JP2005525595A - 櫛型構造を有する画像電極を備えた双安定液晶ディスプレイデバイス - Google Patents

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Abstract

櫛型の歯（２３）間の距離が変化する櫛型構造体、または、櫛型の少なくとも１つの歯の幅が変化する櫛型構造体に、双安定ネマチック効果に基づく晶ディスプレイに画像電極（１５）を、付与することによって、より安定的なグレイレベルが得られる。

Description

本発明は、第１の基板と第２の基板との間にネマチック液晶材料を含み、少なくとも一方の基板は、複数の電極を備え、これらの電極が画像要素（画素）を決定する液晶ディスプレイデバイスに関し、二つの安定状態の間の範囲で画像要素を駆動する駆動手段を備え、安定状態における液晶分子が一方の基板から他方の基板を見た場合に異なるツイスト角度を有する液晶ディスプレイデバイスに関する。
ネマチック液晶材料の双安定性に基づく液晶ディスプレイ効果は、周知である。一例は、２つの安定状態を示すスーパーツイストネマチック効果であり、これはモバイル電話機からラップトップコンピュータに亘る多くのディスプレイ用途で使用されている。他の双安定電気光学効果は、例えば、Dozov等による（「Recent Improvements of Bistable nematic Displays Switched by Anchoring Breaking」（アンカーリングブレーキングによって切り換えられる双安定ネマチックディスプレイの最近の改良）、ＳＩＤ２００１、２２４〜２２７頁）によって記述されている。
双安定液晶ディスプレイは、最新の周波数が低い場合、電力消費が非常に低い。これは、電子本（electronic books）等のモバイルデバイスの用途に非常に適する。しかしながら、これらの用途において、カラー、グレイスケールおよびビデオコンテンツを有する画像の表示を可能にすることに対する要請が増加している。
一般的に、双安定電気光学効果は、これらの要求を満足する可能性が殆どない。所謂、π双安定ツイストネマチック液晶ディスプレイに対してグレイスケールを実現することは、Xie等による（Bistable Twisted Nematic Liquid Crystal Displays with Permanent Grayscales and Fast Switching）（永久グレイスケールを有する双安定ツイストネマチック液晶ディスプレイおよび高速スイッチング），SID01 Digest、２２８〜２３１頁、２００１に記述されており、そこでは、電極は、複数の歯を備える櫛型構造を有する。スイッチング中、電圧は、更なる（画素）電極と櫛型電極との間に高電界が存在するように印加される。これによって、櫛部の歯のエッジに周辺（fringe）電界を引き起こし、ここで電界線は、電極の面に対して垂直ではない。周辺（fringe）電界は、櫛型電極で液晶の固着（anchoring）を崩し、電圧によって、高ツイストまたは低ツイスト状態が達成される。
Xie等は、中間電圧で駆動することによって、グレイスケールを得ることが可能であるが、再現可能なグレイスケールを得ることには問題があることを示している。櫛型電極のエッジ近くで、固着（anchoring）が崩れ、その画素の一部分は他方の安定状態にスイッチすると共に、他の部分は元の状態のままである。この種の駆動の場合、特に、一方のグレイレベルから他方のクレイレベルに駆動する際に、再現可能なグレイスケールを得ることが困難である。
本発明の目的の１つは、再現可能なグレイスケールを有する双安定液晶ディスプレイデバイスを提供することによって、これらの欠点を克服することである。
この目的のために、本発明に従った液晶ディスプレイデバイスにおいて、電極は、櫛型の歯の間の距離が変化する櫛型構造、或いは、櫛型の少なくとも一本の歯の幅が変化する櫛型構造を少なくとも部分的に備える。
“少なくとも部分的に櫛型構造を有する”とは、このような櫛型構造の歯の端部が、例えば、共通電極ストリップを介して、再び相互接続され得ることを意味する。
本発明は、核生成と成長のみに依存することの代わりに、画像要素（画素）における黒と白の領域の相対サイズが、櫛型のレイアウトによって主に制御されることの識見に基づく。完全なスイッチングの為の異なる閾値電圧が、画素の異なる部分で発生する。あるアドレス電圧において、画像要素（画素）の幾つかの部分がスイッチし、一方で、他の部分はスイッチしない。
一方では、櫛型の歯同士間の距離の変化は、櫛型の２つの隣合う歯の間の異なる歯間距離によって得られる。
他方では、２つの歯の対向側が、階段状のエッジを備えてもよい。
２つの隣合う歯の対向側が、核生成中心（例えば、テーパー状構造）を備えることが好ましい。
更に一般的には、画像要素（画素）における黒と白の領域の相対サイズが、電界分布の（制御された）変化によって主に制御され、この変化は、電極領域に亘って形状または領域が変化する開口を備えた構造を少なくとも部分的に有する電極によって得ることができるとの識見に本発明は基づく。
本発明のこれらおよび他の態様は、以下に述べられる実施形態から明らかであり、それを参照して説明される。
図面は、概略的であり、縮尺どおりには描かれてはおらず、一般的に、対応する部分は、同じ参照番号によって示される。
図１は、本発明が適用可能なディスプレイデバイス１の一部分の電気等価回路図である。１つの可能な実施形態（所謂、“パッシブモード”と呼ばれる一の駆動モード）において、行即ち選択電極７と列即ちデータ電極６との交差領域によって決定される画素８のマトリックスを備える。行電極は、行ドライバ４によって連続的に選択され、一方、列電極には、データレジスタ５を介してデータが供給される。このために、もし必要ならば、入力データ２は、プロセッサ３において最初に処理される。行ドライバ４とデータレジスタ５の間の相互同期は、ドライバライン９を介して発生する。
他の可能な実施形態（“アクティブモード”と呼ばれる他の駆動モード）において、行ドライバ４からの信号は、ゲート電極が行電極７に電気的に接続されかつソース電極が列電極に電気的に接続された薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０を介して画像電極を選択する。列電極６にある信号は、ＴＦＴを介してドレイン電極に結合された画素８の画像電極へ転送される。他の画像電極は、例えば、１つ（またはそれより多くの）共通カウンタ電極に接続されている。図１においては、唯１つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０が、単に例として描かれている。
図２は、（ＩＴＯまたは金属）画像電極１５とカウンタ電極１９をそれぞれ備えた、例えば、ガラスまたは（フレキシブルな）合成材料からなる２つの基板１３と１４との間にある液晶材料１２の一部分の断面図である。Xie等による（Bistable Twisted Nematic Liquid Crystal Displays with Permanent Grayscales and Fast Switching）（永久グレイスケールを有する双安定ツイストネマチック液晶ディスプレイおよび高速スイッチング），SID01 Digest、２２８〜２３１頁、２００１に記述されているように、双安定デバイスは、誘電層１８によって画像電極１５から電気的に絶縁された更なる平面電極１７を更に備える。このデバイスは、アラインメント層１９、１９‘および偏光子２０、２１を更に備える。１つの画像要素（画素）のサイズは、双方向矢印２２によって図２に示されている。
本発明に従って、電極１５は、櫛型の歯同士間の距離が変化する櫛型構造を有する。図３に示されるように、２つの隣合う歯２３の間の距離は、それぞれ、４ａ、２ａ、および１．５ａである。このように、完全なスイッチングの為の異なる閾値電圧が、画素の異なる複数の部分に存在する。あるアドレス電圧では、画素の幾つかの部分がスイッチする一方で、他の部分はスイッチしない。このように、画素の黒および白の領域の相対サイズは、Xie等のように、これらのドメインの核生成と成長に依存する代わりに、櫛型電極のレイアウトによって制御される。また、これは、図４Ａと図４Ｃに示されるように、櫛型の歯２３の幅の変化する櫛型構造や、２つの隣合う歯の間の距離２４が変化するが、歯２３の幅が図４Ｂに示されるように実質的に一定である構造に適合する。
図５に示される実施形態において、白と黒のドメインは、画素全体に亘って、より均一にひろがると考えられる。
グレイスケール（および高い再生性）における離散的ステップ（段部）は、核生成プロセスの成長のための良好に決定された点に或る種のバリアを導入することによって得られる。これを達成する１つの方法は、図６の実施形態において示されるように、ステップ機能（形状部）を導入することである。勿論、ステップの数を増加することは、グレイスケールのレベル数を増加させることである。他の解決策が図７に示されており、ここでは、図４に示されるのと同様の櫛型電極が使用されているが、小さな構造体（この例では、テーパー状の構造体）が、良好に決定された点で安定状態の核生成を停止するために追加される。
本発明の保護範囲は、記述された実施形態に限定はされない。本明細書の導入部で述べたように、複数の歯２４は、図３〜７において破線で示された更なる電極ストリップ２６を介して相互接続されてもよい。
図８において、電界分布の画像要素（画素）のバリエーションにおける黒と白の領域の相対サイズによって、開口２９を備えた構造を有する電極によって得られる画像要素（画素）における黒と白の領域の相対サイズが制御される。電極の領域上にある開口の形状や領域を変化させることによって、同様の有利な効果（より安定的なグレイレベル）が、他の双安定ディスプレイ効果において得ることができる。
本発明は、各々および全ての新規な特徴的形態および各々および全ての特徴的形態の組合せにある。それぞれの請求項の参照番号は、それらの保護範囲を制限するものではない。動詞“備える”（to comprise）の使用とその活用形は、請求項において述べられたもの以外の要素の存在を排除するものではない。要素に先行する冠詞「ａ」または「ａｎ」は、そのような要素の複数の存在を排除するものではない。
ディスプレイデバイスの電気回路図である。 本発明に従ったデバイスのディスプレイセルの断面図である。 本発明に従ったデバイスのディスプレイセルにおける画像電極の平面図である。 本発明に従ったデバイスのディスプレイセルにおける画像電極の平面図である。 本発明に従ったデバイスのディスプレイセルにおける画像電極の平面図である。 本発明に従ったデバイスのディスプレイセルにおける画像電極の平面図である。 本発明に従ったデバイスのディスプレイセルにおける画像電極の平面図である。 本発明に従ったデバイスのディスプレイセルにおける他の画像電極の平面図である。

Claims (10)

  1. 第１の基板と第２の基板との間にネマチック液晶材料を備え、少なくとも一方の基板は、画像要素を決定する複数の電極を含む液晶ディスプレイデバイスであって、
    前記デバイスは、二つの安定状態の間の範囲で前記画素を駆動する駆動手段を備え、前記安定状態において液晶分子は、一方の基板から他方の基板を見た場合に異なるツイスト角度を有し、前記電極は、少なくとも櫛型の歯の間で変化する距離を有する櫛型構造、または、前記櫛型の少なくとも一つの歯の幅を変化させた櫛型構造を、少なくとも部分的に有することを特徴とする液晶ディスプレイデバイス。
  2. ２個の歯の対向する側は階段状のエッジを有することを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイデバイス。
  3. 前記歯間距離が、前記櫛型の２個の隣接する歯の間で異なっていることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイデバイス。
  4. 核生成中心が前記電極のエッジに沿って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイデバイス。
  5. ２個の隣接する歯の対向する側は核生成中心を備えることを特徴とする請求項４に記載の液晶ディスプレイデバイス。
  6. ２個の歯の対向する側はテーパー状の構造を備えることを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイデバイス。
  7. 第１の基板と第２の基板との間にネマチック液晶材料を備え、少なくとも一方の基板は、画像要素を決定する複数の電極を備えた液晶ディスプレイデバイスであって、
    前記デバイスは二つの安定状態の間の範囲で前記画素を駆動する駆動手段を備え、前記安定状態において液晶分子は一方の基板から他方の基板を見た場合に異なるツイスト角度を有し、前記電極は開口を備えた構造を少なくとも1部分に有し、この開口の形状または領域は１個の電極の領域上で変化することを特徴とする液晶ディスプレイデバイス。
  8. 核生成中心は、前記電極のエッジに沿って或いは前記電極の前記開口内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイデバイス。
  9. 前記第１の基板上に駆動電極と画像電極との間のスイッチング要素を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイデバイス。
  10. 前記第１の基板上に行電極と列電極を備え、前記スイッチング要素は薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項９に記載の液晶ディスプレイデバイス。
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