JP2004533647A - 液晶装置 - Google Patents

Abstract

液晶材料（２）が印加電界のない場合にも持続する二つ以上の安定型液晶構造のうちの一つをとり得るように、２個のセル壁（４、６）の間に配置された液晶材料（２）の層を含む液晶装置が提供される。液晶装置は、適切なラッチング電圧パルスの印加によって二つ以上の安定型液晶構造のうちの一つを選択することができる第１のモードと、電界の印加によって液晶材料の層をラッチ構造からスイッチ構造へ切り替えることができ、液晶材料の層は印加電界が取り除かれたときに前記ラッチ構造へ戻る第２のモードと、の二つのモードで動作可能である。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置に係り、特に、二つの別個のモードで動作可能である液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶装置（ＬＣＤ）は、典型的に、セル壁の間に収容された液晶材料の薄膜を含む。セル壁の内面は、通常、ある材料によって覆われるか、または、ある程度の表面配向を液晶に与えるため、何らかの方法によって適切に適合させられる。液晶の大部分は、セル壁の表面配向特性と、液晶材料のタイプ、および、液晶層の厚さのような種々のその他の要因に依存する構造をとる。一方または両方のセル壁上の光透過性電極構造体は、電界が液晶層に印加されることを可能にする。
【０００３】
典型的な液晶表示装置は、二つ以上の液晶構造が適切な電界の印加によって選択できるように設計される。様々な液晶構造が光学的に区別できるように設計され、その結果として、光コントラストが液晶装置から得られる。例えば、一対の偏光子の間に適切に配置された液晶装置は、システムを通過する光の透過を可能にする第１の構造と、それを阻止する第２の構造と、を有する。
【０００４】
液晶分子が一つの安定構造しかとり得ない単安定型液晶装置は公知である。電界の印加は液晶分子の構造を歪める可能性があるが、電界が取り除かれると、ある特性時間（典型的には、数十ミリ秒から数秒）の後、液晶はその単一の安定構造に回復するであろう。
【０００５】
ツイストネマチック（ＴＮ）型ＬＣＤおよびスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）型ＬＣＤは、単安定装置の例である。ＴＮ装置およびＳＴＮ装置は、適当な電圧の印加によって「オン」状態へ切り替えられ、印加された電圧があるレベルよりも降下したとき、元の「オフ」状態へ切り替えられる。尚、用語「オン」および「オフ」は、それぞれ高い（即ち、スイッチング）電圧の印加、および、低い（即ち、非スイッチング）電圧の印加を表し、必ずしも、観察されたディスプレイの光透過性を表すわけではない。これらの装置は単安定であるため、電力の損失は像の損失の原因となる。
【０００６】
多画素ＴＮ型およびＳＴＮ型パッシブ・マトリクス・ディスプレイは、上側セル表面および下側セル表面上で行電極および列電極の縞を使用して構成することができ、これにより装置を多重化することができる。行電極および列電極に印加される駆動電圧は、多数の別個の２乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧レベルがディスプレイの各画素に印加されるように選択される。典型的なＴＮ型装置の光透過性は、Ａｌｔ と Ｐｌｅｓｃｈｋｏ によってＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＥＤ ２１ １９７４、ページ１４６−１５５（Ａｌｔ ａｎｄ Ｐｌｅｓｃｈｋｏ， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ ＥＤ ２１ １９７４， ｐｐ．１４６−１５５）に詳細に記載されているような閾値変化的な態様で、ＲＭＳ電圧に関して非線形に変化する。ＲＭＳ法を使用してアドレス指定可能な最大画素数は、ＴＮ型またはＳＴＮ型装置の光透過性と電圧の特性によって示され、実際上、クロストーク効果および製造公差のために、約５００行以上の情報の行を備えたパッシブ・マトリクスＳＴＮ型ディスプレイを生産することは困難であることが判明した。また、ウォルシュ関数のようなその他の直交関数がＴＮ型およびＳＴＮ型ディスプレイをパッシブにアドレス指定するため使用できることが実証された。
【０００７】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）またはその他の非線形素子（例えば、逆並列ダイオード、強誘電性層など）のような駆動素子をＴＮ型ＬＣＤの各画素に近接させて組み込むことは、アドレス指定可能な画素の総数を著しく増加させることが分かり、このようなディスプレイはアクティブ・マトリクスと呼ばれる。ＴＮ型ディスプレイに組み込むことができる画素数が増加するだけではなく、アクティブ・マトリクスＴＮ型装置によれば、多重化ＴＮ型またはＳＴＮ型ディスプレイに対して、例えば、低い必要動作電圧、広い温度動作レンジ、および、階調生成能力などの多数の利点が得られる。ＴＦＴを切り替えることができる速度は、ディスプレイの行および列の高速順次走査を可能にさせるので、高速の、ビデオレート動作が可能になる。各画素はＴＦＴを使用して隔離されるので、クロストークの影響はアクティブ・マトリクス装置では効果的に除去される。
【０００８】
多数の単安定装置は、液晶材料の層に印加される電圧の大きさを制御することにより階調を実現可能にさせる。電圧の特性に対する浅い透過性を示すＴＮ型液晶構造を選択し、中間透過レベルを生成する駆動電圧を印加することにより、アクティブ・マトリクスＴＮ型装置で階調を実現することができる。蓄積容量部が画素と共に収容され、電荷を保存できるようになり、これにより、液晶に加わる電界を制限された期間だけ保持する。ＴＮ型アクティブ・マトリクス装置では、液晶は単安定であり、画素に加わる電界が減衰すると共に、液晶はその緩和された構造へ戻るであろう。したがって、アクティブ・マトリクスＴＮ型ディスプレイに像を保持するために、各画素を定期的に更新することが必要であり、即ち、連続的な電力供給が必要である。
【０００９】
アクティブ・マトリクスＴＮ型装置は、現在、ラップトップコンピュータ、コンピュータモニタ、ポータブルテレビなどのための商用ディスプレイに普及し、ビデオフレーム更新レートの多重レベルの階調で動作し得る装置は当業者に公知である。アクティブ・マトリクスＬＣＤ技術のより詳細な解説は、例えば、文献：Ｒ．Ｇ． スチュワート、「アクティブ・マトリクスＬＣＤ」、セミナーレクチャーノート、第１巻、第１３回情報表示学会、１９９６年５月１３日、カリフォルニア州、サンディエゴ コンベンションセンター、Ｍ５−１−３５に記載されている（Ｒ．Ｇ． Ｓｔｅｗａｒｔ （１９９６） Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ ＬＣＤ， Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ， Ｓｅｍｉｎａｒ Ｌｅｃｔｕｒｅ Ｎｏｔｅｓ， Ｖｏｌｕｍｅ １， １３ｔｈ Ｍａｙ １９９６ Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ， ＣＡ， Ｍ５−１−３５）。
【００１０】
印刷技術または流体自己組織化を使用して装置基板に転写された半導体回路を用いることによって、２個以上のディスプレイ画素をアドレス指定可能である離散的な半導体回路を形成することが可能になる。このような装置の解説は、２０００年９月２５−２８日に米国フロリダ州パームビーチで開催された（２０００年）第２０回国際ディスプレイ研究会議の予稿集にＲ．Ｇ． スチュワートによって記載されている（Ｒ．Ｇ． Ｓｔｅｗａｒｔ， （２０００） Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ， ｐ４１５−４１８， ｈｅｌｄ ａｔ Ｐａｌｍ Ｂｅａｃｈ Ｆｌｏｒｉｄａ ＵＳＡ， ２５−２８ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０００）。
【００１１】
米国特許第０６１２０５８８号明細書には、電気泳動インクをＴＦＴと組み合わせて使用する方法が記載されている。ＴＦＴアクティブ・マトリクスを用いることにより、電気泳動インクからクロストーク効果が除去され、電気泳動インクはその状態間に有意な閾値が存在しない。これらの装置は、Ｋ．ＡｍｕｎｄｓｅｎとＰ Ｄｒｚａｉｃによる第２０回ＩＤＲＣの予稿集の８４−８７ページにも記載されている（Ｋ． Ａｍｕｎｄｓｅｎ ａｎｄ Ｐ Ｄｒｚａｉｃ （２０００）， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０ｔｈ ＩＤＲＣ， ８４−８７）。
【００１２】
別の知られているタイプのＬＣＤ装置は双安定装置である。双安定ＬＣＤでは、液晶材料は、電界が印加されていない場合に、二つの別々の安定した構造をとる。双安定ＬＣＤに関する研究が促進した理由は、主として、双安定ＬＣＤが本来的に像を蓄積する能力と、高い多重化性能と、を備えているからである。このため、高価なアクティブ・マトリクス型バックプレーンを含む装置の必要性は否定され、ラインを同時にパッシブ・アドレス指定することが可能になる。
【００１３】
適当な電界を双安定型液晶層へ印加することにより、双安定型液晶層が存在し得る二つの安定した構造の間で切り替えること、いわゆる「ラッチング」が生じる。以下では、「ラッチング」は、印加電圧が取り除かれた後にその状態が持続するように、液晶をある安定構造から別の安定構造へ変化させることを意味し、これに対して、「スイッチング」は、単安定スイッチング効果を含む液晶の構造へのフィールド誘導変化を意味する。
【００１４】
双安定型液晶装置は、殆ど例外なく、パッシブ・マトリクス技術を用いてアドレス指定され、ディスプレイは、装置を多重化することができる上側セル表面および下側セル表面に行電極と列電極の縞を使用して構成される。電力が存在しない場合に像を蓄積し得る特有の能力によって、潜在的に複雑な像を同時にあるラインに構築することが可能になり、双安定装置は、低電力消費が必要とされるアプリケーション、例えば、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡおよび移動電話装置において興味深いものとなる。
【００１５】
双安定型液晶ディスプレイの例には、Ｎ Ａ クラークとＳ Ｔ ラガーウォールによって、応用物理学論文集、第３６巻、第１１号、８９９ページ（１９８０）に記載されているような表面安定化強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）装置が含まれる（Ｎ Ａ Ｃｌａｒｋ ａｎｄ Ｓ Ｔ Ｌａｇｅｒｗａｌｌ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ．， ３６， １１， ８９９’（１９８０））。強誘電性液晶装置は、一般的に、パッシブ・アドレッシングされるが、ＦＬＣ材料が二つの安定構造の間でラッチされ得る速度が非常に素早いため、それらは、非常に高速のフレーム時間を有する装置を生成するため、アクティブ・マトリクス・バックプレーンとも組み合わされている。例えば、Ｊ． ＸｕｅとＭ．Ａ． Ｈａｎｄｓｃｈｙによる第２０回ＩＤＲＣ予稿集の１３−１７ページを参照せよ（Ｊ． Ｘｕｅ ａｎｄ Ｍ．Ａ． Ｈｎｄｓｃｈｙ， （２０００）Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０ｔｈ ＩＤＲＣ， ｐ１３−１７）。
【００１６】
また、コレステリック・ディスプレイを疑似的に双安定型に動作させ得ることが実証されている（例えば、米国特許第５６０４６１６号明細書を参照。）。このディスプレイは、高電圧を印加することにより、第１の安定状態から第２の安定状態へ電気的にラッチさせることが可能である。この装置が第２の状態にラッチされると、この装置は事実上その状態に「凍結」し、その装置を液晶材料の等方性温度よりも高く加熱することによってのみ第１の安定状態で再選択することが可能になる。第１の安定状態および第２の安定状態は、全体的な捩れの程度が異なるツイストネマチック構造である。その装置をいわゆるネマチックモードで動作させることにより、その装置を安定状態のいずれか一方からＲＭＳスイッチングさせることが可能である。このように、米国特許第５６０４６１６号の装置は、真の双安定動作の利点が全く得られない。例えば、このような装置は、印加電力が存在しなくても持続する像を書き込み、電気的アドレス指定技術だけを使用して引き続き何回も書き込むことができない。
【００１７】
国際公開第９１／１１７４７号パンフレット（「双安定エレクトロキラル制御液晶光装置（Ｂｉｓｔａｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｉｒａｌｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｖｉｃｅ）」）および国際公開第９２／００５４６号パンフレット（「フレクソエレクトリック効果によって制御された表面双安定性を備えたネマチック液晶ディスプレイ（Ｎｅｍａｔｉｃ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ ｗｉｔｈ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｉｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ａ ｆｌｅｘｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｆｆｅｃｔ）」）に記載されているように、ネマチック液晶は、キラルイオンまたはフレクソエレクトリックカップリングを使用することにより、二つの安定状態をとり、二つの安定状態の間で切り替えることが可能である。
【００１８】
国際公開第９７／１４９９０号パンフレットは、ネマチック液晶分子が同じ方位面内で二つの安定したプレチルト角をとることができるようにＺＢＤ（ｚｅｎｉｔｈａｌｌｙ ｂｉｓｔａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）を所定の設計の格子によって構成する方法を教示する。これらの状態のうちの一方は高プレチルト状態であり、他方は低プレチルト状態であり、このデバイスは、二つの安定型液晶構造のうちのいずれかをとり、二つの安定型液晶構造の間で容易に切り替わることが記載されている。国際公開第９９／３４２５１号パンフレットは、ツイストネマチック構造に負の誘電異方性材料を有する別のＺＢＤ装置を教示する。英国特許出願第００１７９５３．１号明細書には、双安定性ではなく多安定性を表すＺＢＤが記載されている。
【００１９】
ＺＢＤの二つの安定型液晶構造は、駆動電気信号が除かれた後に持続し、このデバイスは、非常に耐機械的衝撃性能が高く、低駆動電圧（２０Ｖ未満）において数十マイクロセコンドのラッチング時間を与え、高い多重化性能を可能にさせる（ＷｏｏｄらのＳＩＤ Ｄｉｇｅｓｔ ２０００を参照）。また、Ｂｒｙａｎ−Ｂｒｏｗｎらの１９９８年Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ予稿集のページ１０５１−１０５２に記載されているように、階調は、画素の部分的なスイッチングを可能にするチャープ格子を用いて実現される。
【００２０】
双安定装置は、低電力、低コストのアプリケーションに理想的であるにもかかわらず、（例えば、ビデオ画像を表示するときのような）ある種のアプリケーションでは、暗い状態と明るい状態の間に多数の階調レベルを設けることが要求される。階調は、時間的および／または空間的ディザを使用して、正確に双安定性のある装置において実現することが可能であり、この時間的および／または空間的ディザでは、階調レベルは、観察者が知覚できるレートよりも早いレートで各画素を「オン」と「オフ」に切り替えることにより、または、各画素を２個以上の重み付きサブピクセル領域に分割することによって認識される。
【００２１】
しかし、双安定型ディスプレイ装置に空間的および／または時間的ディザ技術を採用することは、装置の複雑さ、即ち、単価を増大させる。例えば、空間的ディザは、行ドライバおよび列ドライバの数を増加させ、トラック幅を狭くすることを要求し、これにより、パネルのトラック抵抗と抵抗性電力損失を増加され、階調応答の直線性を保証するためにより正確なエッチングが必要になる。これらの理由のため、当業者に公知であるパッシブ・アドレス指定型双安定装置は、少なくとも現在のところ、非常に多数の階調レベルとビデオ動画を生成する能力がやや制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明の目的は、上記の液晶装置に伴う欠点の一部を軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の第１の特徴によれば、液晶装置は、液晶材料が印加電界のない場合にも持続する二つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つをとり得るように２個のセル壁の間に配置された液晶材料の層を含み、液晶装置は、適切なラッチング電圧パルスの印加によって二つ以上の安定型液晶構造のうちの一つを選択することができる第１のモードと、電界の印加によって液晶材料の層をラッチ構造からスイッチ構造へ切り替えることができ、液晶材料の層は印加電界が取り除かれたときに前記ラッチ構造へ戻る第２のモードと、の二つのモードで動作可能である。
【００２４】
本発明の第１の特徴による装置は、第１の（多安定）モードで動作するとき、装置の連続的な電気的アドレス指定を要することなく像を蓄積することができるという利点がある。像が蓄積されると、装置を要求された状態へラッチングすることによって像が除去される（または、代わりの像が書き込まれる）。上述のように、像を装置に書き込み（および、必要に応じて再書き込み）、電力が存在しなくてもその像を保持する能力は、装置の全体的な電力消費を削減させることができる。このことは、特に、装置がラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、デジタルカメラ、電子画像フレーム、携帯電話機などの携帯型機器に組み込まれたときに有利である。
【００２５】
本発明による装置は、第２のモードで動作するとき、安定した（即ち、ラッチされた）液晶構造のうちのいずれか一つから「スイッチ構造」へ切り替えることが可能である。スイッチ液晶構造は、電力がその装置に供給されている間はその状態を維持するが、印加電界が除去されたとき、液晶は安定型液晶構造へ戻る。第２のモード動作は、第１の（即ち、多安定）モードの動作で達成できるよりも多数の階調レベルを提供するか、または、より高速のスイッチングレートを提供する。換言すると、過渡的な液晶状態の間のスイッチングは像を表示するため使用できるが、このような像は周期的な更新を必要とする。
【００２６】
このように、本発明による装置は、通常は、多安定装置だけ、または、単安定装置だけに伴う利点の一部を提供する。例えば、低電力動作は、第１のモードの動作によって実現され、像更新の高速化および／または階調レベル数の増加などは、第２のモードの動作によって実現される。
【００２７】
有利には、液晶ディスプレイ装置は、第２のモードで動作する前に特定の安定構造にラッチされる。一般的に、選択される状態は、第２のモードにおける電界によって誘起される状態とは最も異なる状態である。
【００２８】
好ましくは、液晶材料が三つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つをとり得るように配置される。ラッチング電圧パルスは、三つ以上の安定構造のうちのいずれかの間で切り替えが行われるように供給され得る。
【００２９】
液晶材料が二つの安定型液晶構造のうちのいずれか一方をとり得るように配置するのが好都合である。即ち、装置は双安定であり、二つの安定型液晶構造のうちのいずれかが適当なラッチング電圧パルスの印加によって選択され得る。
【００３０】
有利には、二つの安定型液晶構造を与えるように適合した表面配向格子が少なくとも１個のセル壁の内面に設けられる。ＺＢ（ｚｅｎｉｔｈａｌ ｂｉｓｔａｂｉｌｉｔｙ）を与える表面配向格子は、従来技術に記載されている。例えば、国際公開第９７／１４９９０号パンフレットを参照のこと。
【００３１】
液晶材料はネマチック液晶材料からなるのが好都合である。
【００３２】
好ましくは、液晶装置は、第１のセル壁の内面に設けられた表面配向格子と、第２のセル壁の内面に設けられたプレーナ表面処理部と、を含み、安定型液晶構造の一方がツイストネマチック（ＴＮ）構造であるように配置される。
【００３３】
即ち、表面配向格子によって発生させられた二つの安定配向構造のうちの一方は、一方のセル壁に液晶の十分なプレーナ配向を与え、もう一方のセル壁上のホモジニアス表面処理部は、そのもう一方のセル壁に液晶の十分なプレーナ配向を生じさせる。一方のセル壁の表面配向格子によって誘起された十分なプレーナ配向の面内配向方向は、もう一方のセル壁のホモジニアス表面処理部によって誘起された面内配向方向と実質的に異なるように適合させられるので、採用された安定型液晶構造のうちの一方はツイストネマチック構造である。
【００３４】
ここに、用語「ツイストネマチック」（即ち、ＴＮ）は、液晶が一方のセル壁での向きからもう一方のセル壁での第２の向きまで捩れる構造を意味する。この用語は、いわゆるスーパーツイスト（ＳＴＮ）構造体などを含む。
【００３５】
ツイストネマチック構造における第１のセル壁から第２のセル壁までの液晶材料の捩れは、４５°より大きいか、９０°より大きいか、１８０°より大きいか、２７０°より大きくする方が好都合である。
【００３６】
有利には、装置は、第２のモードで動作する前にツイストネマチック構造にラッチされる。
【００３７】
このようにして、ＺＢＤは、ツイストネマチック（ＴＮ）構造である一つの安定型液晶構造が設けられる。このＴＮ構造は、従来技術において記述されている単安定ＴＮ構造と同様にＲＭＳ電圧に応答して切り替わる。即ち、電気パルスによって二つの安定状態のうちのいずれか一方にラッチさせることができ、単安定ＴＮ装置と同様に印加電圧に応答して切り替わり得る装置が提供される。したがって、ＴＮ装置の利点は、電気的にラッチされた双安定動作の利点と組み合わされる。
【００３８】
有利には、液晶装置は、第１のセル壁の内面に設けられた表面配向格子と、第２のセル壁の内面に設けられたホメオトロピック表面処理部と、を有し、この配置は、安定型液晶構造の一方が垂直方向に配向したネマチック構造であるような配置である。
【００３９】
即ち、一方のセル壁の内面上の表面配向格子は、実質的なホメオトロピック配向を誘起するように適合し、もう一方のセル壁上の表面処理部は液晶の実質的なホメオトロピック配向を誘起し、その結果、とられた（ａｄｏｐｔｅｄ）安定型液晶構造の一方は垂直配向ネマチック（ＶＡＮ）構造である。
【００４０】
当業者は、用語「垂直配向ネマチック構造」が、装置の全体に亘る液晶ディレクタが装置のセル壁に対して実質的に垂直方向に向けられた任意の液晶構造を表すことを認めるであろう。換言すると、ネマチック液晶は、水平方向のセル壁に関して垂直配向している。
【００４１】
装置は、第２のモードにおける動作の前に垂直配向ネマチック構造にラッチされるのが好都合である。
【００４２】
好ましくは、液晶材料は、ネマチック（または、ピッチの長いコレステリック）材料を含む。液晶材料は、コレステリック液晶材料を更に含むのが好都合である。有利には、液晶材料は、０．０２重量％未満のコレステリック液晶材料を含む。
【００４３】
有利には、液晶層の厚さと液晶材料のピッチの比は、０．２５よりも大きく、および／または、１．２５未満である。
【００４４】
コレステリック添加物を含有することにより、９０°よりも大きい捩れを有するツイストネマチック構造体を容易に実現できるようになる。９０°よりも大きい捩れを有するＴＮ構造体は、ＳＴＮのような急激な電気光学的スイッチング閾値を与える。この急激な閾値は、クロストーク効果を減少させ、より多数のラインを連続モードでパッシブ・アドレス指定することを可能にさせる。
【００４５】
好ましくは、液晶材料は、負の誘電異方性、または、正の誘電異方性をもつ。
【００４６】
好ましくは、セル壁は、電界を液晶に印加する電極を含み、電極は、アドレス指定可能な画素のマトリクスを形成するように配置される。
【００４７】
好都合には、装置は、第１のセル壁に形成された行電極と、第２のセル壁に形成された列電極と、を含み、第１および第２のセル壁は、パッシブ・アドレス指定可能な画素のアレイを画成するように配置される。ディスプレイは、適切な行電圧波形および列電圧波形の印加によって多重化される。
【００４８】
有利には、装置は、各個の画素に電界を独立に印加する手段を含む。即ち、アクティブ・バックプレーンが設けられる。
【００４９】
好都合には、各個の画素に電界を独立に印加する手段は、薄膜トランジスタ素子を含み、この薄膜トランジスタ素子は、有利には、蓄積容量部（ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）を伴う。蓄積容積部は電荷を蓄積させることができるので、電界はある期間に亘って液晶に保持される。アクティブ・マトリクス単安定装置に関して説明した上記の理由のため、このような電荷蓄積は、第２のモードにおける装置動作可能性に有利である。
【００５０】
更に好ましい一実施形態では、装置は、２個以上のディスプレイ画素をアドレス指定する能力を備えた少なくとも１個の離散的半導体回路を含む。このような半導体回路は、Ｒ．Ｇ． Ｓｔｅｗａｒｔによる（２０００年）第２０回国際ディスプレイ研究会議の予稿集（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、ページ４１５−４１８、２０００年９月２５−２８日に米国フロリダ州パームビーチで開催、に記載されている。
【００５１】
好ましくは、装置は、第１の動作モードおよび第２の動作モードが異なる画素若しくは異なる画素のグループに対して同時に使用できるように適合している。
【００５２】
有利には、第２のモードで動作させられる画素は、第２のモードの動作よりも前に所定の安定型液晶構造（即ち、ブランク状態）にラッチされる。
【００５３】
このように、ディスプレイ装置のある一部分は第１のモードで動作させられ、別の部分は第２のモードで動作させられる。ディスプレイの場合、これは、装置のある領域がより高速のスイッチング速度を巧みに利用するか、または、第２のモードの動作の増加した階調レベル数を巧みに利用することを可能にさせ、同時に、ディスプレイの残りの部分を第１のモードで動作させることにより電力をある程度まで節約する。例えば、ラップトップコンピュータのディスプレイは、ディスプレイの限られた領域、或いは、ウィンドウだけに動画像または高解像度画像を表示するように要求される。
【００５４】
装置に印加される駆動電圧は、長期に亘って実質的に直流平衡化（ｄ．ｃ． ｂａｌａｎｃｅｄ）されていると都合がよい。これは液晶材料の劣化を防止する。
【００５５】
好ましくは、第２のモードはビデオレート（即ち、毎秒５０フレーム以上）で、および／または、少なくとも６４乃至２５６の階調レベルで画像を表示するように適合する。第２のモードは、黒と白のアニメーションを表示できるようにするため、より低いレート（例えば、毎秒１０フレーム）でも動作する。
【００５６】
更に好ましい一実施形態では、装置は、異なる液晶構造を区別するため、少なくとも１個の偏光子を含む。当業者は、１個以上の偏光子を、光コントラストが様々な液晶構造に対して得られるように、可能であれば付加的な光学素子（例えば、リターデーションフィルムなど）と共に、配置する様々な方法を認識しているであろう。また、偏光子の設置に加えて、または、偏光子の設置に代えて、色素が液晶材料に含まれることも知られているであろう。
【００５７】
有利には、装置は反射手段を含み、この装置は反射モードで動作するように構成される。反射手段は、鏡面反射層を含み、或いは、一方のセル壁の反射層と、もう一方のセル壁の拡散部との組合せを含む。
【００５８】
液晶ディスプレイ装置は、付加的にカラーフィルタ素子を含む。或いは、カラー反射板、着色吸収材、または、着色偏光子が必要に応じて利用される。カラーディスプレイ装置はこのようにして実現される。
【００５９】
好ましくは、装置は、第１の動作モードまたは第２の動作モードを選択する手段を更に含む。
【００６０】
例えば、静止画に関係した情報とビデオ信号に関係した情報を識別する手段が設けられる。例えば、コンピュータ画面のページ上のテキストの領域は蓄積モードでアドレス指定され、動画像は連続モードでアドレス指定される。或いは、この手段は、表示されるべきデータのフォーマットを考慮することによって動作のモードを選択する。例えば、装置がクロックを表示するとき、装置は連続モードで秒を常時表示し、分および時とその他の情報（例えば、日付、アイコンなど）を蓄積モードで表示する。
【００６１】
１ラインの情報（例えば、現在編集中のテキストのライン）が第２のモードで更新され、ディスプレイの残りの部分（即ち、編集処理中ではないテキスト）は第１のモードを使用して表示されるように、装置を動作させることも可能である。当業者は、表示用の画像データを構築するため使用されるグラフィックス・ハードウェアおよび／またはソフトウェアから、適宜に第１のモードまたは第２のモードの動作を選択する信号を獲得する方法が分かるであろう。この技術は、特に、コントラストが第１のモード（即ち、ラッチング）の動作中に実質的に減少する装置において有利である。
【００６２】
本発明の第２の特徴によれば、情報表示装置は、本発明の第１の特徴に従って液晶装置を電気的にアドレス指定するため適合したマイクロプロセッサユニットを含む。この情報表示装置は、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、デジタルカメラ、電子画像フレーム、携帯電話機などである。
【００６３】
本発明の第３の特徴によれば、液晶装置を動作させる方法は、液晶材料が印加電界の存在しない場合に持続する二つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つをとり得るように構成された液晶装置を採用するステップと、装置を第１のモードで動作させるかまたは第２のモードで動作させるかを決定するステップと、を有し、第１の動作のモードでは、二つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つが適切なラッチング電圧の印加により選択可能であり、第２の動作のモードでは、電界の印加は、液晶材料の層をラッチ構造からスイッチ構造へ切り替えることができ、液晶材料の層は印加された電界が取り除かれたとき前記ラッチ構造へ戻る。
【００６４】
液晶装置は複数の画素を有し、その中の一部の画素だけが第２のモードで動作させるのが好都合である。
【００６５】
有利には、液晶材料は、第２のモードにおける動作の前に特定の安定構造にラッチされる。
【００６６】
好ましくは、この方法は、適当に構成されたＺＢＤで実行される。
【００６７】
かくして、本発明は、二つのモードで動作可能である液晶ディスプレイ装置を提供し、第１のモードは多安定モードであり、像は電界がない場合に持続し、第２のモードは、適切な電界が装置に印加されたとき、第１のモードよりも多数の階調レベル、および／または、より高速のスイッチング速度、および／または、望ましくないコントラスト変化を伴わないアドレス指定、および／または、アニメーション画像を表示する能力を提供する。
【００６８】
換言すると、液晶装置（ＬＣＤ）は、二つのセル壁の間に収容された液晶材料の層と、そこに電界を印加する手段と、液晶層の異なる構造を光学的に識別する手段と、を有し、ＬＣＤは、電界の影響下で、装置の光透過特性が制御された形で変更されるように構成されており、異なる電界が複数の透過レベルを形成し、液晶材料の層は双安定型であり、印加電界が無い条件下で、液晶材料は二つの構造のうちのいずれかをとり、適当な極性、大きさおよび向きの電圧パルスの印加は、液晶材料をその二つの双安定状態のうちのいずれか一方にラッチさせる。
【００６９】
更に、本発明は、液晶装置を二つのモードで動作させる方法を提供し、この方法は、二つ以上の安定型液晶構造が選択されるように、装置をラッチングモードで動作させるステップを含み、前記安定型液晶構造は印加電圧が存在しない場合に持続し、前記方法は、付加的に、または、代替的に、電界の印加が複数の過渡的な液晶構造を与えるように、装置を第２のモードで動作させるステップを含み、ＬＣＤをラッチングモードで動作させるステップは、選択された安定型構造が連続的に電力を消費しなくても持続するように、ＬＣＤを安定型構造に切り替えるため実行される。
【００７０】
以下、添付図面を参照して本発明を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７１】
図１ａおよび図１ｂを参照すると、国際公開第９９／３４２５１号パンフレットに記載されたタイプのＺＢＤが示されている。負の誘電異方性を有するネマチック液晶材料２の層は、第１のガラス壁４と第２のガラス壁６の間に挟まされる。第１のガラス壁４は、ホメオトロピック界面活性剤で覆われた双安定表面配向格子８によって覆われる。国際公開第９７／１４９９０号パンフレットおよび国際公開第９９／３４２５１号パンフレットに記載されるように、格子表面付近の液晶は、無欠陥配列構造または欠陥配列構造のいずれかをとる。第２のガラスセル壁６は、例えば、ポリマーでコーティングすることにより処理され、次に、第２のガラス壁６にネマチック結晶材料２のプレーナ表面配向を生じさせるため磨かれる。
【００７２】
表面配向格子によって生じさせられた無欠陥構造体および欠陥構造体は、それぞれ、図１ａおよび１ｂに示されている。
【００７３】
図１ａの無欠陥構造体の場合、ネマチック液晶は、表面配向格子８と液晶２の境界で、格子の局部表面に対して実質的に垂直になるように配向する。液晶セルの全体的な厚さに対して格子と液晶の境界からの短い距離の範囲内で、液晶はホメオトロピック配向構造をとる。液晶のホモジニアス配向は第２のガラス壁６に生じ、かくして、傾斜した液晶構造がとられる。
【００７４】
図１ｂの欠陥構造体の場合、いわゆる欠陥、即ち、回位が凹面および凸面欠陥部位の付近に現れる。欠陥対の形成の結果として、液晶セルの全体的な厚さに対して格子と液晶の境界から短い距離の範囲内で、ネマチック液晶は、ホメオトロピック構造よりも実質的に小さいプレチルトをもつ構造をとる。この構造では、６０°のツイスト構造が形成され、これは、小さい（典型的に２０°のオーダーの）平面から離れるチルト（アウト・オブ・プレーン・チルト）である。
【００７５】
国際公開第９９／３４２５１号パンフレットには、このような構造体は、負の誘電異方性を有するネマチック材料から形成されたとき、どのようにして望ましくないＲＭＳ電圧降下を低減し、双安定性能を高めるかが記載されている。
【００７６】
図２を参照すると、図１に示されるような装置のスイッチング特性が、欠陥状態と無欠陥状態の間で装置を切り替えるために必要なスイッチングパルスの電圧および幅を描くグラフの形式で表されている。これは他で詳細に説明されている（例えば、国際公開第９７／１４９９０号パンフレット、国際公開９９／３４２５１号パンフレットを参照。）。
【００７７】
例えば、図１に示されたタイプの装置を一対の直交偏光子の間に設置することによって、図１ａの傾斜した無欠陥状態と図１ｂのツイスト欠陥状態との間で光コントラストを得ることができる。得られるコントラストを最大にするため、所定の複屈折の液晶材料に対するセルの厚さを最適化する方法は、当業者には自明であろう。当業者は、欠陥状態と無欠陥状態の光学特性の差を利用するため複数の代替的な光学系を使用可能であることを認めるであろう。
【００７８】
上述の通り、双安定装置を用いてフルカラー画像のために必要とされる２５６階調レベルを実現することは困難であり、これを実現するための一つの手段は、空間的ディザを使用することである。例えば、１：２の比率の行のデジタル重み付けと１：４の比率の列のデジタル重み付けは、各画素が本来２レベルしか持たない場合であっても、８レベルを実現することが可能である。中間（または、アナログ）レベルが可能であるならば、行を１：３の比率で重み付けし、列を１：９の比率で重み付けすることにより、最大で８１階調レベルを実現することができる。これは、フルカラーアプリケーションには未だ不十分である。行を１：４の比率で重み付けし、列を１：１６の比率で重み付けすることにより、４番目のレベルを考慮できるならば、２５６個の静的な階調レベルを表示することが可能になる。
【００７９】
しかし、空間的ディザをこのような形で使用することには多数の問題がある。行ドライバの個数および列ドライバの個数は２倍になり、モジュール全体のコストの大半のコストに相当することになる。また、細いトラックに沿った損失はかなりの量になる。例えば、画素ピッチが２５０μｍの画素ピッチ、最小エッチングが１０μｍであるとき、４レベルのＺＢＤは、１３．５μｍの最小サブピクセル幅を要求する。たとえ製造可能であるとしても、大型パネルの場合のトラック抵抗は、実際に非常に大きくなる可能性があり、そのうちに著しい信号の損失が生じる。更に、エッチング誤差は（特に、最下位ビットに関して）、階調レベルの非線形性または損失を生じさせる可能性がある。
【００８０】
ディスプレイ装置に対する別の重要な必要条件は、通常、約５０Ｈｚのフレームレートを用いるビデオ動作に対する要求である。ビデオ動作は、液晶材料およびセル間隙が適度に高速な光応答を与えるように選択されているならば、ＴＦＴ駆動方式ＬＣＤの場合には、トランジスタスイッチの高速性のため容易である。ＺＢＤのような双安定型ディスプレイ装置の場合、フレームレートは、ラインアドレス時間にライン数を乗算したもの、および、遅い方の光応答時間の二つの要因によって決定される。非常に多数のラインを備えた非常に複雑なディスプレイの場合、ビデオレート（即ち、５０Ｈｚ）動作を実現することは困難である。この状況は、空間的ディザを使用すると悪化する。なぜならば、ディスプレイに少なくとも２倍の個数のアドレス可能な行が存在するからである。
【００８１】
本発明は、従来のＺＢＤ装置と同じように、二つの安定ＺＢＤ状態のうちの一方にラッチすることができる装置を提供し、この装置は、双安定モード、または、像蓄積モードで動作し得る。更に、本発明の装置は、サブラッチング電圧でＲＭＳ電圧応答を示すように設計される。即ち、この装置は、サブラッチングモード、または、連続モードでも動作する。換言すると、この装置は、双安定型装置として、および、ＲＭＳモードで動作させることが可能である。このデュアルモードの装置動作は、単安定型装置と双安定型装置の動作モード、したがって、電気的アドレッシングは、全く別個のものであるというこれまでの技術的な考え方に反する。
【００８２】
図３ａには、本発明による装置の電圧に対する透過性応答特性が示されている。曲線１４は大半のセルにおける液晶のＲＭＳ応答を表し、標準的なＴＮ応答と類似している。曲線１６は、装置が欠陥状態から無欠陥状態へラッチするときの透過性の変化を表し、曲線１８は、装置が無欠陥状態から欠陥状態へラッチするときの透過性の変化を表している。後で詳述するように、本発明による装置は、双安定スイッチング（即ち、ラッチング）とＲＭＳスイッチング（即ち、液晶のサブラッチング電圧誘導歪み）を切り離し、両方が一つの装置で区別して利用できるように設計される。
【００８３】
図３ａに示されたタイプの挙動は、図１に関して説明したタイプのツイストネマチックＺＢＤ幾何学的構造を使用して実現される。しかし、図１に関して説明したＺＢＤ装置との相違点は、本装置の液晶材料の誘電異方性が、好ましくは（必須ではない）、正であるということである。単安定表面は、ＺＢ（ｚｅｎｉｔｈａｌ ｂｉｓｔａｂｌｅ）表面の欠陥状態におけるディレクタに直交するように配置されたプレチルトの小さい、プレーナ・ホモジニアス配列を有する。本例の装置は、直交偏光子の間に設置されたときに、ノーマリホワイトモードで作動する。欠陥（低チルト）状態にブランクされると、液晶の大半がツイストネマチック構造であるため、画素全体は透過しているように見える。
【００８４】
ＴＮトランジスタ電圧Ｖ１（ＲＭＳ応答であるため、正または負のいずれか）よりも高い電圧を印加すると、ディレクタは、いずれかの表面で無視できる変化を伴う大部分のセルにおいて再配向する。典型的なＴＮ透過特性は、±Ｖ２付近の暗い状態に飽和する。Ｖ１およびＶ２の典型的な値は、それぞれ、１．５Ｖおよび４．５Ｖである。
【００８５】
ＲＭＳモードにおいて液晶に印加される単極性パルスは符号が正しく、ラッチングを無欠陥状態にさせるが、この装置は、Ｖ２では表面のラッチングを誘起するためには不十分であるように設計され、即ち、欠陥構造から無欠陥構造へのラッチングを生じさせるために、τＶ３よりも大きい電圧パルスを印加することが必要であるように設計される。ラッチングは、十分な電圧と間隔を有するパルス（即ち、本例では、τＶ３よりも大きいパルス）が装置に印加されたときに発生し、これに対して、ＲＭＳ応答はＲＭＳ電圧レベルだけに依存し、極性に依存しないことに注意する必要がある。
【００８６】
直流平衡を確保（近似）するため、この装置は、例えば、各フレームの開始時に適切な負のパルスを使用してラッチされる。このことによって、正しい安定状態は、誤差の軽減を促進するため、各フレームの開始時に確実に更新される。
【００８７】
図３ｂには、双安定格子が非対称ラッチング応答を与えるように設計された装置の電圧と透過性応答の関係が示され、このような格子設計を実現する方法は、従来技術において教示される。例えば、国際公開第９７／１４９９０号パンフレットを参照せよ。曲線１４は、大部分のセルにおける液晶のＲＭＳ応答を表現し、標準的なＴＮ応答と類似している。曲線１７は、この装置が欠陥状態から無欠陥状態へラッチしたときの透過性の変化を表現し、曲線１９は、この装置が無欠陥状態から欠陥状態へラッチしたときの透過性の変化を表現する。
【００８８】
この装置において、無欠陥状態から欠陥状態へのラッチング（即ち、−τＶ３未満の電圧のパルスを印加すること）は、ＲＭＳ応答を利用するために要求される電圧パルスと同じ大きさの電圧パルスを用いて実現することができる。このようにして、実質的な直流平衡を維持したまま、この装置をアドレス指定することが可能である。
【００８９】
本発明の装置は、かくして、連続更新モードと像蓄積モードの二つのモードのうちのいずれかで動作し得る。したがって、本発明は、フルカラー、ビデオ動作の機能を備え、超低電力消費であり、真の像蓄積を行うディスプレイを提供することができる。当業者に直ちに認められるように、本発明の装置を使用することは、放射の変調が要求される任意のアプリケーション、例えば、空間光変調器、光シャッターなどにおいて有利である。
【００９０】
このディスプレイは、これらのモードが別個の電圧／電荷動作レンジを有するように設計される。これは、両方の双安定状態へのラッチングが透過性の変化が生じる飽和電圧よりも高い電圧で発生するように、ＬＣ材料（例えば、弾性特性、誘電異方性）、格子デザイン（例えば、格子ピッチ、奥行き、形状）、表面固着特性、並びに、セルギャップを選択することによって行われる。連続更新モードまたは蓄積モードに要求される相対電圧の制御は実現可能である。なぜならば、ＺＢＤディスプレイのラッチングは（フレクソエレクトリック分極と関連付けられた）電界効果であり、一方、透過性の動的ＲＭＳ応答は電圧効果であるのでセルギャップからは独立しているからである。
【００９１】
ディスプレイが蓄積モードに切り替えられると、情報の最後のフレームはフレーム蓄積装置から読み出されるが、適当な複雑さのレベル（例えば、ブラック／ホワイト、または、制限された数の階調レベル）に符号化され、ディスプレイは、再びブランキングされ、画素を他の適当な状態にラッチさせるため＋τＶ４よりも高い電圧で選択的に書き込まれる。この画像は、装置が電源から切り離されたとしても、次のフレームの更新まで保持される。これは、ディスプレイへの電源がオフにされたときに自動的に行われる。
【００９２】
本発明を実施するため、ＴＦＴアクティブ・マトリクスを使用することが可能であり、図４には、典型的な従来技術のＴＦＴ型ＴＮ装置２０が示されている。４個のＴＦＴ駆動型画素２２、２４、２６、２８が行電極３０、３２および列電極３４、３６と共に示されている。図示された装置は通常のホワイトモードで動作する（即ち、画素は列電圧が零である場合にホワイトのままである。）。階調レベルは、列電極に印加された信号の振幅変調によって実現される。
【００９３】
アクティブ・マトリクス・ディスプレイの各画素と関連付けられたトランジスタは、一般的に、２個の電気的入力接続部、即ち、ゲート接続部３８とドライブ接続部４０を有する。適当な電圧をゲート接続部３８に印加することによって、ドライブ接続部４０上の電圧が透明画素電極２２に供給される。ＴＦＴを形成するために使用された１層以上の層に格子配向構造体（即ち、ある程度の配向を液晶材料に与えることができる構造体）を形成することも可能である。
【００９４】
アクティブ・マトリクス・ディスプレイは、典型的に、共通行電極に接続された行内の各画素トランジスタのゲート接続部と並べられ、共通列電極に接続された列内の各トランジスタのドライブ接続部と並べられる。単一の列への駆動電圧の印加と共に、ゲート電圧を単一の行に印加することによって、個別の画素の液晶層に駆動電圧を印加することが可能である。図４には、４個の画素デバイスをアドレス指定するための適当な駆動電圧パルスおよびゲート電圧パルスも示されている。
【００９５】
図５ａおよび図５ｂには、本発明による装置を駆動するために適したＴＦＴアドレス指定方式の概要が示されている。
【００９６】
図５ａは、本発明によるデュアルモード装置５０の連続更新モードにおける動作のために必要なアクティブ・マトリクス・アドレス指定方式の概要を示している。電圧パルスがゲート接続部３８に印加されるあらゆる期間中、ドライブ接続部４０に印加される電圧は画素２２の電極に供給される。
【００９７】
図５ａに示された駆動方式を使用することにより、画素２２は、液晶を望ましい構造に切り替える電圧が印加される前に、初期的に一方の双安定状態（即ち、ブランク状態）にラッチされることが分かる。理想的には、画素は、後続のＲＭＳ電圧の印加時に光コントラストの最良の変化が得られる安定状態にブランクされる。このモードでは、装置はＴＮ装置と類似した形で動作し、任意の（ラッチング電圧τＶ３よりも低い）電圧は液晶構造の歪みの原因となる。この電圧が低下すると共に、液晶は初期（即ち、ブランク状態の）安定構造へ向かって緩和する。
【００９８】
本発明による装置の画素は、従来技術と同様に、行毎に順番に書き込むことができ、列電圧がτＶ３を超えないことを保証するので他のドメインへのラッチングは発生しない。尚、従来のＴＦＴ駆動方式とは異なり、列電圧の極性は、（全体的な直流平衡を与えるために、フレーム間で極性を交番させるのではなく）すべてのフレームで同じ極性に保たれることに注意する必要がある。当業者は、例えば、可変電圧ブランキングパルス、または、直流平衡用プレパルスの使用などの様々な仕組みによって長時間に亘って直流平衡を実現できることが分かるであろう。
【００９９】
図５ｂは、本発明によるデュアルモード装置５０の像蓄積モードにおける動作のために必要なアクティブ・マトリクス・アドレス指定方式の概要を示している。図５ｂに示された駆動方式を使用することにより、画素２２は、液晶を他の状態にラッチする電圧が印加される前に、初期的に一方の双安定状態（即ち、ブランク状態）に書き込まれることが分かる。蓄積モードでは、ブランキングは、連続モードの場合と同様に行われるが、画素を他の状態にラッチするために要求される後続の駆動電圧は、ラッチングが発生するように、τＶ３を超えることが必要である。図５ｂに示された例では、これらの画素における列電圧はτＶ４よりも高いので、画素の完全なラッチングが実現される。
【０１００】
蓄積モードで動作する装置の場合、アナログ階調レベルを蓄積することも可能である。例えば、Ｂｒｙａｎ−Ｂｒｏｗｎらによって、Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ予稿集（１９９８）のページ１０５１−１０５２に記載されているように、チャープ格子構造を使用することが可能である。空間的ディザを行うためサブピクセル化を準備してもよい。実際上、当業者であれば、双安定装置においてアナログ階調を実現するために使用される技術（例えば、部分的なスイッチング領域の利用）は、蓄積モードで動作する本発明による装置において階調を得るために使用できることが分かるであろう。同様に、当業者によって認められるように、時間的ディザは、連続モード動作中に階調を得るために適用可能である。
【０１０１】
連続更新モードで動作するとき、本発明によるディスプレイは、外照反射モードで使用されるであろう。蓄積モードの場合、ディスプレイは、電力を更に節約するため、照明を使用しない反射モードで動作することが要求されるであろう。したがって、液晶層は反射モードで動作するように理想的に作られるだろう。しかしまた、装置の正確な動作環境に依存して、装置は透過モードで動作するように最適化され得る。このような目的のため装置を最適化する技術は、当業者に周知であろう。
【０１０２】
本発明の一実施形態では、ＺＢＤ表面の下側にＴＦＴが挿入されている内部光制御反射器と、前面のカラーフィルタ・プレートと、を有する単一の内部反射偏光子が設けられる。或いは、背面の鏡面反射プレートを、パネルの前方の拡散シートと共に使用してもよい。ＺＢＤ格子はアクティブ・プレートまたは共通プレートのどちらに配置しても構わないが、製造の容易さの点で、格子は共通プレート側に製作する方が好ましい。或いは、要求される格子側面形状は、ＴＦＴを処理する際に使用されるマスクされたステップのうちの一つと同時に製作してもよい。
【０１０３】
図６には、本発明によるＺＢＤテストセルをパッシブ・アドレス指定する技術が示されている。テストセルは、１．５μｍのセルギャップを有し、市販されているネマチック液晶材料ＭＬＣ６２０４で充填されている。曲線６０は、装置を欠陥（即ち、ツイストネマチック）状態から無欠陥状態へ完全にラッチするために所定の持続期間の双極パルスに対して要求される電圧を表し、一方、曲線６２は、ラッチングの始まりを表している。かくして、部分的ラッチング領域６４が定義される。
【０１０４】
上述のように、パッシブ・マトリクス・ディスプレイは、典型的に、セル表面の上側に配置された行電極の縞と、セル表面の下側に配置された列電極の縞と、を使用して構成される。これにより、アドレス指定可能な画素エレメントのマトリクスが得られる。この場合、単一の画素の液晶に印加される合成電圧は、単に、関連した列電極および行電極に印加された電圧の差である。典型的に、ストローブ波形は順番に行に供給され、データ波形（例えば、選択または非選択波形）は順番に列に供給される。このように、ディスプレイの各画素は順々にアドレス指定（多重化）され得る。このタイプの多重化技術は当業者に周知である。
【０１０５】
ストローブ波形は、特定の画素の応答を定めるため、種々のデータ波形と組み合わせることができる。振幅が１１Ｖの４００μｓの双極ストローブパルスを選択し、これを同じ持続期間の−１Ｖおよび＋１Ｖのデータパルスと組み合わせることにより、それぞれ１２Ｖ（図６の点Ｂ）および１０Ｖ（図６の点Ａ）の合成電圧パルスが当該画素に生成される。理想的なストローブパルスの場合、−２．７Ｖおよび＋２．７Ｖのデータパルスの印加によって、それぞれ１３．７Ｖ（図６の点Ｃ）および８．３Ｖ（図６の点Ｄ）の合成電圧パルスが当該画素に生成される。このように、±１Ｖのデータ電圧が連続モード動作（即ち、点ＡおよびＢ）を与えるために使用され、±２．７Ｖのデータ電圧が選択および非選択ラッチングを与える合成パルスを生ずることが分かる。
【０１０６】
図７には、０．９μｍのピッチを有する双安定格子を用いて形成されたＺＢＤテストセルの透過性の変化が示されている。線８０は、持続期間が５００μｓの様々な大きさのラッチング電圧パルスが印加された場合のセルの透過性の変化を（任意の単位で）表す。線８２は、ＲＭＳスイッチング電圧が印加された場合の透過性の変化を表す。どちらのケースでも、ＴＮ状態は測定を行う前に選択された。
【０１０７】
図８には、図７に関して説明したテストセルについての透過性（任意の単位）とＲＭＳ電圧データの関係が拡大図として示されている。このテストセルの場合、０．７ＶのＲＭＳ電圧（Ｖ_ｏｆｆと表記）および１．６ＶのＲＭＳ電圧（Ｖ_ｏｎと表記）の印加によって、それぞれ９０％の透過および１０％の透過が生じることが分かる。
【０１０８】
図７および８に示した連続ＲＭＳスイッチングの電気光学応答を採用すると、多重化可能な最大ライン数（ｎ_ｍａｘ）は次式
【数１】

を用いて推定することができる。ここで、データＶ_ｄ信号およびストローブＶ_ｓ信号は、近似的に、次式
【数２】

によって関連付けられる。
【０１０９】
図８に示された結果に対して、式（１）および（２）は、ｎ_ｍａｘ＝２およびＶ_ｄ＝０．７１Ｖ_ｓを推定する。望ましくないラッチングを伴わずに連続モードを動作させるため、以下の条件
【数３】

が成り立つ。式中、Ｖ_ｔｈは持続期間τ_ｓのパルスのラッチング振幅に関する閾値であり、τ_ｃは連続モードパルスの持続時間である。
【０１１０】
図７の結果を採用し、τ_ｃ＝τ_ｓ＝５００μｓを選択することにより、Ｖ_ｓ＜０．５８６Ｖ_ｔｈという条件下では、望ましくないラッチングを発生させることなく、（例えば、アニメーションを表示するため）２行が連続的にアドレス指定される。この場合（Ｖ_ｔｈ＝２２Ｖ）、Ｖ_ｓ＝１２．５Ｖであり、Ｖ_ｄ＝８．８Ｖであり、蓄積モードＶ_Ｄへのラッチのために要するデータは９．５Ｖよりも大きくなければならない。τ_ｓ、Ｖ_ｔｈおよびＶ_ｓを適切に調整することにより、別の電圧を選択できることが分かるであろう。
【０１１１】
図９および１０には、本発明によるパッシブ・アドレス指定型ディスプレイが示されている。
【０１１２】
液晶セル１０１は、例えば、ガラスおよび／またはプラスチックのような適当な材料である壁１０３と１０４の間に収容された液晶材料の層１０２により形成される。装置が反射モードで動作させられる場合には、シリコンまたは金属を使用してもよい。セルの全体に適切に分散させられたスペーサ１０５は、必要な距離だけ離れた状態に壁を保つ。行電極１０６のような細長い片は、例えば、ＳｎＯ_２、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）またはアルミニウムでもよく、一方の壁１０３に形成され、類似した列電極１０７はもう一方の壁１０４に形成される。ｍ行の行電極とｎ列の列電極を用いることにより、行電極と列電極の交差によって形成されたアドレス指定可能な素子または画素のｍ×ｎ形のマトリクスが形成される。
【０１１３】
行ドライバ１０８は電圧を各行電極１０６に供給する。同様に、列ドライバ１０９は電圧を各列電極１０７に供給する。印加電圧の制御は、電圧源１１１およびクロック１１２に接続された制御ロジック１１０によって行われる。
【０１１４】
セルの両側には偏光子１１３と１１３’があり、これらの偏光子は、特定の液晶配置に依存して、隣接した壁１０３、１０４に配置され、それらの偏光軸は、もしあれば、配向方向Ｒに対して実質的に４５°の角度で相互に実質的に交差する。更に、例えば、伸縮ポリマーの一つ以上の光補償層１１７は、液晶層１０２と接近させて壁と偏光子の間に追加される。もちろん、当業者は、１個の偏光子を使用して実現可能な、または、偏光子を一つも使用せずに実現可能な別の実施形態に気が付くであろう。
【０１１５】
部分反射鏡１１６を光源１１５と共にセル１０１の後ろ側に配置してもよい。これにより、ディスプレイは、ぼんやりした周囲照明状態で後方からの反射および照明で見ることが可能になる。透過型装置の場合、鏡１１６は省かれる。或いは、内部アルミニウム電極のような内部反射表面が使用される。
【０１１６】
組立の前に、セル壁１０３、１０４のうちの少なくとも一方は、双安定プレチルトを得るために、表面配向格子が設けられる。他の表面は、平坦な、傾斜した、若しくは、ホメオトロピックな単安定表面が設けられるか、または、別の双安定表面が設けられる。双安定プレチルトを与える表面配向格子構造体は、上述の種々の技術を使用して製作される。
【０１１７】
上記の実施形態では、正の材料を使用して動作する９０°のツイストＺＢＤセルが用いられているが、当業者は、複数の代替的なＺＢＤ構造を使用可能であることを直ちに認めるであろう。例えば、９０°を超える捩れを発生させるため、コレステリック添加物をネマチック液晶材料に添加することができる。これは、ＳＴＮのような急勾配の電気光学スイッチング閾値を与え、連続モードにおいて、より多数のラインをパッシブ・アドレス指定できるようにさせる。典型的な液晶混合物の場合、これは、ネマチックホスト内に０．０２％未満のコレステリック添加物しか要求しない（通常、ｄがセル間隔を表し、Ｐがネマチック／コレステリック混合物のナチュラル・ピッチを表すとき、ｄ／Ｐ＜１．２５を与える。）。
【０１１８】
負の材料はホメオトロピック単安定表面と組み合わせて使用され、ブランキングパルスは無欠陥状態へラッチするため選択され、連続モードは垂直配向ネマチック（ＶＡＮ）セルとして動作する。
【０１１９】
プレーナ（または、傾斜したプレーナ）単安定表面（例えば、ラビングされたポリマー）は、ハイブリッド（無欠陥）状態および捩れていないプレーナ（欠陥）状態を有する双安定装置を得るため、双安定表面配向格子の向かい側に使用することができる。正または負の誘電異方性を有する液晶材料はこの構造で使用可能である。セル間隔および液晶複屈折は、ハイブリッド状態が４分の１波長板として機能し（即ち、λ／４の光学的リターデーションを与え）、プレーナ状態は半波長板として機能する（即ち、λ／４の光学的リターデーションを与える）ように調整される。このディスプレイは、配向方向に対し４５°で配向させられた直交偏光子の間に設置することによって、透過モードで動作させることが可能である。或いは、鏡と一つの偏光子を、反射モード動作のために設置してもよい。
【０１２０】
当業者は、代替的なＺＢＤ装置を設けても構わないこと、並びに、本発明の適用可能性がこのようなＺＢＤ装置に限定されないことが分かるであろう。複数の安定構造を有し、スイッチングが行われ得るように構成された装置は、本発明に従って動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１ａ】
従来技術によるＺＢＤの概略図である。
【図１ｂ】
従来技術によるＺＢＤの概略図である。
【図２】
従来技術によるＺＢＤのスイッチング特性を示す図である。
【図３ａ】
本発明による装置の透過性と電圧応答の関係を示す図である。
【図３ｂ】
本発明による装置の透過性と電圧応答の関係を示す図である。
【図４】
従来技術によるＴＮアクティブ・マトリクス装置の概略図である。
【図５ａ】
本発明によるアクティブ・マトリクス装置を示す図である。
【図５ｂ】
本発明によるアクティブ・マトリクス装置を示す図である。
【図６】
パッシブ・アドレス指定方式の説明図である。
【図７】
ＲＭＳ電圧が印加された場合とラッチング電圧が印加された場合のＺＢＤテストセルの透過性の変化を比較する図である。
【図８】
図７に関して説明されたテストセルの透過性とＲＭＳ電圧の関係を示す図である。
【図９】
本発明によるマトリクス多重化液晶ディスプレイの平面図である。
【図１０】
図９のディスプレイの断面図である。

Claims (38)

1. 液晶材料が印加電界のない場合にも持続する二つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つをとり得るような配置で、２個のセル壁の間に設けられた液晶材料の層を含み、
   適切なラッチング電圧パルスの印加によって前記二つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つを選択することができる第１のモード、および、
   電界の印加によって前記液晶材料の層をラッチ構造からスイッチ構造へ切り替えることができ、前記液晶材料の層は前記印加された電界が取り除かれたときに前記ラッチ構造へ戻る第２のモード、
   の二つのモードで動作可能である、液晶装置。
2. 前記装置は前記第２のモードで動作する前に特定の安定構造にラッチされる、請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記配置は、前記液晶材料が三つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つをとり得るような配置である、請求項１または２に記載の液晶装置。
4. 前記配置は、前記液晶材料が二つの安定型液晶構造のうちのいずれか一方をとり得るような配置である、請求項１または２に記載の液晶装置。
5. 二つの安定型液晶構造を与えるように適合した表面配向格子が少なくとも１個のセル壁の内面に設けられる、請求項４に記載の液晶装置。
6. 前記液晶材料はネマチック液晶材料からなる、請求項５に記載の液晶装置。
7. 第１のセル壁の内面に設けられた表面配向格子と、第２のセル壁の内面に設けられたプレーナ表面処理部と、を含み、
   前記配置は、前記安定型液晶構造の一方がツイストネマチック構造であるような配置である、請求項５または６に記載の液晶装置。
8. 前記ツイストネマチック構造における前記液晶材料の捩れは４５°よりも大きくされる、請求項７に記載の液晶装置。
9. 前記ツイストネマチック構造における前記液晶材料の捩れは９０°よりも大きくされる、請求項７または８に記載の液晶装置。
10. 前記装置は前記第２のモードで動作する前に前記ツイストネマチック構造にラッチされる、請求項７から９のいずれか一項に記載の液晶装置。
11. 第１のセル壁の内面に設けられた表面配向格子と、
    第２のセル壁の内面に設けられたホメオトロピック表面処理部と、
    を有し、
    前記配置は前記安定型液晶構造の一方が垂直配向ネマチック構造であるような配置である、請求項５または６に記載の液晶装置。
12. 前記装置は前記第２のモードで動作する前に前記垂直配向ネマチック構造にラッチされる、請求項１１に記載の液晶装置。
13. 前記液晶材料は、ネマチック（または、ピッチの長いコレステリック）材料からなる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の液晶装置。
14. 前記液晶材料はコレステリック液晶材料を更に含む、請求項１３に記載の液晶装置。
15. 前記液晶材料は０．０２重量％未満のコレステリック液晶材料を含む、請求項１４に記載の液晶装置。
16. 液晶層の厚さと前記液晶材料のピッチの比は、０．２５から１．２５までの範囲に収まる、請求項１４または１５に記載の液晶装置。
17. 前記液晶材料は正の誘電異方性をもつ、請求項１から１６のいずれか一項に記載の液晶装置。
18. 前記液晶材料は負の誘電異方性をもつ、請求項１から１６のいずれか一項に記載の液晶装置。
19. 前記セル壁は電界を前記液晶に印加する電極を含み、
    前記電極はアドレス指定可能な画素のマトリクスを形成するように配置される、
    請求項１から１８のいずれか一項に記載の液晶装置。
20. 第１のセル壁に形成された行電極と、第２のセル壁に形成された列電極と、を含み、
    前記第１のセル壁および前記第２のセル壁は、パッシブ・アドレス指定可能な画素のアレイを画成するように配置される、
    請求項１９に記載の液晶装置。
21. 各個の画素に電界を独立に印加する手段を含む、請求項１９に記載の液晶装置。
22. 前記各個の画素に電界を独立に印加する手段は薄膜トランジスタ素子を含む、請求項２１に記載の液晶装置。
23. 蓄積容量部が各薄膜トランジスタ素子と結合されている、請求項２２に記載の液晶装置。
24. ２個以上の画素をアドレス指定する能力を備えた少なくとも１個の離散的半導体回路を含む、請求項１９に記載の液晶装置。
25. 前記第１のモードの動作および前記第２のモードの動作が異なる画素または異なる画素のグループに対して同時に使用できるように適合している、請求項１９から２４のいずれか一項に記載の液晶装置。
26. 前記第２のモードで動作させられる画素は、前記第２のモードで動作する前に所定の安定型液晶構造へブランキングされる、請求項１９から２５のいずれか一項に記載の液晶装置。
27. 前記装置に印加される駆動電圧は実質的に長期に亘って直流平衡化されている、請求項１から２６のいずれか一項に記載の液晶装置。
28. 前記第２のモードはビデオレートで画像を表示するように適合している、請求項１から２７のいずれか一項に記載の液晶装置。
29. 前記第２のモードは２５６階調レベルで画像を表示するように適合している、請求項１から２８のいずれか一項に記載の液晶装置。
30. 異なる液晶構造を区別するため少なくとも１個の偏光子を含む、請求項１から２９のいずれか一項に記載の液晶装置。
31. 前記装置は反射手段を含み、
    前記装置は反射モードで動作するように構成されている、
    請求項１から３０のいずれか一項に記載の液晶装置。
32. カラーフィルタ素子を更に含む、請求項１から３１のいずれか一項に記載の液晶装置。
33. 第１のモードの動作または第２のモードの動作を選択する電子手段を更に含む、請求項１から３２のいずれか一項に記載の液晶装置。
34. 請求項１から３３のいずれか一項に記載の液晶装置を電気的にアドレス指定するように適合したマイクロプロセッサユニットを含む、情報表示装置。
35. 液晶材料が印加電界の存在しない場合に持続する二つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つをとり得るように構成された液晶装置を採用するステップと、
    前記装置を第１のモードで動作させるかまたは第２のモードで動作させるかを決定するステップと、
    を有し、
    前記第１のモードの動作では、前記二つ以上の安定型液晶構造のうちのいずれか一つが適切なラッチング電圧の印加により選択可能であり、
    前記第２のモードの動作では、電界の印加は、前記液晶材料の層をラッチ構造からスイッチ構造へ切り替えることができ、前記液晶材料の層は前記印加された電界が取り除かれたとき前記ラッチ構造へ戻る、
    液晶装置を動作させる方法。
36. 前記液晶装置は複数の画素を有し、その中の一部の画素だけが前記第２のモードで動作させられる、請求項３５に記載の方法。
37. 前記液晶材料は前記第２のモードで動作する前に特定の安定構造にラッチされる、請求項３５または３６に記載の方法。
38. ＺＢＤを動作させる、請求項３５から３７のいずれか一項に記載の方法。

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