JP4524867B2 - Driving method of liquid crystal display element - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、液晶光変調型表示素子や液晶光変調器の如き、液晶表示素子の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯電話や、いわゆる「PDA」(Personal Digital Assistrance)などの小型情報端末の発達や、電子メール(E-mail)、ワールド・ワイド・ウェブ(WWW:World Wide Web)などのインターネットの普及など、情報の送受信環境の整備に伴い、これらを通じて得られる情報を表示するための携帯用の表示素子(ディスプレイ)の高性能化が望まれている。また、室内用としても、いわゆる「パーソナルシアター用大型ディスプレイ」や「パーソナルコンピュータ用薄型ディスプレイ」などとして、投射型の表示素子の高性能化が望まれている。
【0003】
これらの要望を統合的に満たす表示素子の一つとして、液晶表示素子が研究されている。この液晶表示素子は、薄型軽量化が可能であり、低消費電力でありながら、高画質の画像を表示できるという特徴を有している。
【0004】
液晶表示素子としては、現在、「STN」(Supper Twisted Nematic)の複屈折モードや「TN」(Twisted Nematic)の旋光モードを用いたものが実用化されている。また、次世代の液晶表示素子と位置づけられる複屈折モードを用いた強誘電性液晶や反強誘電性液晶も研究されており、実用化も近いと思われる。現在実用されている「STN」ディスプレイと並んで、複屈折モードの表示素子の代表例である強誘電性液晶(「FLC」:Ferroelectric Liquid Crystal)により、表面安定強誘電性液晶モード(「SSFLC」:Surface Stabilizied Ferroelectric Liquid Crystal)が提案されて以来、活発に研究が進められている。
【0005】
通常、強誘電性液晶においては、図1に示すように、カイラルスメクチックC相において、外部印加電界E(Psは自発分極)に対して、液晶分子Mの配向方向が状態1と状態2との二つの状態間でスイッチングする。素子を真上からみると、図1において仮想的に示した円錐の中心軸が配向膜の方向(ラビング膜ではラビング方向、SiO斜方蒸着膜では蒸着方向)に一致する。この液晶分子Mの配向方向の変化は、直交する偏光板間に液晶素子を配置することによって、光透過率の変化として現れ、図2に示すように、印加電界に対して透過率が閾値Vthで0%から100%に急峻に変化することとなる。
【0006】
「SSFLC」表示モードを用いた表示素子は、応答が高速であり(従来のネマチック液晶表示素子に比較して、約1000倍の応答速度)、メモリー性を持つため、陰極線管(CRT)や「TN」ディスプレイなどで問題となっているフリッカーをなくせる、単純X−Yマトリックス駆動でも、1000本以上の走査線で駆動できる、TFT(Thin Film Transistor)などの能動素子を用いないことで、製造上の歩留まりの向上が可能であるなどの特徴を有する。また、現在主流のネマチック液晶での視野角が狭いという問題に対しても、分子配置が一様であり、パネルの基板間ギャップがネマチック液晶パネルの半分以下であることから、広い視野角を有するという特徴を有している。
【0007】
そこで、このような強誘電性液晶を、反射型ディスプレイに応用しようとする試みがされている。例えば、「IEEE Jornal of Quantum Electronics,vol.29,no.2(1993)699、Journal of the Society for Infomation Display,vol.5(1997)1、SPIE,vol.3013(1977)174」などに詳しく開示されている。これらはいずれも、半導体メモリー上に強誘電性液晶セルを作り込み、メモリー電圧によって駆動しようとするものである。
【0008】
ところで、本出願人らは、すでに、半導体メモリーと強誘電性液晶を組み合わせた反射型ディスプレイを提案している。これは、フィールドシーケンシャル法と、光源の輝度変調とを組み合わせることにより、階調表現を可能とし、原理的には、人間の視覚特性としては転属的な階調まで表示できる表示技術である。
【0009】
このような反射型強誘電性液晶表示素子は、例えば、図3に示すように、透明基板1aとシリコン基板(シリコンVLSI回路基板)2aとの間に強誘電性液晶4を封入した構造を有している。すなわち、この反射型強誘電性液晶表示素子は、ガラスなどの透明基板1aの内面上にITOなどの透明電極1b及びSiO斜方蒸着膜、または、ポリイミドに代表される高分子薄膜を焼成後、ラビング処理して液晶配向膜1cを順次積層した積層体を形成し、これと同様に、画素内に駆動回路を作り込んだシリコン基板2aの内面上に反射膜兼電極2b及びSiO斜方蒸着膜、または、ポリイミドに代表される高分子薄膜を焼成後、ラビング処理して液晶配向膜2cを形成し、これら透明基板1aとシリコン基板2aとを、順次積層して形成した積層体同士が互いに対向するように配置し、粒状のスペーサ3を挟むことにより所定のセルギャップを確保して液晶セルを構成し、このセルギャップに強誘電性液晶4を注入し、周囲を接着剤で封じることにより構成されている。
【0010】
図3に示した強誘電性液晶光変調型表示素子11の画素は、二次元的に構成されている(なお、これは、線状でも構わない)。図4に示すように、この強誘電性液晶光変調型表示素子11への入射光5は、反射膜兼電極2bで反射され、反射光6として、強誘電性液晶光変調型表示素子11から射出される。そして、これら入射光5及び反射光6の光路上にある強誘電性液晶4の光透過率は、図2に示すように、電極1bと反射膜兼電極2bとの間の電界によって変化する。すなわち、反射光6の強度は、電極1bと反射膜兼電極2bとの間の電界強度により変調されるので、入射光の反射状態及び非反射状態を画素ごとに切替えることにより、画像を表示させることができる。
【0011】
反射膜兼電極2bへの電圧印加は、強誘電性液晶光変調型表示素子11の外部にある制御回路7によって画素毎に制御されるが、シリコン基板2a上に組み込まれた回路によって制御されることとしても良い。電圧の印加は、画素毎、または、複数画素毎に走査して行い、あるいは、全画素同時に行ってもよい。
【0012】
図5には、光透過型の液晶素子21を示している。この光透過型の液晶素子21の場合、図3及び図4に示した反射型液晶素子に対して基本的に異なることは、駆動電極がガラス基板12a上に設けられた透明ITO12bからなり、これをTFTからなる制御ゲート素子18によって画素毎に駆動して、信号電圧のオン、オフによって入射光15を透過光16として透過させたり、あるいは遮断する構成を有していることである。なお、制御ゲート素子18には、補助容量を接続してもよい。また、「SSFLC」モードのようなメモリー効果を有するモードの場合においては、上記のような能動素子を用いない単純マトリックス駆動が可能である。
【0013】
「TN」モードでは、実効電界強度に応じて、明状態と暗状態との間を連続的に変化させることができるのに対して、「SSFLC」モードでは、前述のように、印加電圧の閾値において、透過率(もしくは反射率)が急峻に変化する双安定性(またはメモリー性)という特徴を有するため、明状態と暗状態の二状態しか選択できず、それらの中間階調を制御することは困難であるとされてきた。
【0014】
これまでの中間階調表示の表示方法としては、サブピクセルを設けて、それらの積分面積に応じて調整する面積階調法や、一画素において注入電荷量などを制御して微少な反転ドメインにより制御するマルチドメイン法などが提案されている。前者では、実質上画素数が増え、駆動回路が複雑になること、解像度を上げることが困難であることなどの問題がある。後者では、温度分布や能動素子の性能のばらつき等によって、全画素において同等の階調特性を実現することが困難であることなどの問題がある。したがって、これらの方法では、充分な中間階調の制御を行うことができない。
【0015】
そこで、本出願人らは、強誘電性液晶素子のように反射光または透過光のオンとオフとの二値のいずれかを選択する空間変調素子を用い、フィールドシ−ケンシャル法と光源の光強度変調とを組合せて、原理的には人間の視覚特性としては連続した階調まで表示できるデジタル階調表示を実現する液晶表示素子の駆動方法の発明を、特願平5−347576号及び特願平7−212686号において提案している。
【0016】
この液晶表示素子の駆動方法においては、1フレームを階調ビット数に応じて複数のサブフレーム(これをビットプレーンと定義する)に分割し、さらに、光源の輝度変調により、各ビットブレーンを重み付けして、階調表示を行う。
【0017】
すなわち、同一の光強度の光源を用いた場合、8ビットの階調(256階調)を表示するには、16.7msecの1フレームを8ビット(0乃至256階調)で単純に時分割して表示しなげればならず、このためには、強誘電性液晶は、約65.5μsecで完全に駆動しきれなければならないこととなる。10ビット表示では、強誘電性液晶の駆動時間は、16.3μsecとなる。これは、現状の強誘電性液晶の応答速度から鑑みると厳しい値であり、実現のためには、印加電界を高く設定しなければならなくなってしまう。
【0018】
そこで、光強度を変調できる光源を用いることにより、1フレームを時分割することにより決まる強誘電性液晶の駆動時間を飛躍的に長くすることができる。すなわち、8ビットの階調を表示する場合に、光源の光強度が8ビットの変調が可能であるとすると、強誘電性液晶は、約2.08msecで駆動できればよいことになる。10ビット階調を表示する場合には、強誘電性液晶の駆動時間は、約1.67msecである。このように、この液晶表示素子の駆動方法は、強誘電性液晶の応答速度に応じた実用的な駆動方法である。
【0019】
ここで、1つの階調ビットからなる映像を「ビットプレーン」と呼び、その表示時間を「ビットプレーン時間」と呼ぶ。例えば、図6に示すように、8ビットの階調を表示する場合、ビットプレーン数が8であり、8つのビットプレーン時間の合計が1フレームになっている。
【0020】
ところで、近年、いわゆる「プラズマディスプレイパネル」などのデジタル表示素子が発展する中、さらなる表示画像の高画質化が望まれている。そして、デジタル階調表示においては、8ビットの表示では、最低限の階調表示としては十分でありながら、高画質化という点では不十分であるといわれている。
【0021】
一方、デジタル階調表示においては、偽輪郭という問題が発生する。これはフィールドシーケンシャル駆動を行う際、時分割されたビットプレーン時間が長いことに起因しており、表示された発光点を目で追従したときに、発光パターンの時間的なずれが空間的なずれに変換されることで生じる現象である。したがって、この問題は、ビットプレーン時間を短くすることによって低減することができる。
【0022】
しかし、実際上は、強誘電性液晶の駆動の応答時間、デバイスの構造、消費電力、データ転送速度などの問題から、1ビットプレーン時間の下限が決まってしまう。また、偽輪郭の問題に加えて、色割れ、階調数などにより、1ビットプレーン時間の上限が決まる。通常、フレーム周波数は60Hzであることを考えると、1ビットプレーン時間は、100μ乃至数100μに設定されるべきである。つまり、このビットプレーン時間は、画素数、階調数などの仕様に応じて、一意的に決定されることとなる。
【0023】
例えば、本出願人らが提案している表示素子においては、R(赤)、G(緑)、B(青)の各一色当たり256階調とし、1フレームは36ビットプレーン×3色=108ビットプレーンからなり、1ビットプレーンはおおよそ150μsec(さらに正確には1sec/30Hz/2フレーム/108ビットプレーンで、乃至154.3μsec)となる。この場合、強誘電性液晶は、1ビットプレーンにつき1回は、必ずスイッチングする仕様となっている。
【0024】
このように、ビットプレーンごとにメモリー状態をリフレッシュする駆動方法は、透過(反射)率が下がる前に次の駆動電圧波形を印加するため、メモリー性が十分でない材料、例えば、双安定性が不十分でビットプレーン時間内にメモリーコーン角が落ちて透過(反射)率が下がるような材料でも使用できるという利点がある。この場合、リフレッシュする周波数は、主にビットプレーン時間により決定される。
【0025】
以上のように、フィールドシーケンシャル階調表示法における強誘電性液晶の駆動電圧波形は、1ビットプレーン時間に使用しなければならず、単純な駆動電圧波形しか使用できないという問題がある。また、表示画像の高精細化を図る場合には、単位画素面積が小さくなるため、構成する駆動回路をその画素面積中に納めなければならず、駆動回路等の負担を軽減させるためには、より簡便な駆動電圧波形がさらに求められることになる。
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、液晶表示素子の製造工程においては、液晶合成、配向膜作製、液晶注入などの諸工程上において、混入、生成された不純物イオンが液晶に含まれてしまい、これが表示画像の質の劣化を引き起こすことが知られている。
【0027】
現在のところ、完全に液晶パネル内の不純物イオンを除去することは不可能といえる。さらに、たとえ除去できたとしても、駆動の際に、電圧印加によって不純物イオンが生成される現象が生ずる。この不純物イオンの液晶パネル内での挙動としては、以下のようなことが考えられている。
【0028】
(1)温度上昇ならびに電圧印加等によって、液晶中でイオン解離が促進される。
(2)電圧印加によって生じた液晶中の電界にそって、電荷を有するイオンが移動する。
(3)配向膜に達したイオンは、物理的ないし化学的に吸着する。
(4)セルに印加される波形が交流的なものであれば、イオンは、吸脱着等を繰り返し行う。
(5)解離したイオンの一部は、再結合などによって、中性の分子にもどる。
【0029】
このようなイオンの挙動に際し、対向する2枚の電極基板、ならびに、駆動上で、以下に示すような非対称性が生じた場合には、液晶と配向膜との界面において、イオン挙動にも非対称性が生じる。
(1)対向する2枚の電極基板での構造上の非対称性(TFT基板側とITO基板側との間、反射型セルなどにおける反射側基板と透過側基板との間)。
(2)対向する2枚の電極基板上の配向膜の諸条件(膜厚、焼成条件、ラビング強度など)。
(3)電圧印加波形の非対称性(一般の駆動電圧波形は矩形波などの交流波形を用いるが、GND(接地レベル)に対して非対称性がある場合)。
【0030】
これらの非対称性によって、カチオンおよびアニオンの配向膜界面における吸脱着平衡、ならびに、液晶中でのイオン種の分極状態が対向する2枚の電極基板で非等価な状況が作り出される。このように、イオンが分極した状態は、緩和しにくく、外部的にある極性の直流成分(V′)を液晶セル間に印加したときとほぼ類似した状況となる。
【0031】
すなわち、その後に電圧印加を停止したとしても、液晶セル内部には、V′の電圧が印加された状態、すなわち、液晶分子に電圧が印加されている状態が維持さることになる。すなわち、液晶セルに対称な矩形波形電圧(振幅V)などを印加しても、液晶内部にかかる有効な電圧は、正側で、(V+V′)、負側では、(−V+V′)となり、液晶に印加される実効的な電圧が対称ではなくなる。このような非対称性により、「TN」系などのように、実効電圧が光透過率に反映されるような液晶表示素子においては、液晶分子がゆらつき、フリッカという減少として観測され、表示画像の質の劣化を生じることになる。
【0032】
一方、「SSFLC」モードにおいて、オンまたはオフの二状態のうちの一方の状態を選択する電圧信号を正極性電圧信号(V)とし、かつ、他方の状態を選択する電圧信号を負極性電圧信号(−V)とするような場合には、V′が正の値とすると、逆極性の状態にする負極性電圧信号印加時には、実効的に(−V−V′)が、正極性電圧信号印加時には、(V−V′)が、それぞれ印加されることになる。したがって、負極性電圧信号によって選択される状態への応答速度は、実効電圧の増加分だけ速くなり、逆に、正極性電圧信号によって選択される状態への応答速度は、実効電圧の減少分だけ遅くなり、また、V′が大きくなると、(V−V′)が閾値に達しなくなり、応答しなくなる。
【0033】
さらに、このような内部直流電圧(DC)成分が大きくなるような状況のもとでは、液晶分子自体が、電気分解などをしてしまうことさえある。近年、液晶材料の安定性が向上し、一般の駆動電圧の範囲では電気分解の可能性はほとんどなくなったものの、駆動電圧波形の実効的な直流成分による表示画像の質の劣化の可能性は拭えない。
【0034】
したがって、これまでの液晶表示素子の駆動電圧波形は、電気的に中性を保つことが当然とされ、オフセット電圧が0Vの矩形波や正弦波、余弦波、三角波などのように、正負電圧が交互に、かつ、0Vに対して正負電圧が対称になるような、いわゆる交流駆動を行うものであった。
【0035】
例えば、「TN」モードのような液晶表示素子の場合には、オフセット電圧が0Vの矩形波による駆動、ならびに、矩形波でTFTのゲート素子による駆動を用い、常に駆動電圧波形が電気的に中性を保つように設定されている。
【0036】
また、「SSFLC」モードの液晶表示素子のように、オンとオフとのうちの一状態を選択するパルス電圧を印加する際、これを打ち消す逆極性電圧波形を組み合わせて、一選択時間内で直流成分を相殺すること、もしくは、もっと長い時間、例えば複数のフレームにわたった平均として、直流成分を相殺するように、逆極性電圧パルスを挿入するなどの駆動方法がとられてきた。
【0037】
しかしながら、このような「SSFLC」モードの液晶表示素子においては、電気的中性を保つためのみに、実際上は液晶の駆動に寄与しない電圧波形を状態選択をする電圧波形と同等の時間分だけ挿入することになり、その分だけビットプレーン時間を短くせざる得ず、そのために輝度、階調などの特性が劣化することとなってしまう。また、液晶の応答のために与えられる時間も短くなることになり、液晶材料への負担を増大させることになる。
【0038】
そこで、本発明は、十分なビットプレーン時間を確保しつつ、簡単で、かつ、不純物イオンによる表示画像の質の劣化が生じないようになされた液晶表示素子の駆動方法を提供しようとするものである。
【0039】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述のような電気的中性を保った駆動電圧波形にとらわれることなく、簡便な駆動電圧波形で実効的な直流成分を有することとなる駆動方法を積極的に検討した結果、液晶の劣化を起こさないうえ、不純物イオンが形成する内部直流電圧または電界の発生を極めて効果的に抑制することで、表示の異常を防止し、また、長期間に亘って表示の信頼性を確保できる駆動方法を見出し、本発明に至った。
【0040】
この駆動方法においては、「TN」モードのように、理想的には内部直流電圧が発生しない、電気的に中性を保つようなオフセット電圧0Vの矩形波電圧による駆動、いわゆる交流駆動においても、素子特性のばらつきによって電気的中性からずれが生じることも生じ得るので、不純物イオンが形成する内部直流電圧の抑制という効果が得られる点で有効である。
【0041】
すなわち、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法は、第1の電極が第1面上に形成された第1の基板と、上記第1面と対向する第2面上に、上記第1の電極と対向するように第2の電極が形成された第2の基板と、上記第1面と第2面との間に設けられた液晶層とを備えた液晶表示素子を駆動する液晶表示素子の駆動方法であって、一定時間内に含まれる表示に関与する表示信号期間と、上記表示信号期間に上記第1の電極と上記第2の電極との間に印加された電圧信号の振幅よりも大きな振幅を有し、正極性及び負極性が時間に応じて変化する電圧信号を含み、表示には関与しない制御信号期間とからなる駆動電圧波形を有する電圧信号を、上記第1の電極と上記第2の電極との間に、上記制御信号期間の駆動電圧波形全体に対する時間比率が5%以上50%未満となるように印加することによって、液晶表示素子内部に発生する内部直流電圧を抑制する電圧印加ステップを含むことにより、内部直流電圧の発生を極めて効果的に抑制することができるものである。
【0042】
本発明の効果を明確に実証するためには、オンまたはオフの二状態のうちの一方の状態を選択する電圧信号を正極性電圧信号のみの組合せとし、かつ、他方の状態を選択する電圧信号を負極性電圧信号のみの組合せとするのがよい。あるいは、オンまたはオフの二状態の少なくとも一方の状態を選択する電圧信号を正極電圧信号と負極性電圧の組合せとし、かつ、それらの電圧の絶対値または時間幅を異ならせることで、一状態の選択期間内に実効的に内部電圧の直流成分を生じさせるようにしてもよい。
【0043】
つまり、オンかオフの一状態を選択する際に、電気的中性が保たれておらず、必ず、両電極間に不純物イオンの分極による電位、すなわち、内部直流電圧が生じるようにする。例えば、任意の時間に亘って画像を表示する場合、オン及びオフの回数は同数とは限らないから、どちらか一方の選択波形の印加回数が多くなり、ある一定期間内においては、電極間には、内部直流電圧が生じることになる。
【0044】
図7は、液晶表示素子に供給する駆動電圧波形と、この駆動電圧に対応する反射光強度との関係を示している。図7に示すように、約154.3μsecの1ビットプレーン間に、オン(明)状態を選択する際は、正極性のパルス(50μsec幅)を、オフ(暗)状態を選択する際は、負極性のパルス(50μsec幅)を印加する。GND電圧を印加している間は、「SSFLC」の双安定性(メモリー性)により、反射光強度は、ほぼ一定に維持される。
【0045】
「SSFLC」モードでは、メモリー性を用いるのが一般であるが、メモリー性を使用せず、さらに単純な矩形波などにより、強誘電性液晶材料固有のコーン角を用いることも可能である。この場合、実際の輝度には反映しないことになってしまうが、強誘電性液晶材料固有のコーン角を用いるため、各ビットプレーンにおける反射率は大きくすることができる。
【0046】
このように、一定期間内において、一状態の選択期間内に実効的に内部直流電圧を生じさせるような駆動電圧波形を用いた場合、ある一定時間内、あるいは、複数フレーム内、もしくは、1フレーム内の一部に、その間に生じた内部直流電圧と逆極性の電圧波形などを挿入することによって、内部直流電圧の発生を抑制することができる。
【0047】
すなわち、本発明においては、オンまたはオフの二状態のうち一方の状態を選択する駆動をその選択期間内に実効的な内部直流電圧が生じる電圧信号によって行い、かつ、一定期間内に、実際上は液晶駆動に寄与しない内部直流電圧の大きさを制御する(低減させる)波形、例えば、逆極性電圧波形を挿入する。
【0048】
この逆極性電圧波形を印加する時間は、理想的には、液晶の状態を選択する駆動電圧波形(印加電圧)の印加時間と同じだけ挿入することにより、電気的に中性状態になる。しかし、実際上は、液晶駆動に寄与しない逆極性電圧波形を選択波形と同等時間分だけ挿入すると、その時間分だけビットプレーン時間を短くせざる得ず、表示画像の輝度、階調などの特性を劣化させてしまう原因になる。したがって、表示画像の輝度、階調などの特性を劣化させないためには、内部直流電圧の大きさを制御(低減)する電圧波形の印加時間は、なるべく短い方がよい。
【0049】
本発明者らは、液晶駆動に寄与せず、内部直流電圧の大きさを制御(低減)する電圧波形を、液晶の状態を選択する駆動時間と同じ時間だけ挿入せず、それよりも短い時間範囲内で挿入することにより、不純物イオンが形成する内部直流電圧の発生を極めて効果的に抑制することができ、表示異常の防止、ならびに、長期間にわたる表示信頼性の確保ができる駆動方法を見出し、本発明に至ったものである。
【0050】
液晶表示素子の内部直流電圧は、ある駆動電圧波形を印加した後に残る電極間の電圧により定義される。これは、液晶セル中に存在する不純物イオンが駆動電圧波形の実効的な直流成分などにより分極し、このように分極した不純物イオンが電界を形成して生じると考えられている。
【0051】
実際に、非対称な駆動電圧波形を印加した場合には、図8に示すように、両電極間に残留する直流成分の電圧が測定される。これに対して、セル構造も対向する電極間で対称で、かつ、対称な駆動電圧波形を印加した場合には、内部直流電圧は、誤差範囲内でゼロとなる。なお、内部直流電圧値の算出法としては、図9及び図10に示すように、測定中、開回路になった時刻を0とし、モニターされる電圧値を対数プロットし、平坦部を直線で時刻0に外挿したときの値を内部直流電圧値とした。
【0052】
この内部直流電圧は、一定期間内において駆動電圧波形に関らずに存在するため、あたかも駆動電圧波形の接地電位(GND)が内部直流電圧の形成する電界分だけオフセットされたような現象が生ずることが予想される。
【0053】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
(1)液晶表示素子の作製工程
以下、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法が適用される液晶表示素子の作製工程から説明する。
【0054】
液晶パネルの作製プロセス及び透過光の応答測定が簡便であるため、以下の測定に用いた液晶パネルは、すべて、図5に示すように、上下各基板ともが透明電極を有する透過型パネルである。また、図3に示すように、一方の基板をAl反射膜で覆った反射型パネルにおいても、パネル作製のプロセス及び反射光応答測定ともに、基本的には、透過型パネルの場合と同様である。但し、反射型パネルでは、入射光が液晶部を二度通過するために、実効的なリターデーションは、同一のセルギャップを有する透過型パネルの二倍となる。
【0055】
以下に、液晶表示素子の作製法を示す。液晶の注入の終了までの全てのプロセスは、クリーンルーム内で行う。
【0056】
〔透明電極の形成〕
まず、ガラス基板の片面に、スパッタ法により、ITOからなる透明電極材料層を形成し、フォトリソグラフィ法により、所定のパターンの透明電極を形成する。このパターニングの一般的な手順は、以下に示すものである。
【0057】
(1)ITOのスパッタ
(2)レジストのスピンコート
(3)レジスト膜の前焼成、本焼成
(4)レジスト膜の露光
(5)レジスト膜のエッチング
(6)ITOのエッティング
(7)洗浄
(8)レジスト膜の剥離
(9)洗浄
【0058】
〔基板の洗浄〕
クリーンルーム内において、ガラス基板の洗浄及び乾燥処理を行う。この洗浄及び乾燥処理は、例えば、「三槽式超音波洗浄器」(サン電子株式会社製など)を用いて、下記のように行う。
【0059】
第一層については、アルカリ洗浄(スキャット×20)を用い、浴温45°Cにして基板を揺動させながら、超音波洗浄を3分間行う。
第二層については、純水シャワーを浴びせながら、基板を揺動させつつ、3分間の超音波すすぎを3回行い、アルカリ洗剤を流し落とす。
第三層については、基板を浴温80°Cの純水に1分間漬けた後、エレベータ機構により、基板を該純水から徐々に引き上げ、放置乾燥を行う。
【0060】
さらに、例えば、「UVドライ・ステッパ・クリーナ」(サムコインターナショナル研究所株式会社製)を用いて、室温で10分間、UVオゾン洗浄を行う。
【0061】
〔配向膜の作製〕
液晶配向法には、大別して二通りがある。一つは、有機薄膜のラビング法であり、もう一つは、SiO(酸化シリコン)などの無機材料の斜め蒸着法である。ラビング膜を配向膜に用いる場合には、生産性は良く、大面積化も容易である点から、現在、工業的には、ラビング膜を配向膜として液晶表示素子が多く生産されている。一方、配向膜にSiO斜方蒸着膜を用いた場合、生産性には問題があるものの、良好なメモリー性を実現することが可能である。
【0062】
そこで、液晶表示素子の配向膜材料による液晶の配向特性の違いを検討する。ここで、配向膜材料は、例えば、SiO斜方蒸着膜、JSR社製ポリイミド(以下PIと略す)「AL0656」などを用いることができる。
【0063】
〔SiO斜方蒸着膜〕
SiO斜方蒸着膜は、以下に示すような方法で作製する。蒸着源のSiO(蒸着物質)は、点源となる穴をもつ蒸着ボート内に収容する。SiOと蒸着箇所を結ぶ線と、ガラス基板の蒸着面の法線との角度θを、例えば、85°に設定して蒸着する。膜の構造を均一にするために、この角度θとしては、数度以内の精度が要求される。また、蒸着源と蒸着箇所との距離も、SiOピラーの形状や膜厚分布に影響するため、例えば、40cm以上離す。
【0064】
〔ラビング膜〕
ポリイミドラビング配向膜は、以下のような方法で成膜する。まず、基板を所定の回転速度(例えば、回転数3500rpm)で回転させ、スピンコート法により、例えば、JSR社製PI配向膜「AL0656」を塗布する。そして、180°Cで4時間焼成した後、ローラー回転数300rmp、ステージ速度2mm/sec、押し込み量0.200mmの条件で、ラビング処理する。
【0065】
〔セルの組み立て〕
上述した配向膜及びITO付きのガラス基板を2枚用意し、配向面同士を対向させ、配向処理方向を平行として組み込む。これら2枚のガラス基板のうち1枚の配向膜上に、表示領域の外側となるように、ギャップ材を分散させた紫外線硬化樹脂をシール印刷により塗布する。ギャップ材としては、例えば、触媒化成社製の1.0μm径の真絲球を用いることができる。このようなギャップ材を分散させた紫外線硬化樹脂としては、例えば「フォトレク」(商品名:東レファインケミカル社製)などがある。そして、2枚のガラス基板を組み合わせ、紫外線を照射して樹脂を硬化させ、1.0μmの間隙を有するセルを作製する。
【0066】
〔液晶の注入〕
次に、液晶素子を恒温槽中に放置し、液晶が等方相となる温度に昇温した後、セルの一部に設けた注入口を強誘電性液晶に浸す。強誘電性液晶としては、例えば、チッソ社製の「CS−1031」、「CS−1025」、「CS−1028」などを用いる。その後、セルを1°C/minの速度で室温まで冷却し、恒温槽より取り出す。そして、注入口をシール(密封)することにより、液晶パネルの組み立てが終了する。
【0067】
(2)本発明の実施に使用する液晶材料及びパネル構成部材
本発明に係る液晶表示素子の駆動方法を実施する液晶表示素子に使用可能な強誘電性液晶は、実際には、カイラル化合物と非カイラル化合物とを混合して液晶となるものよいが、いずれかの1種類のみからなるものであってもよいし、複数種類を混合したものであっても良い。
【0068】
ここで、カイラル化合物としては、ピリミジン系、ビフェニル系、フェニルベンゾエート系などがある(ただし、これらの強誘電性液晶は、温度の変化により、カイラルネマチック相、スメチック相などを示すことがある)。また、非カイラル化合物としては、ビフェニル系、ターフェニル系、3環シクロヘキシル系、シクロヘキシル系、ビフェニルシクロヘキサン系、シクロヘキシルエタン系、エステル系、ピリミジン系、ピリダジン系、エタン系、ジオキサン系などがある。
【0069】
また、上述の強誘電性液晶に代えて、反強誘電性液晶を使用することもできる。さらに、上述の強誘電性液晶に代えて、「TN」モード、「STN」モードに適用することができるネマチック性液晶も使用することができる。
【0070】
液晶素子の構成部材についても、基板として透明ガラス基板を、電極層としてITOやアルミニウムなどを、液晶配向膜としてラビング処理をしたポリイミド膜やSiO斜方蒸着膜を、それぞれ使用することができる。電極層としては、ITO以外にも、酸化錫、酸化インジウムなどの透明電極を使用することができる。透明基板、スぺーサー、シール材などの液晶素子の構成材料も、従来から知られている種々の材料を使用することができる。また、液晶表示素子を反射型として使用する場合には、反射膜として、アルミニウム、銀等、反射率の高い材料を使用することができる。
【0071】
なお、上述の液晶素子は、光変調器以外にも、光シャッター、光スイッチ、光ブラインドなどとしても使用でき、さらに、電気光学素子などを組合せれば、A/D変換器、光ロジック回路にも応用することができる。
【0072】
(3)電気光学特性の測定
クロスニコル下で液晶パネルを顕微鏡下に配置し、例えば、ソニーテクロトニクス社製「任意波形発生装置AWG−2021」を用いて、液晶パネルに所期の駆動電圧波形を印加する。そして、各駆動電圧波形に対応した状態における透過光強度を、光電子増倍管により検出する。この光電子増倍管の出力は、例えば、ソニーテクロトニクス社製のデジタルオシロスコープを介して、制御回路(コンピュータ)に取り込まれる。
【0073】
(4)内部直流電圧の測定
内部直流電圧測定は、例えば、東陽テクニカ社製「任意波形発生装置BIOMATION Pragmatic 2202A」などを用いて、まず、この波形発生装置から出力された駆動電圧波形を、例えば、同社製「高圧サンプル・ホールドアンプVHR−AMP01」を介して、シールドボックス中の液晶パネルに印加する。
【0074】
「高圧サンプル・ホールドアンプVHR−AMP01」は、波形発生装置から同期して出力される制御電圧波形がオフ状態になると、液晶パネルの電極間を開回路電圧として、「VG端子」−「OUT端子」間の電圧を検出する。この検出出力は、A/D(アナログ/デジタル)コンバータ、もしくは、オシロスコープを介して、制御回路(コンピュータ)に取り組まれる。
【0075】
シールドボックスは、恒温槽中に置かれており、任意の温度(通常は40°C)を維持して測定ができる。開回路操作を行う直前において、0Vでない電圧波形が印加されている場合には、液晶パネルからの静電的(電子的)な注入電荷が測定に影響することがある。そのため、短い時間(例えば100μsec)に亘って電極間を短絡(0V)して、そのような成分を取り除くことにより、電子の緩和より遅く、本来の測定対象であるイオン分極による内部直流電圧を観測することができる。
【0076】
このようにして短絡する直前の内部直流電圧は、静電的(電子的)な注入電荷分があるため、直接には測定できない。そこで、短絡後の両電極間電圧の時間経過に伴う変化を、電圧をログスケールでプロットし、短絡した直後の時間に外挿することで、図8に示すように、内部直流電圧値を求めることができる。また、任意の電圧波形を連続して印加して測定するときに、電圧の印加によって蓄積される内部直流電圧が小さい場合には、測定対象を、自発分極(以下、Psという)によって誘起される電圧から分離する必要がある。
【0077】
そのため、通常の状態で測定した結果(Va)と、短絡操作をする直前にPsを前状態から反転させる50μsecの逆極性電圧波形を印加した場合の結果(Vb)とを合わせ、{(Va+Vb)/2}を、イオンの分極による内部直流電圧値をとすることで、Psによって誘起される電圧成分を除去することができる。
【0078】
ここで、各測定における初期状態を統一するために、測定直前に、10分間に亘って、短絡状態で等方相となる温度まで昇温し、保持したのちに、室温まで冷却することで、再現性の良い結果が得られる。
【0079】
(5)過渡電流測定
過渡電流測定は、例えば、東陽テクニカ社製「任意波形発生装置BIOMATION Pragmatic 2202A」などを用いて、まず、この波形発生装置から出力された駆動電圧波形を、例えば、同社製「電流電圧変換アンプModel6250」を介して、シールドボックス中の液晶パネルに印加する。
【0080】
「電流電圧変換アンプModel6250」は、波形発生装置から同期して出力される制御電圧波形がオン状態になると、電流検出操作を休止し、再び、制御電圧波形がオフ状態になると、電流検出操作を再開する。このような特性を利用することで、液晶パネルに印加される駆動電圧波形の電圧が急峻に変化する領域に制御電圧波形のオン状態を同期させ(ステップ状に変化する場合には、典型的には前10μsec、後50μsecの計60μsec)、値としては大きな突入電流(静電的(電子的)な注入電流成分)を除去することができる。そして、測定対象となる不純物イオンの変位にともなう値としては小さい電流成分のみを、高精度に観測することができる。
【0081】
また、「SSFLC」モードのパネルにおいては、図11に示すように、Ps反転に伴って発生するPs反転電流も観測することができ、液晶の配向変化を電流として観測することができる。この「SSFLC」モードでは、Ps反転電流も比較的大きな値をとなるため、イオンの変位にともなう電流を観測するためには、図12に示すように、制御電圧波形をPs反転が完了する時間域まで長くする必要がある。
【0082】
(6)本発明に用いた1ビットプレーンを構成する波形の形状
次に、本発明に係る液晶素子の駆動方法に用いる二状態を選択する1ビットプレーンの駆動電圧波形の形状を、図13乃至図17に示すように、順次説明する。図13乃至図17は、1ビットプレーンが154.3μsecに相当するものを例として、駆動電圧波形の各種の例(波形A乃至波形E)を示すものである。
【0083】
〔1ビットプレーン波形A〕
波形Aは、図13に示すように、オンまたはオフの二状態のうち、一方の状態を選択する電圧波形を正極電圧V1(t1)及び0V(t2)の組合せとし、かつ、他方の状態を選択する電圧波形を負極電圧V2(t1)及び0V(t2)の組合せとした例である。
【0084】
〔1ビットプレーン波形B〕
波形Bは、図14に示すように、オンまたはオフの二状態のうち、一方の状態を選択する電圧波形を正極性の一定電圧V1のみとし、かつ、他方の状態を選択する電圧波形を負極性の一定電圧V2のみとした例である。
【0085】
〔1ビットプレーン波形C〕
波形Cは、図15に示すように、オンまたはオフの二状態のうち、一方の状態を選択する電圧波形を正極電圧V1,V3の組合せ(t1,t2)とし、かつ、他方の状態を選択する電圧波形を負極電圧V2,V4の組合せ(t1,t2)とした例である。
【0086】
〔1ビットプレーン波形D〕
波形Dは、図16に示すように、オンまたはオフの二状態のうち、一方の状態を選択する電圧波形を正極電圧V1,V3と負極電圧V5との組合せ(t1,t2,t3)とし、かつ、他方の状態を選択する電圧波形を負極電圧V2,V4と正極電圧V6の組合せ(t1,t2,t3)とし、それらの電圧の絶対値または時間幅が等しくなく、一状態の選択期間内に実効的に内部直流電圧が生じる駆動方法の一例である。
【0087】
〔1ビットプレーン波形E〕
波形Eは、図17に示すように、オンまたはオフの二状態のうち、一方の状態を選択する電圧波形を正極電圧V1,V3と負極電圧V5ならびに0Vの組合せ(t1,t2,t3,t4)とし、かつ、他方の状態を選択する電圧波形を負極電圧V2,V4と正極電圧V6ならびに0Vの組合せ(t1,t2,t3,t4)とし、それらの正負極電圧の絶対値または時間幅が等しくなく、一状態の選択期間内に実効的に内部直流電圧が生じる駆動方法の一例である。
【0088】
そして、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法において用いる内部直流電圧を制御するための1ビットプレーンの電圧波形は、図18に示すように、オンまたはオフの二状態のうち、一方の状態を選択する駆動が、その選択期間内に実効的な内部直流電圧を生じる駆動電圧波形を用いる場合に使用され、かつ、ある一定期間内に、液晶駆動に寄与しない、内部直流電圧の大きさを制御(低減)するための逆極性の波形を挿入したものである。この図18に示した電圧波形は、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法における内部直流電圧の制御電圧波形の一例であって、図14に示した波形Bの逆極性に対応するものである。
【0089】
内部直流電圧を制御するための電圧波形は、図18に示した例に限られることなく、図13、図15乃至図17に示す波形A、波形C乃至波形Eの一方の状態を選択する電圧波形の形状で、かつ、一状態の選択期間内に生じた実効的な内部直流電圧と逆極性を示す電圧波形を用いることができる。この場合、全波形を通して、2種類の1ビットプレーン波形を組合せるだけでよいことになり、波形発生回路及び素子特性の負荷を低減することができる。
【0090】
換言すれば、波形発生回路及び素子特性の負荷は大きくなるものの、内部直流電圧の抑制をより効果的に行う上では、図13乃至図17に示した波形A乃至波形Eの1ビットプレーン波形を別の組合せで用いることも、また複数組み合わせることも可能である。
【0091】
本発明においては、これらの1ビットプレーン分、ないしは、複数ビットプレーン分を連続することで構成される内部直流電圧の制御電圧波形は、一状態の選択期間内に生じた実効的な内部直流電圧とは逆極性の直流電圧波形、もしくは、図13,図16,図17に示す波形A、波形D、波形Eの場合では、時間平均をした場合に疑似的な逆極性の直流電圧波形であることが最大の特徴である。
【0092】
(7)本発明における内部直流電圧制御波形を挿入した例
1ビットプレーンの電圧波形が図15乃至図17に示す波形C乃至波形Eであっても、時間平均をとることにより、図14に示す波形Bと見なせることから、以下に示すように、これら波形C乃至波形Eに対して、図14及び図18に示す波形B及び内部直流電圧を制御するための電圧波形を挿入することによって、内部直流電圧の制御を行うことができる。この制御電圧波形の印加中は、LED等による照明光を照射しないことにより、表示を行わないようにする。
【0093】
〔駆動電圧波形1〕
この例は、図19に示すように、1ビットプレーンを構成する電圧波形中に制御電圧波形を挿入した例である。
【0094】
図17に示した波形Eの諸パラメターについて、V2=V4、V1=V3、t1=t2=37.5μsec、t3=112.5μsecとした場合、1ビットプレーン中の最初の25%に内部直流電圧を制御する波形期間があり、その後に、液晶の一状態を選択する波形期間がある波形と見ることができる。
【0095】
ここで、液晶の状態を選択する波形期間が正極性電圧、制御電圧波形期間が負極性電圧からなる1ビットプレーン波形を108ビットプレーン連続してなる波形を駆動電圧波形1とする。
【0096】
〔駆動電圧波形2〕
この例は、図20に示すように、1フレームが108ビットプレーンから構成され、内部直流電圧の制御電圧波形を挿入していない例である。
【0097】
〔駆動電圧波形3,4〕
この例は、図21及び図22に示すように、1フレームが108ビットプレーンから構成され、36ビットプレーンごとに1周期4ビットプレーンの矩形波を内部直流電圧制御波形として、計12ビットプレーン分挿入した例である。そのうち、表示波形期間の極性が正のものを、図21に示すように、「駆動電圧波形3」、負のものを、図22に示すように、「駆動電圧波形4」とする。
【0098】
〔駆動電圧波形5乃至8〕
この例は、図23中の(A)乃至(D)に示すように、1フレームが108ビットプレーンから構成され、6ビットプレーン分の連続する内部直流電圧制御波形を挿入し、その制御波形期間の矩形波の形状(周波数)を変えた例である。なお、この制御波形期間は、約0.93msec、駆動電圧波形全体に占める時間比率としては、5.6%となる。
【0099】
〔駆動電圧波形9乃至13〕
この例は、図24中の(A)乃至(E)に示すように、1フレームが108ビットプレーンから構成され、12ビットプレーン分の連続する内部直流電圧制御波形を挿入し、その制御波形期間の矩形波の形状(周波数)を変えた例である。なお、この制御波形期間は、約1.85msec、駆動電圧波形全体に占める時間比率としては、11.1%となる。これら「駆動電圧波形9乃至13」は、前述の「駆動電圧波形3」と、内部直流電圧制御波形の駆動電圧波形全体に占める時間比率は同じである。
【0100】
〔駆動電圧波形14乃至19〕
この例は、図25中の(A)乃至(F)に示すように、1フレームが108ビットプレーンから構成され、24ビットプレーン分の連続する内部直流電圧制御波形を挿入し、その制御波形期間の矩形波の形状(周波数)を変えた例である。なお、この制御波形期間は、約3.70msec、駆動電圧波形全体に占めるが間比率としては、22.2%となる。
【0101】
〔駆動電圧波形20乃至25〕
この例は、図26中の(A)乃至(F)に示すように、1フレームが108ビットプレーンから構成され、36ビットプレーン分の連続する内部直流電圧制御波形を挿入し、その制御波形期間の矩形波の形状(周波数)を変えた例である。なお、この制御波形期間は、約5.55msec、駆動電圧波形全体に占める割合としては、33.3%となる。
【0102】
〔駆動電圧波形26乃至31〕
この例は、図27中の(A)乃至(F)に示すように、1フレームが108ビットプレーンから構成され、48ビットプレーン分の連続する内部直流電圧制御波形を挿入し、その制御波形期間の矩形波の形状(周波数)を変えた例である。なお、この制御波形期間は、約7.41msec、駆動電圧波形全体に占める割合としては、44.4%となる。
【0103】
〔駆動電圧波形32乃至36〕
この例は、図28中の(A)乃至(E)に示すように、前述した「駆動電圧波形6,10,15,21,27」において表示波形期間が負極性電圧の場合のものである。これらの駆動電圧波形においては、制御波形期間に、1.5周期分の矩形波が挿入されており、正電圧期間が1箇所、負電圧期間が2箇所存在している。
【0104】
これら駆動電圧波形は、表示波形期間の電圧の極性によって、制御波形期間の効果が異なることが予想されるので、その確認を目的とするものである。
【0105】
〔駆動電圧波形37乃至40〕
前述の「駆動電圧波形1乃至36」のように、表示に関与する表示波形期間で、常に、液晶の二状態のうちの正電圧で選択される状態のみ、または、負電圧で選択される状態のみとする波形の電圧を印加した場合に、最も内部直流電圧が蓄積されるということは容易に予想がつく。
【0106】
確認のために、表示に関与する表示波形期間において、正電圧の印加により選択される状態のみの場合から、電圧波形の印加により電気的中性になって内部直流電圧が蓄積されない場合まで、正電圧波形と負電圧波形との割合を変化させた場合について示す。
【0107】
すなわち、図29中の(A)乃至(D)に示すように、前述の「駆動電圧波形7」のように、1フレームが108ビットプレーンから構成される波形において、制御電圧波形を36ビットプレーン分(5.55msec、33%)挿入した場合、表示に使用される電圧波形は、72ビットプレーン分となる。この駆動電圧波形37乃至40は、表示に関与する72ビットプレーン分の電圧波形期間が割り当てられる時間域において正電圧波形の占める割合を、63/72(87.5%)、54/72(75%)、45/72(62.5%)、36/72(50%)とし、36ビットプレーン分の制御電圧波形として、矩形波を挿入した例である。
【0108】
〔駆動電圧波形41及び42〕
この例は、図30中の(B)及び(C)に示すように、前述の「駆動電圧波形24」の制御波形期間の矩形波の電圧値(V3,V4)を、表示波形期間の電圧(V1,V2)とは異なる値とした例である。実際の駆動においては、表示波形期間の信号電圧と制御波形期間の信号電圧とが異なることによって、駆動回路、基板等が複雑になることが予想されるが、その効果について確認した。
【0109】
「駆動電圧波形41」においては、|V1|<|V3|、|V2|<|V4|となっており、「駆動電圧波形42」においては、|V1|>|V3|、|V2|>|V4|となっている。
【0110】
(8)本発明に用いた駆動電圧波形の単位時間当たりの実効直流電圧について上述の「駆動電圧波形1乃至42」のものについては、印加波形の正電圧と負電圧との対称性を積極的になくしていることから、疑似的な直流(DC)駆動と言える。
【0111】
図27に示すように、これらの単位時間当たりの実効的な直流電圧成分を、以下に示す駆動電圧に基づいて、〔表1〕及び〔表2〕に示すように、算出した。
【0112】
【表1】
【0113】
【表2】
【0114】
ここで、「駆動電圧波形1乃至31」では、表示選択電圧波形V1=+7V、内部直流制御電圧波形V1/V2=+7V/−5Vである。「駆動電圧波形32乃至36」では、表示選択電圧波形V2=−5V、内部直流制御電圧波形V1/V2=+7V/−5Vである。「駆動電圧波形37乃至40」では、表示選択電圧波形V1/V2=+7V/−5V、内部直流制御電圧波形V1/V2=+7V/−5Vである。「駆動電圧波形41乃至42」では、表示選択電圧波形V1=+7V、内部直流制御電圧波形V3/V4=+9V/−9V、+3V/−3Vである。
【0115】
(9)本発明に用いた駆動電圧波形の単位時間当たりの電圧面積強度の非対称性パラメータについて
上述の(8)に示した「駆動電圧波形1乃至42」について、単位時間当たりの電圧積分強度を駆動電圧の全波形中の印加電圧の絶対値の最大値で規格した値、すなわち、図28に示す面積強度の非対称性パラメータRを算出した。
【0116】
また、制御波形期間だけの面積強度の非対称性パラメータR′についても同様に算出できる。このR′値は、1.5周期分の矩形波(正極性期間2箇所、負極性期間1箇所)を挿入した「駆動電圧波形6,10,15,21,27,32乃至36」においては、0.429以下になるが、それ以外の「駆動電圧波形2乃至40」では、0.142以下となる。また、「駆動電圧波形41,42」では0である。
【0117】
【実施例】
実施例として、液晶材料が「CS−1031」で配向膜が「AL1051」、液晶材料が「CS−1025」で配向膜が「AL1051」、及び、液晶材料が「CS−1028」で配向膜が「SiO斜方蒸着膜」の3種類の液晶パネルを作成し、これら液晶パネルのそれぞれについて、「駆動電圧波形1乃至31」(表示選択波形V1=+7V、内部直流制御波形V1/V2=+7V/−5V)、「駆動電圧波形32乃至36」(表示選択波形V2=−5V、内部直流制御波形V1/V2=+7V/−5V)、「駆動電圧波形37乃至40」(表示選択波形V1/V2=+7V/−5V、内部直流制御波形V1/V2=+7V/−5V)及び「駆動電圧波形41乃至42」(表示選択波形V1=+7V、内部直流制御波形V3/V4=+9V/−9V、+3V/−3V)を適用して、〔表1〕及び〔表2〕に示すように、「実施例1乃至140」を定義し、内部直流電圧値についての測定を行った。
【0118】
40°Cで、24時間に亘って駆動電圧波形を印加した後の内部直流電圧値(内部直流電圧の蓄積量)は、〔表1〕に示すとおりである。
【0119】
これら〔表1〕及び〔表2〕から明らかなように、「AL1051」を配向膜として用いた場合においては、駆動電圧波形の種類による内部直流電圧の蓄積量は、液晶材料によらずに、同様のプロファイルを示している。
【0120】
内部直流電圧制御波形を挿入しない「駆動電圧波形2」を用いた場合には、内部直流電圧は、2.5V程度まで蓄積される。
【0121】
そして、表示選択波形期間がすべて正電圧による波形で、内部直流電圧制御波形を挿入した場合、「駆動電圧波形5乃至8」のように、全体の5.6%程度の内部直流電圧制御波形期間を挿入すると、内部直流電圧は、1.6乃至2V程度まで低減し、さらに、「駆動電圧波形9乃至13」のように、全体の11.1%程度の内部直流電圧制御波形期間を挿入すると、内部直流電圧は、0.6乃至0.9Vと低減し、内部直流電圧制御の効果は大きくなる。また、さらに内部直流電圧制御波形期間の時間比率を増加していくと、それに伴って、内部直流電圧は、著しく減少する。
【0122】
1ビットプレーン内に内部直流電圧制御期間を50%挿入した「駆動電圧波形1」では、108ビットプレーン中に内部直流電圧制御期間の時間比率を変えて挿入したものと比較すると、「駆動電圧波形9乃至13」のように、11.1%しか挿入していないものと同じである。内部直流電圧制御期間を挿入する時間比率は、表示特性としては小さい方が好ましいことから、1ビットプレーン単位(154.3μsec以下)の非常に速い領域で内部直流電圧制御波形を挿入するより、108ビットプレーン単位(1フレーム、16.6msec以下)で挿入した方が、より顕著に効果が見られることが確認された。これらは、パネル内のイオンの移動を伴う分極速度と緩和速度とに相関していると考えられ、速い周波数の波形に対しては、分極したイオンが内部直流電圧制御期間に応答しないためと考えられる。
【0123】
また、「駆動電圧波形4」のように、表示選択波形期間がすべて負電圧になる波形であっても、内部直流電圧制御波形を挿入することにより、表示選択波形期間に正電圧波形を挿入した「駆動電圧波形3」と同じように、問題なく内部直流電圧の蓄積を抑制することができることが確認された。
【0124】
表示選択波形期間が、すべて正電圧による波形から、正負電圧による波形が同数になるまでに亘って変えた「駆動電圧波形24,37乃至40」では、表示期間の非対称性が緩和されることからも明らかなように、波形期間の偏りの減少に伴って内部直流電圧の蓄積量は減少することが確認された。
【0125】
表示選択波形期間が全て正電圧である「駆動電圧波形6,10,15,21,27」、ならびに、表示選択波形期間が全て負電圧である「駆動電圧波形32乃至36」においては、制御波形期間は、正電圧期間が1箇所、負電圧期間が2箇所となる1.5周期分の矩形波を挿入したものである。このため、制御期間の効果は、信号期間の極性が正のものより負のものの方が劣ることが予想がつく。各制御波形期間の時間幅のもので、実効的直流電圧に対する内部直流電圧の比で比較すると、制御波形期間の時間幅が短いときには、予想通りの結果となったが、時間幅が長くなるほど差が小さくなることがわかった。
【0126】
次に、制御波形期間の矩形波の振幅値が表示選択波形期間の電圧と同じ値の「駆動電圧波形24」に対して、大きい値の「駆動電圧波形41」と小さい値の「駆動電圧波形42」とでは、大きい振幅値の「駆動電圧波形41」を用いた方が、内部直流電圧の抑制には大きな効果が見られる。
【0127】
そして、SiOを配向膜として用いた場合においては、〔表1〕及び〔表2〕に示すように、PI系配向膜を使用したときに比較して、顕著に、内部直流電圧値が大きくなっている。特に、内部直流電圧制御期間を挿入してないもの、及び、挿入期間が少ないものについては、ほぼ印加した駆動電圧波形の実効的な直流電圧分まで内部直流電圧が蓄積されてしまっている。
【0128】
このような、PI系配向膜とSiO斜方蒸着膜での違いは、たとえ液晶材料が同じであっても、液晶パネルとして構成した後におけるパネル中のイオン量が、前者より後者の方が、1桁以上多いことに起因する。
【0129】
そして、駆動電圧波形中の内部直流電圧制御期間を挿入する比率を増加するにしたがって、内部直流電圧の蓄積量は、抑制される。特に、内部直流電圧制御期間が12ビットプレーン以上、すなわち、駆動電圧波形全体の11.1%であれば、全く挿入しない場合の約1/3まで抑制でき、さらに、12ビットプレーン以上、すなわち、駆動電圧波形全体の33.3%であれば、ほとんど内部直流電圧は蓄積しない。
【0130】
次に、図31に示すように、温度40°Cにおける駆動電圧波形の印加時間による内部直流電圧値の蓄積状況について考える。図31は、実施例の液晶材料として「CS−1031」を用い、配向膜材料として「AL1051」を用いた各仕様のセルに、「駆動電圧波形2,5,11,16,24,25,30,31」を温度40°Cにおいて印加し、印加時間を変えた場合のイオンによる内部直流電圧の蓄積量を示している。この図31から明らかなように、内部直流電圧制御波形が挿入されていない「駆動電圧波形2」においては、印加時間に応じて、著しく内部直流電圧が蓄積されていることが確認できる。
【0131】
そして、所期駆動電圧波形の印加時間にともなって、内部直流電圧が蓄積されるが、内部直流電圧制御波形期間の時間比率が増加するほど内部直流電圧の蓄積が抑制される傾向は変わらない。ここで、内部直流電圧制御期間の時間比率が5.6%と最も少ない「駆動電圧波形5」では、1000時間の連続印加に対して、内部直流電圧の蓄積は、2V程度以上まで達し、さほどの効果は見られない。さらに、内部直流電圧制御期間の時間比率が11.1%まで大きくなった「駆動電圧波形11」では、内部直流電圧の蓄積は、1V以下まで低下し、抑制の効果が大きくなっている。
【0132】
「駆動電圧波形11」よりも内部直流電圧制御期間の時間比率が高い「駆動電圧波形16,24,25,30,31」においては、内部直流電圧の抑制効果が顕著になり、1000時間の連続印加をしても、内部直流電圧の蓄積は、0.3V以下である。
【0133】
次に、図32に示すように、温度40°Cにおける、駆動電圧波形の印加時のイオン電流挙動の結果について考える。図32は、実施例として、液晶材料に「CS−1031」を用い、配向膜材料として「AL1051」を用いた液晶セルに、加熱短絡処理によって初期化した後に、「駆動電圧波形11,18,25,30」を温度40°Cにおいて印加したときのイオン電流を測定した結果を示している。表示電圧波形期間の印加電圧は、7V、制御電圧波形期間の印加電圧は、+7V及び−5Vである。
【0134】
さらに、図33に示すように、単一周波数の矩形波を制御電圧波形期間の時間幅に応じて、以下の〔表3〕のように挿入したときの、単位波形内での正電圧と負電圧とによって流れた電流量(電荷量)の対称からのずれΔQを算出し、その結果を図34に示す。
【0135】
【表3】
【0136】
図34から明らかなように、繰り返し波形内での電荷量の対称からのずれΔQが電圧印加時間で累積され、内部直流電圧の蓄積を引き起こすと考えられる。これは、ΔQが小さい方が、前述の24時間後の内部直流電圧の結果が小さくなることからも実証できる。それぞれの制御電圧波形期間中に同じ周期数の矩形波を挿入したもので比較すると、制御電圧波形期間の時間幅が長い方が、電荷量の対称からのずれΔQは小さくなる。制御電圧波形期間が短いものでは、挿入する矩形波の周期数が増加すると、ΔQも増加する。一方、制御電圧波形期間が長いものでは、挿入矩形波の周期数が増加するに伴い、ΔQは極小点をもつような変化をすることが分かる。これらから鑑みて、以下のことが分かる。
【0137】
すなわち、制御電圧波形期間に挿入する矩形波の周期数が大きいほど、ΔQは小さくなり、内部直流電圧の蓄積も抑制できる。但し、挿入する矩形波の1/2周期時間幅が0.4msec以上、さらに好ましくは、0.9msec以上のもので、できるだけの多くの周期数を挿入することがΔQを小さくさせ、内部直流電圧の蓄積も抑制できる。
【0138】
以上に説明した例及び結果から、本発明においては、オンまたはオフの二状態のうち一方の状態を選択する駆動をその選択期間内に実効的な内部直流電圧が生じる電圧信号によって行い、かつ、ある一定期間内に、実際上は液晶駆動に寄与しない、内部直流電圧の大きさを制御(低減)する交流波形、例えば矩形波を挿入することによって、内部直流電圧の蓄積を顕著に抑制することができる。
【0139】
このとき、たとえ、矩形波を印加する時間幅を長くしても、繰り返し波形内における電気的な中性は確保できないものの、比較的短いある範囲内で挿入することにより、不純物イオンが形成する内部直流電圧の発生を極めて効果的に抑制することができ、表示異常の防止及び長期間にわたる表示信頼性の確保ができる駆動条件を見出すことができた。
【0140】
内部直流電圧制御期間の駆動電圧波形全体に対する時間比率をできるだけ大きくすることによって、内部直流電圧の蓄積は抑制できる。ただし、内部直流電圧制御期間の時間比率を50%とすると、二状態のうち一方の状態を選択する電圧波形の期間と、内部直流電圧を制御する電圧波形の期間とが1対1となるので、あえて、表示に関与しない交流波形制御期間を導入しなくても、従来通りの駆動電圧波形である図19に示した波形の50%/50%の比率にした、いわゆる「バイポーラ型」の波形で置き換えることができる。また、内部直流電圧制御期間の時間比率を大きくすると、ビットプレーン時間を短くせざる得ず、輝度、階調などの表示特性を劣化させてしまう原因になる。
【0141】
これら、相反する結果において、輝度、階調などの表示特性を劣化させずに、内部直流電圧の大きさを制御(低減)する波形の条件として、内部直流電圧制御期間を、1フィールドの単位時間あたり、5%以上、50%未満とすることが望ましく、さらに好ましくは、10%以上35%以下とすることにより、両者の条件を最適化することができる。さらに、内部直流電圧の制御のために挿入する矩形波に代表される交流波形は、割り当てられた時間内で、1/2周期時間幅が0.4msec以上、さらに好ましくは0.9msec以上のもので、できるだけ多くの周期数を挿入することが望ましい。また、挿入される矩形波は、単一の周波数のものに限られることはなく、複数の周波数の波形を組合せてもよいが、上述の条件の矩形波が一部にでも含まれていることが望ましい。
【0142】
このとき、内部直流電圧を制御する制御電圧波形の電気的な中性(制御電圧波形期間の非対称性パラメータR′=0)は必ずしも必要ではなく、実施例に示すように、オフセット電圧がかかったような矩形波であってもよく、|R′|≦0.5の範囲であればよい。また、「駆動電圧波形24」に対して、制御電圧波形期間の矩形波の振幅のみを変えた「駆動電圧波形41」と「駆動電圧波形42」とで比較すると、矩形波の振幅が大きいほど、内部直流電圧を抑制する効果が大きいことが確認できる。
【0143】
この駆動電圧波形中に挿入する内部直流電圧制御波形の極性は、表示波形期間で出力される正負電圧信号によらず、常に同じ内部直流電圧制御波形を挿入することができ、駆動回路ならびに波形出力ロジック回路を簡便にすることができる。
【0144】
ただし、できるだけ内部直流電圧制御波形の挿入期間を短くする場合にあっては、「駆動電圧波形6、10」のように、内部直流電圧制御期間の電気的中性がとれていない波形、すなわち、1.5周期の矩形波を、内部電圧制御波形として発生させることにより、顕著な効果が得られる。この場合の内部電圧制御波形は、表示電圧波形期間の極性の偏りに応じて、すなわち、表示電圧波形期間が正極性の場合には、内部電圧制御波形期間においては正電圧期間が1箇所、負電圧期間が2箇所となるようにし、表示電圧波形期間が負極性の場合には、内部電圧制御波形期間においては正電圧期間が2箇所、負電圧期間が1箇所となるように印加する。ただし、このように、表示電圧波形期間の偏り極性を識別するために、駆動回路及び南部電圧制御波形の出力ロジック回路が複雑になることも予想される。
【0145】
上述のように、本発明は、表示電圧波形期間が実効的に内部直流電圧を生じさせるのに対して、これをある一定期間内に制御電圧波形期間を挿入することで、内部直流電圧を緩和させることに関するものである。すなわち、表示電圧波形期間での液晶パネル中のイオンの分極、配向膜への吸着などの内部直流電圧に起因する現象を、制御電圧波形期間の矩形波によって、効率的に緩和、脱着させることを目指したものである。特に緩和が遅く、内部直流電圧として長期間にわたって発生し、表示特性に致命的な打撃を与えるイオン種の配向膜への吸着を抑制し、かつ、脱着させる上で、先述の交流波形が必要であり、かつ、上述の条件に基づくことが必須となる。
【0146】
以上に説明した例から、本発明によれば、高精細、高コントラスト、画素内階調の表示が可能で、高信頼性、低消費電力、薄型軽量などの特徴を有する液晶表示素子を実現することができる。また、その製造に係る工程が短縮され、生産性の向上とコストの低減をもたらし、安価に製造でき、良好な表示特性を有する液晶素子、さらにはその応用である投射型ディスプレイ等を提供することができる。
【0147】
なお、以上に述べた本発明の実施例は本発明の技術的思想に基づいて、さらに変形が可能である。例えば、上述した駆動電圧波形をはじめとする駆動条件は、本発明の目的を達成できる範囲内で様々に変化させてもよい。また、上述の実施例では、入射光の反射及び非反射の二つの状態のいずれか、または、入射光の透過及び非透過の二つの状態のいずれかを選択するようにしているが、これ以外にも、入射光の偏光及び非偏光状態のいずれか、または、入射光の旋光及び非旋光状態のいずれかなど、実質的にオンとオフの二つの状態のいずれかを選択するように駆動することとしてもよい。
【0148】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法においては、第1の電極が設けられた第1の基板と第2の電極が設けられた第2の基板とが、該第1の電極及び該第2の電極が設けられた側を相対向させて所定の間隔を隔てて配置され、これら各基板間に液晶が封入されて構成された液晶表示素子を駆動するにあたって、該第1の電極及び該第2の電極間に印加する電圧信号によって、入射光の反射状態及び非反射状態、または、入射光の透過状態及び非透過状態、あるいは、入射光の偏光状態及び非偏光状態、もしくは、入射光の旋光状態及び非旋光状態、すなわち、オンまたはオフの二状態を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子、例えば、液晶光変調型表示素子、液晶光変調器などの駆動方法において、一定時間内、あるいは、複数のフレーム期間内、もしくは、一のフレーム期間内において、表示信号期間と、表示には関与しない制御信号期間とからなる駆動電圧波形を用い、該制御信号期間に印加する電圧信号を、正極性及び負極性の電圧信号が、割当時間内で交互に、連続的、または、非連続的に変化する電圧信号、もしくは、途中に0Vの電圧信号域を含む正負交互の電圧信号とすることにより、内部直流電圧の発生を極めて効果的に抑制することができる
すなわち、本発明は、十分なビットプレーン時間を確保しつつ、簡単で、かつ、不純物イオンによる表示画像の質の劣化が生じないようになされた液晶表示素子の駆動方法を提供することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る液晶表示素子の駆動方法が適用される強誘電性液晶表示素子における液晶分子の構成を示す斜視図である。
【図2】上記液晶表示素子における印加電圧と透過率との関係を示すグラフである。
【図3】上記液晶表示素子の構成を示す縦断面図である。
【図4】上記液晶表示素子の反射型の動作状態を示す斜視図である。
【図5】上記液晶表示素子の透過型の動作状態を示す斜視図である。
【図6】上記液晶表示素子における1フレーム時間内におけるビットプレーンと光強度との関係を示すグラフである。
【図7】上記液晶表示素子における各ビットプレーンにおける電圧印加と透過率(反射率)との関係を示すタイムチャートである。
【図8】上記液晶表示素子において非対称な駆動電圧波形を印加した場合の短絡操作後の開回路モニター時間と開回路電圧との関係を示すグラフである。
【図9】上記液晶表示素子において内部直流電圧値を算出するための短絡操作後の開回路モニター時間と開回路電圧との関係を示すグラフである。
【図10】上記液晶表示素子における種々の条件下における短絡操作後の開回路モニター時間と開回路電圧との関係を示すグラフである。
【図11】「SSFLC」モードのパネルにおけるPs(自発分極)反転に伴うPs反転電流を示すグラフである。
【図12】「SSFLC」モードのパネルにおけるPs(自発分極)反転に伴うPs反転電流を示すグラフであって、上記図11よりも観測時間を長くしたものである。
【図13】上記液晶表示素子におけるビットプレーン波形の例(波形A)を示すタイムチャートである。
【図14】上記液晶表示素子におけるビットプレーン波形の例(波形B)を示すタイムチャートである。
【図15】上記液晶表示素子におけるビットプレーン波形の例(波形C)を示すタイムチャートである。
【図16】上記液晶表示素子におけるビットプレーン波形の例(波形D)を示すタイムチャートである。
【図17】上記液晶表示素子におけるビットプレーン波形の例(波形E)を示すタイムチャートである。
【図18】上記液晶表示素子における内部直流電圧制御波形を示すタイムチャートである。
【図19】上記液晶表示素子において1ビットプレーンを構成する電圧波形中に内部直流電圧制御波形を挿入した「駆動波形1」であって、正極性電圧によって表示をさせる1ビットプレーン波形及び負極性電圧によって表示をさせる1ビットプレーン波形を示すタイムチャートである。
【図20】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成され、内部直流電圧の内部直流電圧制御波形を挿入していない「駆動電圧波形2」を示すタイムチャートである。
【図21】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成され、36ビットプレーンごとに4ビットプレーン分、計12ビットプレーンの内部直流電圧の内部直流電圧制御波形を挿入した「駆動電圧波形3」を示すタイムチャートである。
【図22】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成され、36ビットプレーンごとに4ビットプレーン分、計12ビットプレーンの内部直流電圧の内部直流電圧制御波形を挿入した「駆動電圧波形4」を示すタイムチャートである。
【図23】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、挿入する内部直流電圧制御波形のビットプレーン数が6ビットプレーンであって、1周期(図中(A))、1.5周期(図中(B))、2周期(図中(C))、3周期(図中(D))とした「駆動電圧波形5乃至8」を示すタイムチャートである。
【図24】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、挿入する内部直流電圧制御波形を12ビットプレーンであって、1周期(図中(A))、1.5周期(図中(B))、2周期(図中(C))、3周期(図中(D))、6周期(図中(E))とした「駆動電圧波形9乃至13」を示すタイムチャートである。
【図25】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、挿入する内部直流電圧制御波形を24ビットプレーンであって、1周期(図中(A))、1.5周期(図中(B))、2周期(図中(C))、2周期(図中(D))、6周期(図中(E))、12周期(図中(F))とした「駆動電圧波形14乃至19」を示すタイムチャートである。
【図26】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、挿入する内部直流電圧制御波形を36ビットプレーンであって、1周期(図中(A))、1.5周期(図中(B))、2周期(図中(C))、2周期(図中(D))、2周期(図中(E))、3周期(図中(F))とした「駆動電圧波形20乃至25」を示すタイムチャートである。
【図27】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、挿入する内部直流電圧制御波形を48ビットプレーンであって、1周期(図中(A))、1.5周期(図中(B))、2周期(図中(C))、2周期(図中(D))、2周期(図中(E))、4周期(図中(F))とした「駆動電圧波形26乃至31」を示すタイムチャートである。
【図28】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、挿入する内部直流電圧制御波形がそれぞれ1.5周期の矩形波であって、6ビットプレーン(図中(A))、12ビットプレーン(図中(B))、24ビットプレーン(図中(C))、36ビットプレーン(図中(D))、48ビットプレーン(図中(E))とした「駆動電圧波形32乃至36」を示すタイムチャートである。
【図29】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、36ビットプレーン分の2周期の矩形波である内部直流電圧制御波形が挿入され、表示電圧波形区間の負極性部を9ビットプレーン(図中(A))、18ビットプレーン(図中(B))、27ビットプレーン(図中(C))、36ビットプレーン(図中(D))とした「駆動電圧波形37乃至40」を示すタイムチャートである。
【図30】上記液晶表示素子において使用される1フレームが108ビットプレーンから構成される波形であり、36ビットプレーン分の2周期の矩形波である内部直流電圧制御波形が挿入され、内部直流電圧制御波形の電圧値(絶対値)が表示電圧波形の電圧値と等しい場合(図中(A))、内部直流電圧制御波形の電圧値(絶対値)が表示電圧波形の電圧値より大きき場合(図中(B))、内部直流電圧制御波形の電圧値(絶対値)が表示電圧波形の電圧値より小さい場合(図中(C))の「駆動電圧波形24、41、42」を示すタイムチャートである。
【図31】上記液晶表示素子において「駆動電圧波形2、5、11、16、24、25,30、31」を印加した場合の時間経過に対する内部直流電圧の蓄積量を示すグラフである。
【図32】実施例11(図中(A))、実施例18(図中(B))、実施例25(図中(C))、実施例48(図中(D))についての、経過時間と電流との関係を示すグラフである。
【図33】上記液晶表示素子において、単一周波数の矩形波を制御電圧波形期間の時間幅に応じて挿入したときの、単位波形内での正電圧と負電圧とによって流れた電流量(電荷量)の対称からのずれΔQを示すグラフである。
【図34】上記液晶表示素子において、内部直流電圧制御波形が6ビットプレーン、12ビットプレーン、24ビットプレーン、36ビットプレーン、48ビットプレーンである場合の挿入周期数と内部直流電圧の蓄積量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1a ガラス基板、1b ITO、1c,2c 液晶配向膜、2a 回路基板、2b アルミニウム、3 スペーサ、4 強誘電性液晶、11 強誘電性液晶変調型表示素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for driving a liquid crystal display element such as a liquid crystal light modulation display element or a liquid crystal light modulator.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the development of small information terminals such as mobile phones and so-called “PDA” (Personal Digital Assistance), the spread of the Internet such as e-mail and World Wide Web (WWW), etc. As the information transmission / reception environment is improved, it is desired to improve the performance of a portable display element (display) for displaying information obtained through the environment. In addition, for indoor use, a so-called “large display for a personal theater”, “a thin display for a personal computer”, etc., it is desired to improve the performance of a projection display element.
[0003]
Liquid crystal display elements have been studied as one of display elements that satisfy these requirements in an integrated manner. This liquid crystal display element is characterized in that it can be thin and lightweight, and can display high-quality images while having low power consumption.
[0004]
As liquid crystal display elements, those using a birefringence mode of “STN” (Supper Twisted Nematic) or an optical rotation mode of “TN” (Twisted Nematic) are currently in practical use. In addition, ferroelectric liquid crystals and antiferroelectric liquid crystals using birefringence mode, which are positioned as next-generation liquid crystal display elements, have been studied and are expected to be practically used. Along with the “STN” display currently in practical use, a surface-stable ferroelectric liquid crystal mode (“SSFLC”) is obtained by using a ferroelectric liquid crystal (“FLC”), which is a representative example of a birefringence mode display element. : Surface Stabilizied Ferroelectric Liquid Crystal) has been actively researched.
[0005]
Normally, in the ferroelectric liquid crystal, as shown in FIG. 1, in the chiral smectic C phase, the orientation direction of the liquid crystal molecules M is in the
[0006]
A display element using the “SSFLC” display mode has a high response speed (response speed about 1000 times that of a conventional nematic liquid crystal display element), and has a memory property. Therefore, a cathode ray tube (CRT) or “ Manufactured by eliminating active elements such as TFTs (Thin Film Transistors) that can be driven by more than 1000 scan lines even with simple XY matrix driving, which eliminates flicker that is a problem with TN displays It has the characteristics that the yield can be improved. In addition, the current mainstream nematic liquid crystal has a wide viewing angle because the molecular arrangement is uniform and the panel-to-substrate gap is less than half that of the nematic liquid crystal panel. It has the characteristics.
[0007]
Thus, attempts have been made to apply such ferroelectric liquid crystal to a reflective display. For example, `` IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 29, no. 2 (1993) 699, Journal of the Society for Infomation Display, vol. 5 (1997) 1, SPIE, vol. 3013 (1977) 174 '' It is disclosed. In either case, a ferroelectric liquid crystal cell is formed on a semiconductor memory and driven by a memory voltage.
[0008]
By the way, the present applicants have already proposed a reflective display in which a semiconductor memory and a ferroelectric liquid crystal are combined. This is a display technology that enables gradation expression by combining the field sequential method and the luminance modulation of the light source, and in principle, it is possible to display up to transfer gradations as human visual characteristics.
[0009]
Such a reflective ferroelectric liquid crystal display element has, for example, a structure in which a
[0010]
The pixels of the ferroelectric liquid crystal light
[0011]
The voltage application to the reflective film and electrode 2b is controlled for each pixel by the control circuit 7 outside the ferroelectric liquid crystal light
[0012]
FIG. 5 shows a light transmission type liquid crystal element 21. In the case of the light transmission type liquid crystal element 21, the fundamental difference from the reflection type liquid crystal element shown in FIGS. 3 and 4 is that the drive electrode is made of transparent ITO 12b provided on the glass substrate 12a. Is driven for each pixel by the
[0013]
In the “TN” mode, it is possible to continuously change between the bright state and the dark state according to the effective electric field strength, whereas in the “SSFLC” mode, as described above, the threshold value of the applied voltage is changed. Has a feature of bistability (or memory property) in which the transmittance (or reflectance) changes sharply, so only two states, a bright state and a dark state, can be selected, and the intermediate gradation of those can be controlled Has been considered difficult.
[0014]
Conventional display methods for intermediate gray scale display include an area gray scale method in which subpixels are provided and adjusted according to their integrated areas, or a small inversion domain by controlling the amount of injected charge in one pixel. A multi-domain method for controlling has been proposed. The former has a problem that the number of pixels substantially increases, the drive circuit becomes complicated, and it is difficult to increase the resolution. In the latter case, there is a problem that it is difficult to realize equivalent gradation characteristics in all pixels due to variations in temperature distribution and performance of active elements. Therefore, these methods cannot perform sufficient halftone control.
[0015]
Therefore, the present applicants use a spatial modulation element that selects either the on / off of reflected light or transmitted light, such as a ferroelectric liquid crystal element, and uses the field sequential method and the light of the light source. The invention of a driving method of a liquid crystal display element that realizes a digital gradation display capable of displaying up to continuous gradation as a human visual characteristic in combination with intensity modulation is disclosed in Japanese Patent Application No. 5-347576 and This is proposed in Japanese Patent Application No. 7-212686.
[0016]
In this liquid crystal display element driving method, one frame is divided into a plurality of sub-frames (which are defined as bit planes) according to the number of gradation bits, and each bit brain is weighted by luminance modulation of the light source. Then, gradation display is performed.
[0017]
That is, when using a light source having the same light intensity, to display 8-bit gradation (256 gradations), one frame of 16.7 msec is simply time-divided with 8 bits (0 to 256 gradations). For this purpose, the ferroelectric liquid crystal must be able to be driven completely in about 65.5 μsec. In 10-bit display, the driving time of the ferroelectric liquid crystal is 16.3 μsec. This is a severe value in view of the response speed of the current ferroelectric liquid crystal, and the applied electric field has to be set high in order to realize it.
[0018]
Therefore, by using a light source capable of modulating the light intensity, the driving time of the ferroelectric liquid crystal determined by time-sharing one frame can be dramatically increased. That is, in the case of displaying 8-bit gradation, if the light intensity of the light source can be modulated with 8-bit, the ferroelectric liquid crystal only needs to be driven at about 2.08 msec. When displaying a 10-bit gradation, the driving time of the ferroelectric liquid crystal is about 1.67 msec. Thus, this liquid crystal display element driving method is a practical driving method in accordance with the response speed of the ferroelectric liquid crystal.
[0019]
Here, an image made up of one gradation bit is called a “bit plane”, and its display time is called a “bit plane time”. For example, as shown in FIG. 6, when displaying an 8-bit gray scale, the number of bit planes is 8, and the total time of 8 bit planes is 1 frame.
[0020]
By the way, in recent years, digital display elements such as so-called “plasma display panels” have been developed, and further improvement in image quality of display images is desired. In digital gradation display, 8-bit display is said to be sufficient as a minimum gradation display but insufficient in terms of improving image quality.
[0021]
On the other hand, in the digital gradation display, a problem of false contour occurs. This is because the time-divided bit plane time is long when performing field sequential driving, and when the displayed light-emitting point is followed with the eye, the temporal shift of the light-emitting pattern is a spatial shift. It is a phenomenon that occurs by being converted to. Therefore, this problem can be reduced by shortening the bit plane time.
[0022]
However, in practice, the lower limit of the 1-bit plane time is determined by problems such as the response time of driving the ferroelectric liquid crystal, device structure, power consumption, and data transfer speed. In addition to the problem of false contours, the upper limit of 1-bit plane time is determined by color breakup, the number of gradations, and the like. Considering that the frame frequency is usually 60 Hz, the 1-bit plane time should be set to 100 μs to several hundreds μs. That is, the bit plane time is uniquely determined according to specifications such as the number of pixels and the number of gradations.
[0023]
For example, in the display element proposed by the present applicants, 256 gradations are provided for each color of R (red), G (green), and B (blue), and one frame is 36 bit planes × 3 colors = 108. Each bit plane is approximately 150 μsec (more precisely, 1 sec / 30 Hz / 2 frames / 108 bit plane, up to 154.3 μsec). In this case, the ferroelectric liquid crystal is designed to always switch once per bit plane.
[0024]
As described above, in the driving method for refreshing the memory state for each bit plane, the next driving voltage waveform is applied before the transmittance (reflectance) decreases, so that the material having insufficient memory characteristics, for example, bistability is not satisfactory. There is an advantage that even a material that is sufficient and the memory cone angle falls within the bit plane time and the transmission (reflection) rate decreases can be used. In this case, the frequency to be refreshed is mainly determined by the bit plane time.
[0025]
As described above, the driving voltage waveform of the ferroelectric liquid crystal in the field sequential gradation display method has to be used in 1 bit plane time, and there is a problem that only a simple driving voltage waveform can be used. In addition, when the display image has a high definition, the unit pixel area is reduced, so that the driving circuit to be configured must be accommodated in the pixel area. In order to reduce the burden on the driving circuit, A simpler driving voltage waveform is further required.
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the manufacturing process of a liquid crystal display element, impurity ions generated and mixed are included in the liquid crystal in various processes such as liquid crystal synthesis, alignment film preparation, liquid crystal injection, and the like, which deteriorates the display image quality. It is known to cause.
[0027]
At present, it can be said that it is impossible to completely remove the impurity ions in the liquid crystal panel. Furthermore, even if it can be removed, a phenomenon occurs in which impurity ions are generated by voltage application during driving. The following is considered as the behavior of the impurity ions in the liquid crystal panel.
[0028]
(1) Ion dissociation is promoted in the liquid crystal due to temperature rise and voltage application.
(2) Charged ions move along the electric field in the liquid crystal generated by voltage application.
(3) Ions reaching the alignment film are physically or chemically adsorbed.
(4) If the waveform applied to the cell is alternating, ions repeatedly perform adsorption and desorption.
(5) A part of the dissociated ions returns to neutral molecules by recombination or the like.
[0029]
In the case of such ion behavior, if the following asymmetry occurs on the two electrode substrates facing each other and driving, the ion behavior is also asymmetric at the interface between the liquid crystal and the alignment film. Sex occurs.
(1) Structural asymmetry between two opposing electrode substrates (between the TFT substrate side and the ITO substrate side, between the reflection side substrate and the transmission side substrate in a reflective cell or the like).
(2) Various conditions of the alignment film on the two opposing electrode substrates (film thickness, firing conditions, rubbing strength, etc.).
(3) Asymmetry of voltage application waveform (when a general drive voltage waveform uses an AC waveform such as a rectangular wave, but has an asymmetry with respect to GND (ground level)).
[0030]
These asymmetries create a non-equivalent situation between two electrode substrates in which the adsorption / desorption equilibrium of the cation and anion alignment film interface and the polarization state of the ionic species in the liquid crystal face each other. In this way, the state in which ions are polarized is difficult to relax, and is in a state almost similar to that when a DC component (V ′) having a certain polarity is applied between liquid crystal cells.
[0031]
That is, even if the voltage application is stopped thereafter, the state in which the voltage V ′ is applied, that is, the state in which the voltage is applied to the liquid crystal molecules, is maintained inside the liquid crystal cell. That is, even if a symmetrical rectangular waveform voltage (amplitude V) is applied to the liquid crystal cell, the effective voltage applied to the inside of the liquid crystal is (V + V ′) on the positive side and (−V + V ′) on the negative side. The effective voltage applied to the liquid crystal is not symmetrical. Due to such asymmetry, in a liquid crystal display element in which the effective voltage is reflected in the light transmittance, such as the “TN” system, the liquid crystal molecules are observed to fluctuate and decrease as flicker. It will cause quality degradation.
[0032]
On the other hand, in the “SSFLC” mode, the voltage signal for selecting one of the two states of ON or OFF is the positive voltage signal (V), and the voltage signal for selecting the other state is the negative voltage signal. In the case of (−V), when V ′ is a positive value, (−V−V ′) is effectively converted to a positive voltage signal when a negative voltage signal is applied in a reverse polarity state. At the time of application, (V−V ′) is applied. Therefore, the response speed to the state selected by the negative voltage signal is increased by the increase of the effective voltage, and conversely, the response speed to the state selected by the positive voltage signal is the decrease of the effective voltage. If it becomes slow and V ′ becomes large, (V−V ′) does not reach the threshold value and does not respond.
[0033]
Further, under such a situation where the internal direct current voltage (DC) component becomes large, the liquid crystal molecules themselves may even undergo electrolysis. In recent years, the stability of liquid crystal materials has improved, and although there is almost no possibility of electrolysis in the range of general driving voltage, the possibility of deterioration of display image quality due to the effective DC component of the driving voltage waveform is wiped away. Absent.
[0034]
Therefore, it is natural that the driving voltage waveform of the conventional liquid crystal display element is electrically neutral, and positive and negative voltages such as a rectangular wave, sine wave, cosine wave, and triangular wave with an offset voltage of 0 V are present. A so-called alternating current drive is performed in which the positive and negative voltages are symmetrical with respect to 0 V alternately.
[0035]
For example, in the case of a liquid crystal display element such as the “TN” mode, driving by a rectangular wave with an offset voltage of 0 V and driving by a gate element of a TFT with a rectangular wave are used. It is set to keep the sex.
[0036]
In addition, when applying a pulse voltage that selects one of the on and off states, as in the “SSFLC” mode liquid crystal display element, a reverse polarity voltage waveform that cancels this is combined, and a DC voltage is selected within one selection time. Drive methods have been used, such as canceling the components, or inserting reverse polarity voltage pulses to cancel the direct current component for a longer time, eg, as an average over multiple frames.
[0037]
However, in such a “SSFLC” mode liquid crystal display element, in order to maintain electrical neutrality, a voltage waveform that does not actually contribute to driving of the liquid crystal is equivalent to a voltage waveform for selecting a state for a time equivalent to that. Therefore, the bit plane time must be shortened by that amount, and the characteristics such as luminance and gradation are deteriorated. In addition, the time given for the response of the liquid crystal is shortened, and the burden on the liquid crystal material is increased.
[0038]
Accordingly, the present invention is intended to provide a driving method of a liquid crystal display element that is simple and prevents deterioration of display image quality due to impurity ions while ensuring a sufficient bit plane time. is there.
[0039]
[Means for Solving the Problems]
As a result of proactively examining a driving method that has an effective direct current component with a simple driving voltage waveform without being constrained by the driving voltage waveform maintaining the electrical neutrality as described above. In addition to preventing deterioration of the liquid crystal, the generation of internal DC voltage or electric field formed by impurity ions is extremely effectively suppressed, thereby preventing abnormal display and improving display reliability over a long period of time. A driving method that can be secured has been found and the present invention has been achieved.
[0040]
In this driving method, as in the “TN” mode, an internal DC voltage is not generated ideally, and driving with a rectangular wave voltage with an offset voltage of 0 V that maintains electrical neutrality, so-called AC driving, Deviation from electrical neutrality may occur due to variations in element characteristics, which is effective in that the effect of suppressing internal DC voltage formed by impurity ions can be obtained.
[0041]
That is, in the driving method of the liquid crystal display element according to the present invention, the first electrode is Formed on the first side A first substrate; On the second surface facing the first surface, so as to face the first electrode The second electrode Been formed Second substrate And a liquid crystal display device including a liquid crystal layer provided between the first surface and the second surface. Driving method of liquid crystal display element Because Within a certain time Involved in the display of Display signal period; A voltage signal having an amplitude larger than the amplitude of the voltage signal applied between the first electrode and the second electrode during the display signal period, wherein the positive polarity and the negative polarity change with time. Including Drive voltage waveform consisting of control signal period not related to display Is applied between the first electrode and the second electrode so that the time ratio of the control signal period to the entire driving voltage waveform is 5% or more and less than 50%. Including a voltage application step for suppressing an internal DC voltage generated in the liquid crystal display element Thus, the generation of the internal DC voltage can be suppressed extremely effectively.
[0042]
In order to clearly demonstrate the effect of the present invention, the voltage signal for selecting one of the two states of ON or OFF is a combination of only positive voltage signals and the voltage signal for selecting the other state Is a combination of only negative voltage signals. Alternatively, the voltage signal for selecting at least one of the two states, ON or OFF, is a combination of a positive voltage signal and a negative voltage, and the absolute value or time width of these voltages is made different so that one state You may make it produce the direct current | flow component of an internal voltage effectively within a selection period.
[0043]
That is, when selecting one of the on and off states, electrical neutrality is not maintained, and a potential due to the polarization of impurity ions, that is, an internal DC voltage is always generated between both electrodes. For example, when displaying an image over an arbitrary period of time, the number of on and off times is not necessarily the same, so the number of times one of the selected waveforms is applied increases, and within a certain period, between the electrodes. Will cause an internal DC voltage.
[0044]
FIG. 7 shows the relationship between the drive voltage waveform supplied to the liquid crystal display element and the reflected light intensity corresponding to this drive voltage. As shown in FIG. 7, when selecting an on (bright) state between 1 bit planes of about 154.3 μsec, a positive pulse (50 μsec width) is selected, and when selecting an off (dark) state, A negative pulse (50 μsec width) is applied. While the GND voltage is applied, the reflected light intensity is maintained substantially constant due to the bistability (memory property) of “SSFLC”.
[0045]
In the “SSFLC” mode, the memory property is generally used, but the memory property is not used, and a cone angle unique to the ferroelectric liquid crystal material can be used by a simple rectangular wave or the like. In this case, the actual luminance is not reflected, but since the cone angle unique to the ferroelectric liquid crystal material is used, the reflectance in each bit plane can be increased.
[0046]
As described above, when a drive voltage waveform that effectively generates an internal DC voltage within a selection period within a certain period is used, within a certain period of time, within a plurality of frames, or within one frame The generation of the internal DC voltage can be suppressed by inserting a voltage waveform having a polarity opposite to that of the internal DC voltage generated therebetween in a part of the inside.
[0047]
That is, in the present invention, driving for selecting one of the two states, on or off, is performed by a voltage signal that generates an effective internal DC voltage within the selection period, and is actually applied within a certain period. Inserts a waveform that controls (reduces) the magnitude of the internal DC voltage that does not contribute to driving the liquid crystal, for example, a reverse polarity voltage waveform.
[0048]
The time for applying the reverse polarity voltage waveform is ideally electrically neutralized by inserting it for the same time as the application time of the drive voltage waveform (applied voltage) for selecting the liquid crystal state. However, in practice, if a reverse-polarity voltage waveform that does not contribute to liquid crystal drive is inserted for the same amount of time as the selected waveform, the bit plane time must be shortened by that amount, and characteristics such as the brightness and gradation of the displayed image Cause deterioration. Therefore, in order not to deteriorate the characteristics such as the luminance and gradation of the display image, the application time of the voltage waveform for controlling (reducing) the magnitude of the internal DC voltage is preferably as short as possible.
[0049]
The present inventors do not contribute to the liquid crystal drive, and do not insert a voltage waveform that controls (reduces) the magnitude of the internal DC voltage for the same time as the drive time for selecting the liquid crystal state, but a shorter time. By inserting within the range, the generation of internal DC voltage formed by impurity ions can be extremely effectively suppressed, and a drive method that can prevent display abnormality and ensure display reliability over a long period of time has been found. This has led to the present invention.
[0050]
The internal DC voltage of the liquid crystal display element is defined by the voltage between the electrodes remaining after applying a certain drive voltage waveform. This is considered to be caused by the impurity ions existing in the liquid crystal cell being polarized by an effective direct current component of the driving voltage waveform and the like, and the polarized impurity ions forming an electric field.
[0051]
Actually, when an asymmetrical drive voltage waveform is applied, as shown in FIG. 8, the voltage of the DC component remaining between both electrodes is measured. In contrast, when the cell structure is also symmetrical between the opposing electrodes and a symmetrical drive voltage waveform is applied, the internal DC voltage becomes zero within the error range. As shown in FIG. 9 and FIG. 10, the internal DC voltage value is calculated by setting the time when the circuit is opened during measurement to 0, plotting the monitored voltage value logarithmically, and plotting the flat portion with a straight line. The value when extrapolated at
[0052]
Since this internal DC voltage exists regardless of the drive voltage waveform within a certain period, a phenomenon occurs in which the ground potential (GND) of the drive voltage waveform is offset by the electric field formed by the internal DC voltage. It is expected that.
[0053]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Manufacturing process of liquid crystal display element
Hereinafter, a manufacturing process of a liquid crystal display element to which the liquid crystal display element driving method according to the present invention is applied will be described.
[0054]
Since the manufacturing process of the liquid crystal panel and the response measurement of transmitted light are simple, the liquid crystal panels used for the following measurements are all transmissive panels in which the upper and lower substrates each have a transparent electrode as shown in FIG. . Further, as shown in FIG. 3, in the reflective panel in which one substrate is covered with an Al reflective film, both the panel manufacturing process and the reflected light response measurement are basically the same as those in the transmissive panel. . However, in the reflection type panel, since the incident light passes through the liquid crystal portion twice, the effective retardation is twice that of the transmission type panel having the same cell gap.
[0055]
A method for manufacturing a liquid crystal display element will be described below. All processes up to the end of liquid crystal injection are performed in a clean room.
[0056]
[Formation of transparent electrode]
First, a transparent electrode material layer made of ITO is formed on one surface of a glass substrate by sputtering, and a transparent electrode having a predetermined pattern is formed by photolithography. The general procedure for this patterning is as follows.
[0057]
(1) ITO sputtering
(2) Spin coating of resist
(3) Pre-baking and main baking of resist film
(4) Exposure of resist film
(5) Resist film etching
(6) Etching of ITO
(7) Cleaning
(8) Stripping of resist film
(9) Cleaning
[0058]
[Washing the substrate]
In the clean room, the glass substrate is cleaned and dried. This cleaning and drying treatment is performed as follows using, for example, a “three-tank ultrasonic cleaner” (manufactured by Sun Electronics Co., Ltd.).
[0059]
For the first layer, ultrasonic cleaning is performed for 3 minutes using an alkali cleaning (Scat × 20) and shaking the substrate at a bath temperature of 45 ° C.
For the second layer, the substrate is swung while taking a pure water shower, and ultrasonic rinsing for 3 minutes is performed three times to wash off the alkaline detergent.
For the third layer, the substrate is immersed in pure water at a bath temperature of 80 ° C. for 1 minute, and then the substrate is gradually lifted from the pure water by an elevator mechanism and left to dry.
[0060]
Furthermore, UV ozone cleaning is performed at room temperature for 10 minutes using, for example, “UV dry stepper cleaner” (manufactured by Samco International Laboratory Co., Ltd.).
[0061]
(Preparation of alignment film)
There are roughly two types of liquid crystal alignment methods. One is an organic thin film rubbing method, and the other is an oblique deposition method of an inorganic material such as SiO (silicon oxide). When a rubbing film is used as an alignment film, productivity is good and the area can be easily increased. Therefore, many liquid crystal display elements are now industrially produced using the rubbing film as an alignment film. On the other hand, when a SiO obliquely deposited film is used as the alignment film, good memory properties can be realized although there is a problem in productivity.
[0062]
Therefore, the difference in the alignment characteristics of the liquid crystal depending on the alignment film material of the liquid crystal display element is examined. Here, as the alignment film material, for example, a SiO oblique deposition film, a polyimide (hereinafter abbreviated as PI) “AL0656” manufactured by JSR Corporation, or the like can be used.
[0063]
[SiO obliquely deposited film]
The SiO oblique vapor deposition film is produced by the following method. The deposition source SiO (deposition material) is accommodated in a deposition boat having a hole serving as a point source. Vapor deposition is performed by setting an angle θ between a line connecting SiO and a deposition position and a normal line of a deposition surface of the glass substrate to, for example, 85 °. In order to make the film structure uniform, the angle θ needs to be accurate within several degrees. Moreover, since the distance between the vapor deposition source and the vapor deposition location also affects the shape and film thickness distribution of the SiO pillar, for example, it is separated by 40 cm or more.
[0064]
[Rubbing film]
The polyimide rubbing alignment film is formed by the following method. First, the substrate is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 3500 rpm) and, for example, a PI alignment film “AL0656” manufactured by JSR is applied by spin coating. Then, after baking at 180 ° C. for 4 hours, rubbing is performed under the conditions of a roller rotation speed of 300 rpm, a stage speed of 2 mm / sec, and an indentation amount of 0.200 mm.
[0065]
[Assembly of the cell]
Two glass substrates with the alignment film and ITO described above are prepared, the alignment surfaces are opposed to each other, and the alignment processing direction is incorporated in parallel. An ultraviolet curable resin in which a gap material is dispersed is applied on one alignment film of these two glass substrates by seal printing so as to be outside the display region. As the gap material, for example, a 1.0 μm-diameter true ball manufactured by Catalyst Kasei Co., Ltd. can be used. Examples of the ultraviolet curable resin in which such a gap material is dispersed include “PHOTOREC” (trade name: manufactured by Toray Fine Chemical Co., Ltd.). Then, the two glass substrates are combined, and the resin is cured by irradiating with ultraviolet rays to produce a cell having a gap of 1.0 μm.
[0066]
[Injection of liquid crystal]
Next, the liquid crystal element is left in a constant temperature bath, and after raising the temperature to a temperature at which the liquid crystal becomes isotropic, an injection port provided in a part of the cell is immersed in the ferroelectric liquid crystal. As the ferroelectric liquid crystal, for example, “CS-1031”, “CS-1025”, “CS-1028”, etc. manufactured by Chisso Corporation are used. Thereafter, the cell is cooled to room temperature at a rate of 1 ° C./min and taken out of the thermostatic bath. Then, the assembly of the liquid crystal panel is completed by sealing (sealing) the inlet.
[0067]
(2) Liquid crystal materials and panel components used in the practice of the present invention
The ferroelectric liquid crystal that can be used in the liquid crystal display device for carrying out the method for driving the liquid crystal display device according to the present invention may actually be a liquid crystal formed by mixing a chiral compound and a non-chiral compound. It may be composed of only one type or a mixture of plural types.
[0068]
Here, as the chiral compound, there are a pyrimidine series, a biphenyl series, a phenylbenzoate series, and the like (however, these ferroelectric liquid crystals may exhibit a chiral nematic phase, a smectic phase, etc. depending on a change in temperature). Non-chiral compounds include biphenyl, terphenyl, tricyclic cyclohexyl, cyclohexyl, biphenylcyclohexane, cyclohexylethane, ester, pyrimidine, pyridazine, ethane, and dioxane.
[0069]
Further, instead of the above-described ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal can also be used. Further, in place of the above-described ferroelectric liquid crystal, nematic liquid crystal that can be applied to the “TN” mode and the “STN” mode can also be used.
[0070]
Also for the constituent members of the liquid crystal element, a transparent glass substrate can be used as the substrate, ITO or aluminum can be used as the electrode layer, and a polyimide film or SiO oblique vapor deposition film that has been rubbed as the liquid crystal alignment film can be used. As the electrode layer, a transparent electrode such as tin oxide or indium oxide can be used in addition to ITO. Various conventionally known materials can be used as constituent materials of the liquid crystal element such as a transparent substrate, a spacer, and a sealing material. Further, when the liquid crystal display element is used as a reflection type, a material having high reflectivity such as aluminum or silver can be used as the reflection film.
[0071]
In addition to the optical modulator, the liquid crystal element described above can be used as an optical shutter, an optical switch, an optical blind, and the like. Further, if an electro-optical element is combined, it can be used as an A / D converter or an optical logic circuit. Can also be applied.
[0072]
(3) Measurement of electro-optical characteristics
A liquid crystal panel is placed under a microscope under crossed Nicols, and an intended drive voltage waveform is applied to the liquid crystal panel using, for example, “arbitrary waveform generator AWG-2021” manufactured by Sony Tecrotonics. Then, the transmitted light intensity in a state corresponding to each drive voltage waveform is detected by a photomultiplier tube. The output of this photomultiplier tube is taken into a control circuit (computer) via, for example, a digital oscilloscope manufactured by Sony Tecrotonics.
[0073]
(4) Measurement of internal DC voltage
For internal DC voltage measurement, for example, using “Arbitrary Waveform Generator BIOMATION Pragmatic 2202A” manufactured by Toyo Technica Co., Ltd., first, the drive voltage waveform output from this waveform generator is used, for example, “High Voltage Sample Hold” The voltage is applied to the liquid crystal panel in the shield box via the amplifier VHR-AMP01 ”.
[0074]
When the control voltage waveform output in synchronization with the waveform generator is turned off, the “high voltage sample and hold amplifier VHR-AMP01” uses the “VG terminal” − “OUT terminal” as an open circuit voltage between the electrodes of the liquid crystal panel. ”Is detected. This detection output is addressed to a control circuit (computer) via an A / D (analog / digital) converter or an oscilloscope.
[0075]
The shield box is placed in a thermostat and can be measured while maintaining an arbitrary temperature (usually 40 ° C.). Immediately before the open circuit operation is performed, when a voltage waveform other than 0 V is applied, electrostatic (electronic) injected charges from the liquid crystal panel may affect the measurement. Therefore, by short-circuiting (0V) between the electrodes for a short time (for example, 100μsec) and removing such components, the internal DC voltage due to ion polarization, which is the original measurement object, is observed later than the relaxation of electrons. can do.
[0076]
The internal DC voltage immediately before short-circuiting in this way cannot be directly measured because of an electrostatic (electronic) injected charge component. Thus, the internal DC voltage value is obtained as shown in FIG. 8 by plotting the change of the voltage between both electrodes after the short circuit with time by plotting the voltage on a log scale and extrapolating the time immediately after the short circuit. be able to. In addition, when an arbitrary voltage waveform is continuously applied and measured, if the internal DC voltage accumulated by applying the voltage is small, the measurement target is induced by spontaneous polarization (hereinafter referred to as Ps). Need to be separated from voltage.
[0077]
Therefore, the result (Va) measured in the normal state is combined with the result (Vb) in the case of applying a reverse polarity voltage waveform of 50 μsec that reverses Ps from the previous state immediately before the short circuit operation, and {(Va + Vb) / 2} is the internal DC voltage value due to the polarization of ions, whereby the voltage component induced by Ps can be removed.
[0078]
Here, in order to unify the initial state in each measurement, the temperature is raised to an isotropic phase in a short-circuited state for 10 minutes immediately before the measurement, and after being held, cooled to room temperature, Results with good reproducibility can be obtained.
[0079]
(5) Transient current measurement
For the transient current measurement, for example, using an “arbitrary waveform generator BIOMATION Pragmatic 2202A” manufactured by Toyo Technica Co., Ltd., the drive voltage waveform output from the waveform generator is first converted into, for example, “Current-voltage conversion amplifier Model 6250” manufactured by the same company. The voltage is applied to the liquid crystal panel in the shield box.
[0080]
The “current-voltage conversion amplifier Model 6250” pauses the current detection operation when the control voltage waveform output in synchronization with the waveform generator is turned on, and performs the current detection operation again when the control voltage waveform is turned off. Resume. By utilizing such characteristics, the on-state of the control voltage waveform is synchronized with the region where the voltage of the drive voltage waveform applied to the liquid crystal panel changes sharply (typically when it changes stepwise) Is 10 μsec before and 50 μsec after, 60 μsec in total), and as a value, a large inrush current (electrostatic (electronic) injection current component) can be removed. Only a small current component can be observed with high accuracy as a value associated with the displacement of the impurity ions to be measured.
[0081]
Further, in the “SSFLC” mode panel, as shown in FIG. 11, a Ps inversion current generated along with the Ps inversion can be observed, and a change in the alignment of the liquid crystal can be observed as a current. In this “SSFLC” mode, the Ps reversal current also takes a relatively large value. Therefore, in order to observe the current associated with the displacement of ions, as shown in FIG. It is necessary to lengthen the area.
[0082]
(6) Waveform shape constituting one bit plane used in the present invention
Next, the shape of the driving voltage waveform of the 1-bit plane for selecting the two states used in the liquid crystal element driving method according to the present invention will be sequentially described as shown in FIGS. FIGS. 13 to 17 show various examples (waveforms A to E) of drive voltage waveforms, taking as an example one bit plane corresponding to 154.3 μsec.
[0083]
[1-bit plane waveform A]
As shown in FIG. 13, the waveform A is a combination of a positive voltage V1 (t1) and 0 V (t2) as a voltage waveform for selecting one of the two states, on and off, and the other state. In this example, the voltage waveform to be selected is a combination of the negative voltage V2 (t1) and 0 V (t2).
[0084]
[1-bit plane waveform B]
As shown in FIG. 14, the waveform B has only a positive voltage V1 as a voltage waveform for selecting one of two states, on and off, and a negative voltage waveform for selecting the other state. This is an example in which only the constant voltage V2 is selected.
[0085]
[1-bit plane waveform C]
As shown in FIG. 15, the waveform C is a combination (t1, t2) of the positive voltages V1, V3, and the other state is selected as a voltage waveform for selecting one of the two states of ON or OFF. This is an example in which the voltage waveform to be used is a combination (t1, t2) of the negative voltage V2, V4.
[0086]
[1-bit plane waveform D]
As shown in FIG. 16, the waveform D is a combination of positive voltage V1, V3 and negative voltage V5 (t1, t2, t3), which is a voltage waveform for selecting one of the two ON or OFF states. In addition, the voltage waveform for selecting the other state is a combination (t1, t2, t3) of the negative voltage V2, V4 and the positive voltage V6, the absolute values or time widths of these voltages are not equal, and within the selection period of one state This is an example of a driving method that effectively generates an internal DC voltage.
[0087]
[1-bit plane waveform E]
As shown in FIG. 17, the waveform E is a combination of positive voltage V1, V3, negative voltage V5 and 0V (t1, t2, t3, t4). ) And the voltage waveform for selecting the other state is a combination (t1, t2, t3, t4) of the negative voltage V2, V4, the positive voltage V6 and 0V, and the absolute value or time width of the positive and negative voltages is This is an example of a driving method in which an internal DC voltage is effectively generated within a selection period of one state.
[0088]
As shown in FIG. 18, the voltage waveform of the 1-bit plane for controlling the internal DC voltage used in the liquid crystal display element driving method according to the present invention has one of two states, on and off. Used when the drive to be selected uses a drive voltage waveform that generates an effective internal DC voltage within the selection period, and controls the magnitude of the internal DC voltage that does not contribute to liquid crystal drive within a certain period of time. A waveform having a reverse polarity for the purpose of (reduction) is inserted. The voltage waveform shown in FIG. 18 is an example of the control voltage waveform of the internal DC voltage in the driving method of the liquid crystal display element according to the present invention, and corresponds to the reverse polarity of the waveform B shown in FIG. .
[0089]
The voltage waveform for controlling the internal DC voltage is not limited to the example shown in FIG. 18, and is a voltage for selecting one of the waveforms A and C to E shown in FIGS. 13, 15 to 17. It is possible to use a voltage waveform that has a waveform shape and exhibits an opposite polarity to an effective internal DC voltage generated within a selection period of one state. In this case, it is only necessary to combine two types of 1-bit plane waveforms through all the waveforms, and the load on the waveform generation circuit and element characteristics can be reduced.
[0090]
In other words, although the load on the waveform generation circuit and the element characteristics increases, in order to more effectively suppress the internal DC voltage, the 1-bit plane waveform of the waveforms A to E shown in FIGS. They can be used in different combinations or in combination.
[0091]
In the present invention, the control voltage waveform of the internal DC voltage constituted by continuing one bit plane or a plurality of bit planes is an effective internal DC voltage generated within one state selection period. Is a DC voltage waveform with a reverse polarity, or in the case of the waveforms A, D, and E shown in FIGS. This is the biggest feature.
[0092]
(7) Example of inserting an internal DC voltage control waveform in the present invention
Even if the voltage waveform of the 1-bit plane is the waveform C to the waveform E shown in FIGS. 15 to 17, it can be regarded as the waveform B shown in FIG. 14 by taking the time average. The internal DC voltage can be controlled by inserting the waveform B and the voltage waveform for controlling the internal DC voltage shown in FIGS. During the application of the control voltage waveform, display is not performed by not irradiating illumination light from an LED or the like.
[0093]
[Drive voltage waveform 1]
In this example, as shown in FIG. 19, a control voltage waveform is inserted into a voltage waveform constituting a 1-bit plane.
[0094]
When the parameters of the waveform E shown in FIG. 17 are V2 = V4, V1 = V3, t1 = t2 = 37.5 μsec, t3 = 112.5 μsec, the internal DC voltage is set to the first 25% in one bit plane. Can be regarded as a waveform having a waveform period for controlling the state, and then a waveform period for selecting one state of the liquid crystal.
[0095]
Here, a waveform in which a waveform period for selecting a liquid crystal state is a positive voltage and a 1-bit plane waveform in which a control voltage waveform period is a negative voltage is a 108-bit plane continuous waveform is a
[0096]
[Drive voltage waveform 2]
In this example, as shown in FIG. 20, one frame is composed of 108 bit planes, and the control voltage waveform of the internal DC voltage is not inserted.
[0097]
[Drive
In this example, as shown in FIGS. 21 and 22, one frame is composed of 108 bit planes, and a rectangular wave of one cycle of 4 bit planes for each 36 bit plane is used as an internal DC voltage control waveform for a total of 12 bit planes. This is an example of insertion. Of these, the polarity of the display waveform period is positive as “driving
[0098]
[Drive
In this example, as shown in (A) to (D) of FIG. 23, one frame is composed of 108 bit planes, and continuous internal DC voltage control waveforms for 6 bit planes are inserted, and the control waveform period This is an example in which the shape (frequency) of the rectangular wave is changed. The control waveform period is about 0.93 msec, and the time ratio of the entire drive voltage waveform is 5.6%.
[0099]
[Drive voltage waveforms 9 to 13]
In this example, as shown in (A) to (E) of FIG. 24, one frame is composed of 108 bit planes, and continuous internal DC voltage control waveforms for 12 bit planes are inserted, and the control waveform period This is an example in which the shape (frequency) of the rectangular wave is changed. The control waveform period is about 1.85 msec, and the time ratio of the entire drive voltage waveform is 11.1%. These “drive voltage waveforms 9 to 13” have the same time ratio as the above-mentioned “
[0100]
[Drive voltage waveforms 14 to 19]
In this example, as shown in (A) to (F) of FIG. 25, one frame is composed of 108 bit planes, continuous DC voltage control waveforms for 24 bit planes are inserted, and the control waveform period This is an example in which the shape (frequency) of the rectangular wave is changed. This control waveform period is about 3.70 msec and occupies the entire drive voltage waveform, but the ratio is 22.2%.
[0101]
[Drive voltage waveforms 20 to 25]
In this example, as shown in (A) to (F) of FIG. 26, one frame is composed of 108 bit planes, and a continuous internal DC voltage control waveform for 36 bit planes is inserted, and the control waveform period This is an example in which the shape (frequency) of the rectangular wave is changed. This control waveform period is about 5.55 msec, and the ratio to the entire drive voltage waveform is 33.3%.
[0102]
[Drive voltage waveforms 26 to 31]
In this example, as shown in (A) to (F) of FIG. 27, one frame is composed of 108 bit planes, and a continuous internal DC voltage control waveform for 48 bit planes is inserted, and the control waveform period This is an example in which the shape (frequency) of the rectangular wave is changed. This control waveform period is about 7.41 msec, and the ratio of the entire control voltage waveform is 44.4%.
[0103]
[Drive voltage waveforms 32 to 36]
In this example, as shown in (A) to (E) of FIG. 28, the display waveform period is a negative voltage in the aforementioned “
[0104]
These drive voltage waveforms are intended to be confirmed because the effect of the control waveform period is expected to differ depending on the polarity of the voltage in the display waveform period.
[0105]
[Drive voltage waveforms 37 to 40]
As in the above-mentioned “
[0106]
For confirmation, during the display waveform period involved in the display, from the case where only the state selected by the application of the positive voltage is applied to the case where the internal DC voltage is not accumulated due to electrical neutralization by the application of the voltage waveform. A case where the ratio between the voltage waveform and the negative voltage waveform is changed will be described.
[0107]
That is, as shown in (A) to (D) of FIG. 29, in the waveform in which one frame is made up of 108 bit planes as in the aforementioned “drive voltage waveform 7”, the control voltage waveform is changed to the 36 bit plane. When the minute (5.55 msec, 33%) is inserted, the voltage waveform used for display is 72 bit planes. In the drive voltage waveforms 37 to 40, the ratio of the positive voltage waveform in the time range in which the voltage waveform period for the 72-bit plane related to the display is allocated is 63/72 (87.5%) and 54/72 (75 %), 45/72 (62.5%), 36/72 (50%), and a rectangular wave is inserted as a control voltage waveform for 36 bit planes.
[0108]
[Drive voltage waveforms 41 and 42]
In this example, as shown in FIGS. 30B and 30C, the rectangular wave voltage values (V3, V4) in the control waveform period of the “
[0109]
In the “driving voltage waveform 41”, | V1 | <| V3 | and | V2 | <| V4 |. In the “driving
[0110]
(8) Regarding the effective DC voltage per unit time of the drive voltage waveform used in the present invention, the symmetry of the positive voltage and the negative voltage of the applied waveform is positive for the above-mentioned “
[0111]
As shown in FIG. 27, these effective DC voltage components per unit time were calculated as shown in [Table 1] and [Table 2] based on the driving voltage shown below.
[0112]
[Table 1]
[0113]
[Table 2]
[0114]
Here, in the “
[0115]
(9) Asymmetry parameter of voltage area intensity per unit time of drive voltage waveform used in the present invention
With respect to the “
[0116]
Further, the asymmetry parameter R ′ of the area intensity only for the control waveform period can be calculated in the same manner. This R ′ value is obtained in the case of “driving
[0117]
【Example】
As an example, the liquid crystal material is “CS-1031” and the alignment film is “AL1051”, the liquid crystal material is “CS-1025” and the alignment film is “AL1051”, and the liquid crystal material is “CS-1028” and the alignment film is Three types of liquid crystal panels of “SiO obliquely deposited film” were prepared, and for each of these liquid crystal panels, “drive voltage waveforms 1 to 31” (display selection waveform V1 = + 7 V, internal DC control waveform V1 / V2 = + 7 V / −5V), “drive voltage waveforms 32 to 36” (display selection waveform V2 = −5V, internal DC control waveform V1 / V2 = + 7V / −5V), “drive voltage waveforms 37 to 40” (display selection waveform V1 / V2) = + 7V / -5V, internal DC control waveform V1 / V2 = + 7V / -5V) and "drive voltage waveform 41 to 42" (display selection waveform V1 = + 7V, internal DC control waveform V3 / V4 = + 9V) -9 V, by applying the + 3V / -3 V), as shown in Table 1 and Table 2, to define the "Examples 1 to 140", were measured for the internal DC voltage.
[0118]
The internal DC voltage value (accumulated amount of internal DC voltage) after applying the drive voltage waveform for 24 hours at 40 ° C. is as shown in [Table 1].
[0119]
As is clear from these [Table 1] and [Table 2], when “AL1051” is used as the alignment film, the amount of internal DC voltage accumulated depending on the type of drive voltage waveform is not dependent on the liquid crystal material. Similar profiles are shown.
[0120]
When the “driving
[0121]
When the display selection waveform period is a positive voltage waveform and an internal DC voltage control waveform is inserted, an internal DC voltage control waveform period of about 5.6% of the entire
[0122]
“
[0123]
In addition, even if the display selection waveform period is a waveform having a negative voltage as in “
[0124]
In the “
[0125]
In “
[0126]
Next, the “drive voltage waveform 41” having a large value and the “drive voltage waveform” having a small value are compared with the “
[0127]
When SiO is used as the alignment film, as shown in [Table 1] and [Table 2], the internal DC voltage value is remarkably increased as compared with the case where the PI-based alignment film is used. ing. In particular, in the case where the internal DC voltage control period is not inserted and the case where the insertion period is short, the internal DC voltage is accumulated up to the effective DC voltage of the applied drive voltage waveform.
[0128]
Such a difference between the PI-based alignment film and the SiO oblique deposition film is that even if the liquid crystal material is the same, the amount of ions in the panel after being configured as a liquid crystal panel is greater in the latter than in the former. It is caused by more than one digit.
[0129]
Then, as the ratio of inserting the internal DC voltage control period in the drive voltage waveform is increased, the accumulated amount of the internal DC voltage is suppressed. In particular, if the internal DC voltage control period is 12 bit planes or more, that is, 11.1% of the entire drive voltage waveform, it can be suppressed to about 1/3 of the case where no insertion is made at all. If it is 33.3% of the entire driving voltage waveform, the internal DC voltage hardly accumulates.
[0130]
Next, as shown in FIG. 31, the accumulation state of the internal DC voltage value according to the application time of the drive voltage waveform at a temperature of 40 ° C. will be considered. FIG. 31 shows a cell with each specification using “CS-1031” as the liquid crystal material of the example and “AL1051” as the alignment film material, and “drive
[0131]
The internal DC voltage is accumulated with the application time of the desired drive voltage waveform, but the tendency of the internal DC voltage accumulation to be suppressed does not change as the time ratio of the internal DC voltage control waveform period increases. Here, in the “driving
[0132]
In the “driving
[0133]
Next, as shown in FIG. 32, the result of the ionic current behavior at the time of applying the drive voltage waveform at a temperature of 40 ° C. will be considered. FIG. 32 shows an example in which a liquid crystal cell using “CS-1031” as the liquid crystal material and “AL1051” as the alignment film material is initialized by the heating short circuit process, and then the “
[0134]
Further, as shown in FIG. 33, when a rectangular wave of a single frequency is inserted as shown in [Table 3] below according to the time width of the control voltage waveform period, the positive voltage and the negative voltage in the unit waveform are shown. A deviation ΔQ from the symmetry of the amount of current (charge amount) that flows depending on the voltage is calculated, and the result is shown in FIG.
[0135]
[Table 3]
[0136]
As is clear from FIG. 34, it is considered that the deviation ΔQ from the symmetry of the charge amount in the repetitive waveform is accumulated over the voltage application time, causing the accumulation of the internal DC voltage. This can be verified from the fact that the result of the internal DC voltage after 24 hours is smaller when ΔQ is smaller. Compared with the case where rectangular waves having the same cycle number are inserted in each control voltage waveform period, the longer the time width of the control voltage waveform period, the smaller the deviation ΔQ from the symmetry of the charge amount. When the control voltage waveform period is short, ΔQ increases as the number of periods of the inserted rectangular wave increases. On the other hand, when the control voltage waveform period is long, ΔQ changes so as to have a minimum point as the number of periods of the inserted rectangular wave increases. In view of these, the following can be understood.
[0137]
That is, as the number of periods of the rectangular wave inserted in the control voltage waveform period is larger, ΔQ is smaller, and accumulation of internal DC voltage can be suppressed. However, a half-cycle time width of the rectangular wave to be inserted is 0.4 msec or more, more preferably 0.9 msec or more. Inserting as many cycles as possible reduces ΔQ and reduces the internal DC voltage. Can also be suppressed.
[0138]
From the examples and results described above, in the present invention, driving to select one of the two states of ON or OFF is performed by a voltage signal that generates an effective internal DC voltage within the selection period, and Accumulation of internal DC voltage is significantly suppressed by inserting an AC waveform that controls (reduces) the magnitude of the internal DC voltage, for example, a rectangular wave, which does not actually contribute to liquid crystal drive within a certain period of time. Can do.
[0139]
At this time, even if the time width for applying the rectangular wave is increased, the electrical neutrality in the repetitive waveform cannot be ensured, but by inserting it within a relatively short range, the inside formed by impurity ions It was possible to find a driving condition that can extremely effectively suppress the generation of a DC voltage, prevent display abnormality, and ensure display reliability over a long period of time.
[0140]
By increasing the time ratio of the internal DC voltage control period to the entire drive voltage waveform as much as possible, accumulation of internal DC voltage can be suppressed. However, if the time ratio of the internal DC voltage control period is 50%, the voltage waveform period for selecting one of the two states and the voltage waveform period for controlling the internal DC voltage are 1: 1. The so-called “bipolar type” waveform having a ratio of 50% / 50% of the waveform shown in FIG. 19 which is a conventional drive voltage waveform without introducing an AC waveform control period not related to display. Can be replaced. In addition, if the time ratio of the internal DC voltage control period is increased, the bit plane time must be shortened, and the display characteristics such as luminance and gradation are deteriorated.
[0141]
In these contradictory results, the internal DC voltage control period is set to one field unit time as a waveform condition for controlling (reducing) the magnitude of the internal DC voltage without deteriorating display characteristics such as luminance and gradation. It is desirable that the content be 5% or more and less than 50%, more preferably 10% or more and 35% or less, so that both conditions can be optimized. Furthermore, an AC waveform represented by a rectangular wave inserted for controlling the internal DC voltage has a 1/2 cycle time width of 0.4 msec or more, more preferably 0.9 msec or more, within the allocated time. Therefore, it is desirable to insert as many cycles as possible. In addition, the rectangular wave to be inserted is not limited to a single frequency, and may be a combination of waveforms of a plurality of frequencies. Is desirable.
[0142]
At this time, the electrical neutrality of the control voltage waveform for controlling the internal DC voltage (the asymmetry parameter R ′ = 0 in the control voltage waveform period) is not necessarily required, and an offset voltage is applied as shown in the embodiment. Such a rectangular wave may be used as long as | R ′ | ≦ 0.5. Further, when comparing the “drive voltage waveform 41” and the “
[0143]
The polarity of the internal DC voltage control waveform inserted into this drive voltage waveform can always be inserted regardless of the positive / negative voltage signal output during the display waveform period. The logic circuit can be simplified.
[0144]
However, when the insertion period of the internal DC voltage control waveform is shortened as much as possible, a waveform in which the electrical neutrality of the internal DC voltage control period is not taken, such as “
[0145]
As described above, the present invention effectively reduces the internal DC voltage by inserting the control voltage waveform period within a certain period while the display voltage waveform period effectively generates the internal DC voltage. It is about making it. That is, the phenomenon caused by internal DC voltage such as the polarization of ions in the liquid crystal panel during the display voltage waveform period and the adsorption to the alignment film can be efficiently relaxed and desorbed by the rectangular wave during the control voltage waveform period. Aimed. In particular, the above-mentioned AC waveform is required to suppress adsorption and desorption of ionic species that are slow to relax and that occur over a long period of time as internal DC voltage and that can cause a fatal impact on display characteristics. It is essential to be based on the above-mentioned conditions.
[0146]
From the examples described above, according to the present invention, a liquid crystal display element capable of displaying high definition, high contrast, in-pixel gradation, and having characteristics such as high reliability, low power consumption, thin and light weight is realized. be able to. In addition, the manufacturing process is shortened, the productivity is improved and the cost is reduced, the liquid crystal element can be manufactured at a low cost and has good display characteristics, and the projection display that is an application thereof is provided. Can do.
[0147]
The embodiments of the present invention described above can be further modified based on the technical idea of the present invention. For example, the drive conditions including the drive voltage waveform described above may be changed in various ways within a range in which the object of the present invention can be achieved. In the above-described embodiments, either one of the two states of reflection and non-reflection of incident light or the two states of transmission and non-transmission of incident light is selected. In addition, it is driven so as to select one of two states, substantially on and off, such as either the polarization or non-polarization state of incident light or the rotation or non-rotation state of incident light. It is good as well.
[0148]
【The invention's effect】
As described above, in the method for driving a liquid crystal display element according to the present invention, the first substrate provided with the first electrode and the second substrate provided with the second electrode are the first substrate. In driving a liquid crystal display element that is arranged with a predetermined interval between the electrodes and the side on which the second electrode is provided, with the liquid crystal sealed between these substrates, the first Depending on the voltage signal applied between the second electrode and the second electrode, the incident light is reflected and non-reflected, the incident light is transmitted and non-transmitted, or the incident light is polarized and unpolarized. Alternatively, a driving method for a liquid crystal display element that displays an image by switching between an optical rotation state and a non-optical rotation state of incident light, that is, an ON state or an OFF state, for example, a liquid crystal light modulation display element, a liquid crystal light modulator, etc. In a certain time, Alternatively, within a plurality of frame periods, or within one frame period, a drive voltage waveform consisting of a display signal period and a control signal period not involved in display is used, and a voltage signal applied to the control signal period is The positive and negative voltage signals change alternately, continuously or discontinuously within the allotted time, or positive and negative alternating voltage signals including a voltage signal range of 0 V in the middle. Therefore, the generation of internal DC voltage can be extremely effectively suppressed.
That is, the present invention can provide a driving method of a liquid crystal display element that is simple and prevents deterioration of display image quality due to impurity ions while ensuring a sufficient bit plane time. It is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of liquid crystal molecules in a ferroelectric liquid crystal display element to which a liquid crystal display element driving method according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between applied voltage and transmittance in the liquid crystal display element.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration of the liquid crystal display element.
FIG. 4 is a perspective view showing a reflective operation state of the liquid crystal display element.
FIG. 5 is a perspective view showing a transmissive operation state of the liquid crystal display element.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the bit plane and the light intensity within one frame time in the liquid crystal display element.
FIG. 7 is a time chart showing the relationship between voltage application and transmittance (reflectance) in each bit plane in the liquid crystal display element.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the open circuit monitoring time after a short circuit operation and the open circuit voltage when an asymmetric drive voltage waveform is applied to the liquid crystal display element.
FIG. 9 is a graph showing a relationship between an open circuit voltage and an open circuit monitoring time after a short circuit operation for calculating an internal DC voltage value in the liquid crystal display element.
FIG. 10 is a graph showing a relationship between an open circuit monitoring time and an open circuit voltage after a short circuit operation under various conditions in the liquid crystal display element.
FIG. 11 is a graph showing a Ps reversal current associated with Ps (spontaneous polarization) reversal in the “SSFLC” mode panel.
12 is a graph showing a Ps reversal current associated with Ps (spontaneous polarization) reversal in the “SSFLC” mode panel, in which the observation time is longer than that in FIG.
FIG. 13 is a time chart showing an example (waveform A) of a bit plane waveform in the liquid crystal display element.
FIG. 14 is a time chart showing an example (waveform B) of a bit plane waveform in the liquid crystal display element.
FIG. 15 is a time chart showing an example (waveform C) of a bit plane waveform in the liquid crystal display element.
FIG. 16 is a time chart showing an example (waveform D) of a bit plane waveform in the liquid crystal display element.
FIG. 17 is a time chart showing an example (waveform E) of a bit plane waveform in the liquid crystal display element.
FIG. 18 is a time chart showing an internal DC voltage control waveform in the liquid crystal display element.
FIG. 19 is a “
FIG. 20 is a time chart showing a “driving
FIG. 21 shows that one frame used in the liquid crystal display element is composed of 108 bit planes, and an internal DC voltage control waveform of the internal DC voltage of a total of 12 bit planes is inserted for every 36 bit planes. It is a time chart which shows a
FIG. 22 shows that one frame used in the liquid crystal display element is composed of 108-bit planes, and an internal DC voltage control waveform of the internal DC voltage of a total of 12-bit planes is inserted for every 36-bit planes. It is a time chart which shows the
FIG. 23 is a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of 108 bit planes, and the number of bit planes of an internal DC voltage control waveform to be inserted is 6 bit planes, and one cycle (in the figure) (A)), 1.5 cycles (in the figure (B)), 2 periods (in the figure (C)), 3 times (in the figure (D)) "
FIG. 24 is a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of a 108-bit plane, and an internal DC voltage control waveform to be inserted is a 12-bit plane in one cycle ((A) in the figure). , 1.5 periods ((B) in the figure), 2 periods ((C) in the figure), 3 periods ((D) in the figure), and 6 periods ((E) in the figure) “drive voltage waveform 9 to 13 "is a time chart.
FIG. 25 is a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of a 108-bit plane, and an internal DC voltage control waveform to be inserted is a 24-bit plane having one cycle ((A) in the figure). , 1.5 periods ((B) in the figure), 2 periods ((C) in the figure), 2 periods ((D) in the figure), 6 periods ((E) in the figure), 12 periods (in the figure (F) 19 is a time chart showing “driving
FIG. 26 is a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of a 108-bit plane, and an internal DC voltage control waveform to be inserted is a 36-bit plane, and one cycle ((A) in the figure) , 1.5 periods ((B) in the figure), 2 periods ((C) in the figure), 2 periods ((D) in the figure), 2 periods ((E) in the figure), 3 periods (in the figure (F) It is a time chart showing “driving
FIG. 27 shows a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of a 108-bit plane, and an internal DC voltage control waveform to be inserted is a 48-bit plane in one cycle ((A) in the figure). , 1.5 periods ((B) in the figure), 2 periods ((C) in the figure), 2 periods ((D) in the figure), 2 periods ((E) in the figure), 4 periods (in the figure (F) 3) is a time chart showing “driving
FIG. 28 is a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of 108 bit planes, and the internal DC voltage control waveform to be inserted is a rectangular wave of 1.5 periods each, (A)), 12-bit plane (B), 24-bit plane (C), 36-bit plane (D), 48-bit plane (E) 6 is a time chart showing “driving
FIG. 29 is a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of a 108-bit plane, and an internal DC voltage control waveform that is a rectangular wave of two cycles for 36-bit plane is inserted, and the display voltage waveform The negative polarity part of the section is 9-bit plane ((A) in the figure), 18-bit plane ((B) in the figure), 27-bit plane ((C) in the figure), 36-bit plane ((D) in the figure). 4 is a time chart showing “driving voltage waveforms 37 to 40”.
FIG. 30 is a waveform in which one frame used in the liquid crystal display element is composed of a 108-bit plane, and an internal DC voltage control waveform that is a rectangular wave of two cycles for 36-bit planes is inserted, When the voltage value (absolute value) of the control waveform is equal to the voltage value of the display voltage waveform ((A) in the figure), or when the voltage value (absolute value) of the internal DC voltage control waveform is greater than the voltage value of the display voltage waveform ((B) in the figure) shows “
FIG. 31 is a graph showing the amount of internal DC voltage accumulated over time when “driving
32 shows the results for Example 11 ((A) in the figure), Example 18 ((B) in the figure), Example 25 ((C) in the figure), and Example 48 ((D) in the figure). It is a graph which shows the relationship between elapsed time and an electric current.
FIG. 33 shows the amount of current (charge) that flows due to a positive voltage and a negative voltage in a unit waveform when a rectangular wave having a single frequency is inserted according to the time width of the control voltage waveform period in the liquid crystal display element. It is a graph showing a deviation ΔQ from the symmetry of (quantity).
FIG. 34 shows the number of insertion periods and the amount of internal DC voltage stored when the internal DC voltage control waveform is a 6-bit plane, 12-bit plane, 24-bit plane, 36-bit plane, or 48-bit plane in the liquid crystal display device. It is a graph which shows the relationship.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Glass substrate, 1b ITO, 1c, 2c Liquid crystal aligning film, 2a Circuit board, 2b Aluminum, 3 Spacer, 4 Ferroelectric liquid crystal, 11 Ferroelectric liquid crystal modulation type display element
Claims (23)
一定時間内に含まれる表示に関与する表示信号期間と、上記表示信号期間に上記第1の電極と上記第2の電極との間に印加された電圧信号の振幅よりも大きな振幅を有し、正極性及び負極性が時間に応じて変化する電圧信号を含み、表示には関与しない制御信号期間とからなる駆動電圧波形を有する電圧信号を、上記第1の電極と上記第2の電極との間に、上記制御信号期間の駆動電圧波形全体に対する時間比率が5%以上50%未満となるように印加することによって、液晶表示素子内部に発生する内部直流電圧を抑制する電圧印加ステップを含む液晶表示素子の駆動方法。The first electrode is formed on the first surface, and the second electrode is formed on the second surface opposite to the first surface so as to face the first electrode . a second substrate, a method of driving a liquid crystal display device for driving a liquid crystal display element having a liquid crystal layer provided between the first and second surfaces,
A display signal period involved in display included within a certain time, and an amplitude larger than the amplitude of the voltage signal applied between the first electrode and the second electrode in the display signal period; A voltage signal having a drive voltage waveform including a control signal period in which the positive polarity and the negative polarity change according to time and including a control signal period not involved in display is generated between the first electrode and the second electrode. In the meantime, a liquid crystal including a voltage application step for suppressing an internal DC voltage generated inside the liquid crystal display element by applying the control signal period so that a time ratio with respect to the entire drive voltage waveform is 5% or more and less than 50%. A display element driving method.
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