(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、
表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、
上記内部直流電圧緩和波形は、
正極性及び負極性の電圧信号が、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の電圧信号期間を含む正負交互の電圧信号である液晶表示素子の駆動方法。
【請求項２】
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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、
表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、
上記内部直流電圧緩和波形は、
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波形であって、矩形波、台形波、正弦波、余弦波、三角波、または、階段波のいずれかを少なくとも１周期以上含む電圧波形である液晶表示素子の駆動方法。
【請求項３】
上記内部直流電圧緩和波形は、
矩形波、台形波、正弦波、余弦波、三角波、または、階段波のうちの一の波形であって周波数の異なる波形を組み合わせた電圧信号、あるいは、これら波形のうちの複数の波形を組み合わせた電圧信号である請求項２記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項４】
上記内部直流電圧緩和波形は、
周波数が０．５ｋＨｚ乃至５ｋＨｚの電圧波形である請求項２記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項５】
上記内部直流電圧緩和波形は、
振幅が表示電圧波形の振幅以上である請求項２記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項６】
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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、
表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、
上記内部直流電圧緩和波形を印加する際には、液晶の温度を、画像表示時よりも高く、液晶素子の分解が始まる温度よりも低い温度とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項７】
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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、
表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、
表示信号期間において、入射光の状態を選択する期間の駆動電圧波形は、正極性電圧信号、負極性電圧信号及び０Ｖ信号のいずれかの組合せであって、かつ、それらの電圧の絶対値、または、信号幅が異なり、印加電圧波形として正極性と負極性との電荷が不均衡となっている非対称性を有する波形である液晶表示素子の駆動方法。
【請求項８】
入射光の状態の選択が、オンとオフとの２つの状態のいずれかの選択であって、液晶の応答時間に比べて十分に長い時間オンまたはオフの二状態のうちの一方の状態を保持する場合においては、電圧信号を印加後、所望の透過率、または、反射率が保持されている間に、次の選択信号を印加する請求項１乃至７の何れか１項に記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項９】
液晶は、
強誘電性液晶、または、反強誘電性液晶からなる請求項１乃至７の何れか１項に記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項１０】
液晶表示素子は、
シリコーンバックプレーン及び強誘電性液晶からなる反射型液晶表示素子である請求項１乃至７の何れか１項に記載の液晶表示素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【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及び特願平７−２１２６８６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、内部直流電圧の発生を効果的に抑制して、素子の長寿命化及び表示信頼性の向上を図ることができる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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、内部直流電圧緩和波形は、正極性及び負極性の電圧信号が、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の電圧信号期間を含む正負交互の電圧信号であるようにすることにより、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ものである。
また、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法は、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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、内部直流電圧緩和波形は、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波形であって、矩形波、台形波、正弦波、余弦波、三角波、または、階段波のいずれかを少なくとも１周期以上含む電圧波形であるようにすることにより、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ものである。
更に、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法は、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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、内部直流電圧緩和波形を印加する際には、液晶の温度を、画像表示時よりも高く、液晶素子の分解が始まる温度よりも低い温度とすることにより、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ものである。
また、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法は、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を切替えることにより、画像表示を行う液晶表示素子の駆動方法において、表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加し、表示信号期間において、入射光の状態を選択する期間の駆動電圧波形は、正極性電圧信号、負極性電圧信号及び０Ｖ信号のいずれかの組合せであって、かつ、それらの電圧の絶対値、または、信号幅が異なり、印加電圧波形として正極性と負極性との電荷が不均衡となっている非対称性を有する波形であるようにすることにより、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、液晶素子の状態として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】
また、画像表示を行っているときには、画面内の各画素によって異なった表示がなされるために、画素ごとに内部直流電圧の蓄積量及び極性は異なる。ここで、表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後に液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に印加する内部直流電圧緩和波形として、交流波形、または、第１及び第２の電極を短絡させることにより生ずる波形を用いることは、画素ごとの内部直流電圧を検知してこの検知結果に応じた波形を作り出すような複雑な回路を構築し使用する必要をなくし、全画素について同一の内部直流電圧緩和波形を印加することとしても著しい効果が得られるようにすることができる。
【００４５】
【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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
〔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。
【００４９】
（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
【００５０】
〔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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
〔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。
【００５４】
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。
【００５５】
〔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。
【００５６】
〔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。
【００５７】
〔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。
【００５８】
〔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。
【００５９】
（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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
（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。
【００６５】
（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。
【００６６】
「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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
（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。
【００７２】
「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。
【００７３】
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。
【００７４】
（６）内部直流電圧緩和波形
本発明においては、液晶表示素子の駆動電源を遮断する直前に、内部直流電圧緩和波形を印加する。この内部直流電圧緩和波形としては、交流型電圧波形として、矩形波、三角波、台形波、正弦波、または、余弦波、パルス波などの波形を用いることが可能である。
【００７５】
ただし、同一の周波数及び振幅で比較した場合には、矩形波を用いた場合が、単位時間平均では最も大きな電界をパネルに印加できるため、分極したイオンの緩和をより促進させることができる。したがって、以下の実施例では、矩形波を用いた場合を例として説明することとする。
【００７６】
また、矩形波は、単一の周波数のものだけでなく、複数の異なる周波数の矩形波を組み合わせることも可能である。さらに、矩形波は、オフセット電圧が０Ｖである正負電圧が対称である波形が最も好ましいが、完全に対称波形である必要がなく、振幅に対するオフセット電圧の比Ｒ（Voff／Vappl）が所定の範囲内であれば、充分な効果を得ることができる。
【００７７】
【実施例】
実施例として、４０°Ｃにおいて、１時間に亘り、５Ｖの直流を印加した後に、内部直流電圧緩和波形の印加により内部直流電圧が減衰する状態を示す。
【００７８】
〔実施例１乃至１４〕
配向膜を「ＡＬ１０５１配向膜」、または、「ＳｉＯ斜方蒸着膜」とし、液晶材料として「ＣＳ−１０３１」を用い、１／２周期が１５０μsec、１．５ｍsec、１５ｍsec、１５０ｍsecで、オフセットが０Ｖの矩形波を内部直流電圧緩和波形として印加した場合と、電圧無印加状態（開回路状態）とした場合の内部直流電圧が減衰する状態を示す。
【００７９】
すなわち、上述の配向膜及び液晶材料を用いた液晶パネルにおいて、４０°Ｃ１時間に亘り、５Ｖの直流を印加した後、以下の〔表１〕に示す所定の内部直流電圧緩和波形を印加することによる内部直流電圧の減衰挙動を、図１３及び図１４に示す。また、５Ｖの直流を印加する前に、１／２周期が１．５ｍsec、１５ｍsec、１５０ｍsecの矩形波電圧を印加したときのイオン電流の結果を、図１８及び図１９に示す。
【００８０】
【表１】
0004524870.tif 000002
【００８１】
ここで、実施例７及び実施例１４として示した内部直流電圧緩和波形は、それぞれ、１／２周期が１５０ｍsecの矩形波を全印加時間の６分の２に亘って印加したのち、１／２周期が１５ｍsecの矩形波、１／２周期が１．５ｍsecの矩形波、１／２周期が１５０μsecの矩形波、０Ｖの直流を、全印加時間の６分の１ずつ、周期の長い方から順に印加するものであり、異なる周波数の矩形波と０Ｖの直流とを組合せたものである。
【００８２】
配向膜が「ＡＬ１０５１配向膜」である場合には、図１３及び図１４に示すように、５Ｖの直流を１時間に亘って印加したことによって蓄積される内部直流電圧は、０．７Ｖ程度であるのに対して、配向膜が「ＳｉＯ斜方蒸着膜」である場合には、同条件下での内部直流電圧は、５Ｖ程度までに達し、略々印加した電圧に相当する内部直流電圧が蓄積されている。
【００８３】
このような、配向膜の材料の違いによる内部直流電圧の蓄積量の差として、図１８及び図１９に示すイオン電流量でわかるように、「ＳｉＯ斜方蒸着膜」の場合の方が、内在するイオン量が多いことに起因する。
【００８４】
実施例１乃至１４のすべてにおいて、１時間に亘る５Ｖの直流の印加によって蓄積された内部直流電圧は、内部直流電圧緩和波形を印加することにより、時間の経過とともに減少する。
【００８５】
また、「ＡＬ１０５１」と「ＳｉＯ斜方蒸着膜」とでは、「ＳｉＯ斜方蒸着膜」の場合の方が、内部直流電圧の減衰が速いが、これは、イオン量が多いことに起因するものである。
【００８６】
実施例１及び実施例８のように、５Ｖの直流を１時間に亘って印加した後に、内部直流電圧緩和波形の印加処理を行わない開回路状態のものでは、内部直流電圧の減衰は非常に小さく、１０００秒後でも、初期状態の６０％乃至８０％の内部直流電圧が保持されている。
【００８７】
実施例２及び実施例９のように、０Ｖの直流を印加したもよりも、実施例３及び実施例１０のように、１／２周期が１５０μsecの矩形波を印加した方が、若干ながら、内部直流電圧の減衰が速い。
【００８８】
そして、矩形波の周期（１／２周期）を、１５０μsec、１．５ｍsec、１５ｍsec、１５０ｍsecと、順次長くするにしたがって、印加後１sec乃至１０sec間の内部直流電圧は、小さくなってゆく。しかしながら、印加時間を、さらに１０sec乃至１０００secと長くするにしたがって、矩形波の１／２周期が１５０ｍsecのものよりも１５ｍsecの方が内部直流電圧は小さくなる。
【００８９】
実施例７及び実施例１４のように、５Ｖの直流を１時間に亘って印加した後に、それぞれ、１／２周期が１５０ｍsecの矩形波を全印加時間の６分の２に亘って印加したのち、１／２周期が１５ｍsecの矩形波、１／２周期が１．５ｍsecの矩形波、１／２周期が１５０μsecの矩形波、０Ｖの直流を全印加時間の６分の１ずつ、周期の長い方から順に印加した場合が、内部直流電圧の減衰は最も速い。
【００９０】
内部直流電圧の発生原因として、相対向する電極間で、不純物イオンが変位することによって生じる分極によるものと、さらに、その分極が進み、配向膜と不純物イオンが吸着するまでに発展したものとが考えられる。単に分極したものと吸着したものとでは、吸着したものの方が、緩和するためのエネルギーが大きいため、緩和は遅くなる。
【００９１】
上述の実施例で、内部直流電圧緩和波形の印加後、１sec乃至１０secの間の内部直流電圧が、大きいほうから順に、「開回路状態、０Ｖの直流、１／２周期が１５０μsecの矩形波、１／２周期が１．５ｍsecの矩形波、１／２周期が１５ｍsecの矩形波、１／２周期が１５０ｍsecの矩形波」となるは、分極及び吸着したイオンを逆電極側に動かすには、逆極性電圧及びある程度の保持時間が必要であることを裏付けるものである。
【００９２】
しかしながら、印加時間をさらに１０sec乃至１０００secと長くするにしたがって、１／２周期が１５０ｍsecの矩形波よりも１／２周期が１５ｍsecの矩形波のほうが内部直流電圧は小さくなることからも、矩形波の場合には、初期に５Ｖの直流で分極した同じ極性の電圧も交互に印加されるため、１／２周期が長くなりすぎると十分な効果が得られなくなる。
【００９３】
このように吸着等してしまったものは緩和が遅く、実際の液晶パネルにおいては、致命的な欠陥を招く。したがって、このように吸着等してしまったイオンを効率的に緩和させる手法として、実施例７及び実施例１４で示したように、始めは１／２周期が１５０ｍsecの矩形波（比較的遅い矩形波）で十分に吸着したイオンを脱着させ、悪影響を及ぼす前に、徐々に印加する矩形波の１／２周期を短くしていくことがより好ましい。すなわち、始めに吸着したイオンを緩和させることが必要であることから、矩形波の周期（１／２周期）を、徐々に長くしていく手法は、得られる効果は小さい。
【００９４】
また、液晶パネルにおける画像表示を終了し、内部直流電圧緩和波形を印加して、内部直流電圧を効率的に減衰させた後、液晶パネルの電極間電位を０Ｖ、すなわち、液晶パネルの電極間を短絡状態とすることによって、たとえ内部直流電圧緩和波形が印加されなくとも、開回路状態よりは顕著に内部直流電圧を減衰させることができる。
【００９５】
さらには、パネルの各画素ごとに敷設されてた補助容量部に、それぞれ内部直流電圧の逆極性分だけの電荷を充電させ、それを互いの電圧を打ち消すように配置できるようなデバイス構造にすることにより、顕著に内部直流電圧を減衰させることができる。
【００９６】
〔実施例１５、１６〕
この実施例では、配向膜を「ＡＬ１０５１配向膜」とし、液晶材料として「ＣＳ−１０３１」を用い、１／２周期が１．５ｍsecの矩形波を内部直流電圧緩和波形として印加した場合の内部直流電圧が減衰する状態を示す。
【００９７】
この実施例では、〔表２〕に示すように、４０°Ｃで１時間に亘って５Ｖの直流を印加した後に、開回路状態で、液晶パネルの温度を２０°Ｃ及び６０°Ｃに変化させ、図１５に示すように、１０sec後から、１／２周期が１．５ｍsecの矩形波を印加することによる内部直流電圧の減衰する状態を示す。なお、この図１５では、４０°Ｃにおける実施例４の結果も付記している。
【００９８】
【表２】
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【００９９】
図１５から明らかなように、５Ｖの直流を１時間印加し内部直流電圧の蓄積がなされた温度（４０°Ｃ）よりも、その後の温度が高い場合（６０°Ｃ）には、内部直流電圧の減衰は速く、逆に、低い場合（２０°Ｃ）には、減衰は遅くなる。これらは、温度を高くすることによって、吸着したイオンの脱着速度が速まる効果と、電極間のイオンの移動速度が速まる効果によるものと考えられる。
【０１００】
これらから、液晶パネルを実際に画像表示のために駆動していたときの温度よりも、その後に温度を高くすることができるようなデバイス構造とすることにより、内部直流電圧を、より効果的に減衰させることができる。
【０１０１】
〔実施例１７〜２１〕
この実施例では、配向膜を「ＡＬ１０５１配向膜」とし、液晶材料として「ＣＳ−１０３１」を用い、１／２周期が１．５ｍsecで振幅及びオフセット電圧を変えた矩形波を内部直流電圧緩和波形として印加した場合の内部直流電圧が減衰する状態を示す。
【０１０２】
この実施例では、〔表３〕に示すように、４０°Ｃで１時間に亘って５Ｖの直流を印加した後に、図１６及び図１７に示すように、１／２周期が１．５ｍsecで振幅及びオフセット電圧が異なる矩形波を印加することによる内部直流電圧の減衰する状態を示す。なお、これら図１６及び図１７では、振幅電圧５Ｖ、オフセット電圧０Ｖにおける実施例４の結果も付記している。
【０１０３】
【表３】
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【０１０４】
図１６及び図１７から明らかなように、内部直流電圧緩和波形として挿入する矩形波の振幅が大きい方が、内部直流電圧をより効果的に減衰させることができる。これは吸着したイオンの脱着速度を速める効果と、電極間のイオンの移動速度を速める効果によるものと考えられる。
【０１０５】
挿入する矩形波のオフセット電圧は、０Ｖである方が好ましいものの、必ずしも０Ｖである必要はなく、ある程度オフセット電圧が相乗されているようなものであっても、内部直流電圧を減衰させる効果が見られる。逆に、実施例２１のように、初期に１時間、５Ｖの直流を印加したものに対して、−１．０Ｖの逆極性のオフセット電圧を相乗したものでは、当然のことながら緩和は速くなる。
【０１０６】
これらから、液晶パネルを実際に画像表示のために駆動していた電圧信号の振幅よりも、内部直流電圧緩和波形の振幅を大きくすることができるような駆動回路構成にすることによって、内部直流電圧をより効果的に減衰させることができる。その場合の内部直流電圧緩和波形のオフセットも、正確に０Ｖでなくとも、ある程度の誤差ならば許される。
【０１０７】
上述したように、本発明は、表示波形期間における駆動電圧波形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駆動後、液晶パネルの駆動電源を遮断する直前に、交流波形及び０Ｖ直流を挿入し、また、駆動電源が遮断された後に、液晶パネルの電極間を短絡状態とすることで、蓄積された内部直流電圧を効率的に緩和させる。したがって、本発明においては、次回に駆動電源を投入し、画像表示のために駆動させる際に、前回の駆動時の影響が低減され、かつ、液晶表示素子の長寿命化及び表示信頼性の向上を図ることができる。すなわち、本発明は、表示波形期間における液晶パネル中のイオンの分極、または、配向膜への吸着などの内部直流電圧に起因する現象を、交流波形ならびに０Ｖの直流によって、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、画像表示特性に致命的な打撃を与えるイオン種を配向膜から脱着させるうえでは、内部直流電圧緩和波形として上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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
【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、表示電圧波形によって液晶表示素子を駆動させた後、この液晶表示素子の駆動電源を遮断するにあたって、該駆動電源が遮断される直前及び該駆動電源が遮断された後に、画像表示に関与しない内部直流電圧緩和波形を印加することにより、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ものである。
【０１１１】
すなわち、本発明は、内部直流電圧の発生を効果的に抑制して、素子の長寿命化及び表示信頼性の向上を図ることができる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】本発明の実施例１乃至実施例７における液晶パネルの内部直流電圧の時間経過に伴う減衰の状態を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例８乃至実施例１４における液晶パネルの内部直流電圧の時間経過に伴う減衰の状態を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例１５及び実施例１６における液晶パネルの内部直流電圧の時間経過に伴う減衰の状態を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例１７及び実施例１８における液晶パネルの内部直流電圧の時間経過に伴う減衰の状態を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例１９乃至実施例２１における液晶パネルの内部直流電圧の時間経過に伴う減衰の状態を示すグラフである。
【図１８】上記実施例１乃至実施例７において、直流を印加する前に、矩形波電圧を印加したときのイオン電流の結果を示すグラフである。
【図１９】上記実施例８乃至実施例１４において、直流を印加する前に、矩形波電圧を印加したときのイオン電流の結果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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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