the second frame F 2 , for example, in pixel B, a voltage of 2V 0 is applied to the nonlinear element and the liquid crystal layer in series connection in a period a having a phase t 2 ', and the nonlinear element exceeds the threshold value. When the voltage exceeds this level, the liquid crystal layer enters the ON state and a high positive voltage is applied to the liquid crystal layer, causing the liquid crystal layer to enter the second electrically polarized state (black).

又、画素Aに於ては、図上位相t2′をもつ期間
bに於て、直列結合にある非線型素子と液晶層は
には+V0という低い電圧しか印加されないため、
非線型素子はOFF状態のままであり、液晶層は
「白」の状態をそのまま保持している。図上、a
とb以外のいずれの期間に於ても、直列結含にあ
る非線型素子と液晶層には、絶対値がV0の電圧
しか印加されないため、非線型素子はOFF状態
になり、かつ液晶層に高圧が付加されることはな
く、Bは「黒」、Aは「白」に対応した表示が達
成される。
In addition, in pixel A, during period b with phase t 2 ' in the figure, only a low voltage of +V 0 is applied to the nonlinear element and the liquid crystal layer which are connected in series.
The nonlinear element remains in the OFF state, and the liquid crystal layer maintains its "white" state. On the diagram, a
In any period other than and b, only a voltage with an absolute value of V 0 is applied to the nonlinear element and the liquid crystal layer in series connection, so the nonlinear element is in the OFF state and the liquid crystal layer is in the OFF state. No high voltage is applied to the display, and a display corresponding to "black" for B and "white" for A is achieved.

この際、電圧値V0の値及び位相(t1+t2)=T
の値としては、用いられる液晶材料やセルの厚さ
にも依存するが、通常3ボルト〜70ボルトで、
0.1μsec〜2msecの範囲で用いられる。
At this time, the value of the voltage value V 0 and the phase (t 1 + t 2 ) = T
The value of is usually 3 to 70 volts, although it depends on the liquid crystal material used and the thickness of the cell.
It is used in the range of 0.1 μsec to 2 msec.

本発明の駆動方法が有効に達成されるために
は、走査電極域いは信号電極に与えられる電気信
号が、必ずしも第7図に於て説明されたような単
純な矩形波信号でなくてもよいことは自明であ
る。例えば、正弦波や三角波によつて駆動するこ
とも可能である。
In order to effectively achieve the driving method of the present invention, the electric signal applied to the scanning electrode area or the signal electrode does not necessarily have to be a simple rectangular wave signal as explained in FIG. What is good is self-evident. For example, it is also possible to drive with a sine wave or a triangular wave.

第8図は、液晶−光シヤツタに応用した時のマ
トリクス電極構造の模式図が示されている。この
際、81は画素であつて、この部分のみ両側の電
極を透明なもので形成している。82は走査電極
群、83は信号電極群を表わしている。
FIG. 8 shows a schematic diagram of a matrix electrode structure when applied to a liquid crystal-optical shutter. At this time, reference numeral 81 is a pixel, and the electrodes on both sides of only this part are made of transparent material. 82 represents a scanning electrode group, and 83 represents a signal electrode group.

非線型素子は、作製パラメータ(非線型素子の
面積、絶縁層の厚さ等)を変化することにより、
閾値が5V〜20Vのものが得られた。又、用いた
液晶(DOBAMBC)の2つの電気分極状態相互
の転移のための閾値は、設定されたパルス巾によ
り異なり、又、幅を有するが、パルス巾50μsec〜
500μsecに対して、約30V〜9Vであつた。以上の
条件のもと、Voの値としては、5V〜20Vのはん
いで選択することにより良好な動作を示した。
Nonlinear elements can be manufactured by changing the manufacturing parameters (area of the nonlinear element, thickness of the insulating layer, etc.).
Threshold values of 5V to 20V were obtained. In addition, the threshold value for mutual transition between the two electric polarization states of the liquid crystal (DOBAMBC) used varies depending on the set pulse width and has a width, but the pulse width is 50 μsec ~
It was about 30V to 9V for 500μsec. Under the above conditions, good operation was shown by selecting the Vo value between 5V and 20V.

本発明によれば、強誘電性液晶の閾値特性にお
ける電圧印加時間の依存性を改善することがで
き、強誘電性液晶のマトリクス駆動を実現させる
ことができた。
According to the present invention, it was possible to improve the dependence of the voltage application time on the threshold characteristics of the ferroelectric liquid crystal, and it was possible to realize matrix driving of the ferroelectric liquid crystal.

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

第1図Aは本発明で用いる液晶素子の断面図
で、第1図Bはその拡大断面図である。第2図は
第1図の液晶素子の平面図である。第3図及び第
4図は、本発明で用いる液晶素子を模式的に表わ
す斜視図である。第5図は、本発明の液晶素子で
用いるマトリクス画素構造を表わす平面図であ
る。第6図a〜dは、電気信号波形図である。第
7図は、時系列で示した電圧波形図である。第8
図は、本発明の駆動法の好ましい適用対象の1例
としての液晶−光シヤツタの模式平面図である。 1,1′…基板、2…熱酸化されたTa層、3…
Ta層、4…Cr層、8…陽極酸化されたTa層、
5,6…ITO膜、7…強誘電液晶層。
FIG. 1A is a sectional view of a liquid crystal element used in the present invention, and FIG. 1B is an enlarged sectional view thereof. FIG. 2 is a plan view of the liquid crystal element shown in FIG. 1. 3 and 4 are perspective views schematically showing a liquid crystal element used in the present invention. FIG. 5 is a plan view showing a matrix pixel structure used in the liquid crystal element of the present invention. FIGS. 6a to 6d are electrical signal waveform diagrams. FIG. 7 is a voltage waveform diagram shown in time series. 8th
The figure is a schematic plan view of a liquid crystal-light shutter as an example of a preferable application target of the driving method of the present invention. 1,1'...substrate, 2...thermally oxidized Ta layer, 3...
Ta layer, 4... Cr layer, 8... anodized Ta layer,
5, 6... ITO film, 7... Ferroelectric liquid crystal layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 交差した走査電極群と信号電極群との交差部
を画素としたマトリクス電極構造の各画素に対応
して非線型の電圧−電流特性を有する二端子素子
(以下、非線型素子という)をスイツチング素子
として有し、前記走査電極群と信号電極群との間
に双安定性を有する強誘電性液晶を封入した液晶
素子の駆動法であつて、 第一の過程で、走査電極を順次走査し、走査選
択された走査電極上の画素に、同時に、前記強誘
電性液晶の一方の極性の閾値を越えた一方極性の
第一電圧を印加し、 第二の過程で、走査電極を順次走査し、走査選
択された走査電極上の画素に、選択的に、前記強
誘電性液晶の他方の極性の閾値を越えた他方極性
の第二電圧及び該閾値を越えない第三電圧を印加
する ことを特徴とする液晶素子の駆動法。
[Claims] 1. A two-terminal element (hereinafter referred to as a non-linear device) having a non-linear voltage-current characteristic corresponding to each pixel of a matrix electrode structure in which pixels are the intersections of crossed scanning electrode groups and signal electrode groups. A method for driving a liquid crystal element having a linear element (referred to as a linear element) as a switching element, and a ferroelectric liquid crystal having bistable properties sealed between the scanning electrode group and the signal electrode group, the method comprising: Scanning the scan electrodes sequentially and simultaneously applying a first voltage of one polarity exceeding a threshold value of one polarity of the ferroelectric liquid crystal to the pixels on the scan electrode selected for scanning, and in a second step, The scanning electrodes are sequentially scanned, and a second voltage of the other polarity exceeding the threshold of the other polarity of the ferroelectric liquid crystal and a third voltage not exceeding the threshold are selectively applied to the pixels on the scanning electrode selected for scanning. A method for driving a liquid crystal element characterized by applying a voltage.
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JPH02144519A (en) * 1988-11-25 1990-06-04 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for driving ferroelectric liquid crystal display device
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