JP2007298818A - 液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】コレステリック液晶からなる液晶層の状態変化を利用した液晶デバイスに対し、極めて短い時間での画像書き込みを可能とする液晶デバイスの駆動方法および液晶デバイス駆動装置を提供する。
【解決手段】電極5,6間にコレステリック液晶からなる液晶層7が挟持されてなる液晶デバイス1に、下記工程で画像を記録する液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置。[A]液晶層7におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を両電極5,6間に印加する初期化工程。[B]電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して両電極5,6間に印加する選択工程。[C]高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を両電極5,6間に印加する保持工程。
【選択図】図6
【解決手段】電極5,6間にコレステリック液晶からなる液晶層7が挟持されてなる液晶デバイス1に、下記工程で画像を記録する液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置。[A]液晶層7におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を両電極5,6間に印加する初期化工程。[B]電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して両電極5,6間に印加する選択工程。[C]高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を両電極5,6間に印加する保持工程。
【選択図】図6
Description
本発明は、液晶デバイスに像を書き込むための駆動方法、および液晶デバイス駆動装置に関する。
森林資源保護などの地球環境保全や、スペースセーブといった事務環境改善などの理由から、紙に替わるハードコピー技術として、リライタブルマーキング技術への期待が大きい。
紙のハードコピーには、(1)明るく、コントラストの高い、反射型フルカラー表示が可能であり、読みやすく、情報表示密度が高い、(2)軽薄で、可とう性を有する構造であり、楽な姿勢で見ることができ、照明条件の選択の幅が広い、(3)表示にメモリ性を有し、無電源での情報表示、保存が可能であるとともに、フリッカレスな表示で、目の疲労が少ない、(4)低コストで、複数枚の同時表示による一覧性が得やすく、情報の比較やブラウジングなどが容易である、といった従来の電子ディスプレイには無い優れた利便性を持っている。
紙のハードコピーには、(1)明るく、コントラストの高い、反射型フルカラー表示が可能であり、読みやすく、情報表示密度が高い、(2)軽薄で、可とう性を有する構造であり、楽な姿勢で見ることができ、照明条件の選択の幅が広い、(3)表示にメモリ性を有し、無電源での情報表示、保存が可能であるとともに、フリッカレスな表示で、目の疲労が少ない、(4)低コストで、複数枚の同時表示による一覧性が得やすく、情報の比較やブラウジングなどが容易である、といった従来の電子ディスプレイには無い優れた利便性を持っている。
このため、オフィスのペーパーレス化は期待されるほどには促進されず、電子ディスプレイに表示されている情報を改めて紙にハードコピーとして印字してから閲覧するという行為を引き起こす結果になっている。そこで、紙に代わる表示媒体には、省資源、省廃棄物を実現するための書き換え可能性に加えて、上記のような紙文書固有の多様な利便性の再現が必要となる。
より一層利便性の高い各種リライタブルマーキング技術の研究が為されているが、その1つの方向性として、液晶と光導電体とを積層した液晶デバイスによる技術は、繰り返し記録/消去を行うことを可能とし、その他優れた特性を実現し得ることから注目されている。中でも、本発明者らが特許文献1において提案する技術、すなわち、「液晶層と光導電層を積層した液晶デバイスにおいて、前記液晶層をコレステリック液晶と透明樹脂からなる自己保持型液晶複合体とし、前記光導電層を有機光導電層としたことを特徴とする液晶デバイス」は、液晶デバイスの全面にわたって同時に露光しなくても画像を形成することができ、書き込み装置の小型化および低コスト化を実現することができるとともに、液晶デバイスとしても、薄型かつ軽量で、取り扱いやすくなり、システム全体として、ハードコピーに代わり得るリライタブル表示媒体および書き込み装置を実現することができるといった卓越した特徴を有するものである。
当該技術の概要について説明する。コレステリック液晶(カイラルネマチック液晶)が示すプレーナは、螺旋軸に平行に入射した光を右旋光と左旋光に分け、螺旋の捩じれ方向に一致する円偏光成分を干渉反射し、残りの光を透過させる選択反射現象を起こす。反射光の中心波長λおよび反射波長幅Δλは、螺旋ピッチをp、螺旋軸に直交する平面内の平均屈折率をn、複屈折率をΔnとすると、それぞれ、λ=n・p、Δλ=Δn・pで表され、プレーナのコレステリック液晶層による反射光は、螺旋ピッチに依存した鮮やかな色を呈する。
正の誘電率異方性を有するコレステリック液晶は、図16(A)に示すように、螺旋軸がほぼセル表面に垂直になり、入射光に対して上記の選択反射現象を起こすプレーナ、図16(B)に示すように、螺旋軸がほぼセル表面に平行になり、入射光を少し前方散乱させながら透過させるフォーカルコニック、および図16(C)に示すように、螺旋構造がほどけて液晶ダイレクタが電界方向を向き、入射光を透過させるホメオトロピック、の3つの代表的な状態を示す。
上記の3つの状態のうち、プレーナとフォーカルコニックは、無電界で双安定に存在することができる。したがって、コレステリック液晶の状態は、液晶層に印加される電界強度に対して一義的に決まらず、プレーナが初期状態の場合には、電界強度の増加に伴って、プレーナ、フォーカルコニック、ホメオトロピックの順に変化し、フォーカルコニックが初期状態の場合には、電界強度の増加に伴って、フォーカルコニック、ホメオトロピックの順に変化する。
一方、液晶層に印加した電界強度を急激にゼロにした場合には、プレーナとフォーカルコニックはそのままの状態を維持し、ホメオトロピックはプレーナに変化する。
したがって、パルス信号を印加した直後のコレステリック液晶層は、図17に示すようなスイッチング挙動を示し、初期状態がプレーナの場合には白丸で示すように、印加されたパルス信号の電圧が、Vph以上のときには、ホメオトロピックからプレーナに変化した選択反射状態となり、VpfとVphの間のときには、フォーカルコニックによる透過状態となり、Vpf以下のときには、パルス信号印加前の状態を継続した状態、すなわちプレーナによる選択反射状態となる。
したがって、パルス信号を印加した直後のコレステリック液晶層は、図17に示すようなスイッチング挙動を示し、初期状態がプレーナの場合には白丸で示すように、印加されたパルス信号の電圧が、Vph以上のときには、ホメオトロピックからプレーナに変化した選択反射状態となり、VpfとVphの間のときには、フォーカルコニックによる透過状態となり、Vpf以下のときには、パルス信号印加前の状態を継続した状態、すなわちプレーナによる選択反射状態となる。
一方、初期状態がフォーカルコニックの場合には黒丸で示すように、印加されたパルス信号の電圧が、Vfh以上のときには、ホメオトロピックからプレーナに変化した選択反射状態となり、Vfh以下のときには、パルス信号印加前の状態を継続した状態、すなわちフォーカルコニックによる透過状態となる。
図中、縦軸は正規化反射率であり、最大反射率を100、最小反射率を0として、反射率を正規化している。また、プレーナとホメオトロピックの状態変化のしきい値電圧をVphとし、プレーナとフォーカルコニックの状態変化のしきい値電圧をVpfとし、フォーカルコニックとホメオトロピックの状態変化のしきい値電圧をVfhとしている。なお、プレーナ、フォーカルコニックおよびホメオトロピックの各状態間には、遷移領域が存在するため、しきいレベルとした正規化反射率を添え字で表示している。同図では、正規化反射率50をしきいレベルとして表示している。
当該技術による液晶デバイスでは、このコレステリック液晶の双安定現象を利用して、(A)プレーナによる選択反射状態と、(B)フォーカルコニックによる透過状態とを、スイッチングすることによって、無電界でのメモリ性を有するブラック・ホワイトのモノクロ表示、または無電界でのメモリ性を有するカラー表示を行う。
さらに、当該技術による液晶デバイスにおいて、自己保持型液晶複合体と有機光導電体は、いずれも原液の塗布やラミネート加工によって積層形成することができるので、当該液晶デバイスは、容易かつ安価に作製することができる。また、自己保持型液晶複合体も有機光導電体も、いずれもハードコピーに要求される解像度を容易に達成することができ、液晶デバイスの表示分解能を高くすることができる。
当該技術による液晶デバイスは、全面にわたって同時に露光しなくても画像を形成することができることから、走査系の露光装置、例えばレーザ光露光装置や発光ダイオードアレイを用いて、液晶デバイスの表面を走査することにより、画像の書き込みをすることができる。
図18に、当該技術による液晶デバイスを走査系の露光装置で画像の書き込みを行っている様子を模式的に表す模式図を示す。図18に示されるように、当該技術による液晶デバイスは、一対の電極基板間に液晶層である表示層と光導電層であるOPC層とを例えば遮光層を挟んで積層挟持してなるものである。表示層全面をプレーナにリセットした後、両電極に所定のバイアス電圧を印加した状態でラインヘッドあるいはビームスキャナ等の露光装置でOPC層側の表面を走査して像様に露光することで、所望の記録画像を書き込むことができる。
既述のように、この書き込みの際に液晶層は、露光の有無により、プレーナからフォーカルコニックへの状態変化を生じさせる部位とさせない部位とのコントラストを得て、所望の記録画像を形成するものであるが、このプレーナからフォーカルコニックへの状態変化には、ある程度の時間を必要とする。具体的には、数百ms(およそ200ms以上)の時間をかけて、液晶層は状態変化を完了させるため、1走査ライン(あるいは1画素)毎に数百msの書き込み時間を費やすことから、液晶デバイス全面を書き換えるのには、合計として多大な時間がかかってしまう。そのため、上記技術では、書き込みにおける実用性に関して十分なものとは言えないものであった。
状態変化に要する時間を短縮させて1走査ライン(あるいは1画素)毎に費やす書き込み時間を大幅に短縮させる技術として、特許文献2に記載の技術がある。特許文献2に記載の技術では、画像選択に、ホメオトロピックから過渡プレーナへの状態変化を利用している。すなわち、準備期間で液晶層を一旦ホメオトロピックまで状態変化させるだけの高電圧を印加した後、選択期間で過渡プレーナ状態とホメオトロピック状態とを選択し、その後の保持期間で所定の電圧に保持して、過渡プレーナをフォーカルコニックにホメオトロピックをプレーナに状態変化させることで画像を書き込む。このときのホメオトロピックから過渡プレーナへの状態変化に要する時間はかなり短く、1走査ライン(あるいは1画素)毎に費やす書き込み時間は最短で0.2msまで短縮される。
しかし、特許文献2に記載の技術は、以下の理由により、走査系の露光装置を使用する光アドレス型液晶デバイスに適用することができない
画像選択に用いる過渡プレーナ状態は、高電圧を印加して液晶層を一旦ホメオトロピック状態にセットしてから印加電圧を低下させることにより得られる。したがって、特許文献2に記載の技術では、選択期間に液晶層へ印加される電圧は、準備期間に液晶層へ印加される電圧以下でなければならない。
画像選択に用いる過渡プレーナ状態は、高電圧を印加して液晶層を一旦ホメオトロピック状態にセットしてから印加電圧を低下させることにより得られる。したがって、特許文献2に記載の技術では、選択期間に液晶層へ印加される電圧は、準備期間に液晶層へ印加される電圧以下でなければならない。
しかしながら、走査系の露光装置を使用する光アドレス型液晶デバイスでは、書き込み中に表示媒体へ印加される電圧は媒体全面で一定になるため、アドレス光の照射が行われていない準備期間に液晶層へ印加される電圧を、アドレス光のオン・オフで液晶の状態を制御する選択期間の印加電圧より大きくすることができない。つまり、準備期間の駆動電圧が選択期間より高くならなければならない特許文献2に記載の配向状態の変化を、走査型の光アドレス型液晶デバイスで実現することはできず、当該技術を適用した高速書込みを達成することはできない。
したがって、本発明の目的は、コレステリック液晶からなる液晶層を含み当該液晶層の状態変化を利用して画像書込みすることができる液晶デバイスに対し、極めて短い書き込み時間での画像書き込みを可能とする液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置を提供することにある。
発明者らによる鋭意研究の結果、コレステリック液晶における通常のプレーナ、フォーカルコニックおよびホメオトロピックの代表的な3つの状態や過渡的な状態である過渡プレーナ状態の相互間での状態変化ではなく、ホメオトロピックにおける微妙な状態変化が極めて高速であることを見出した。そして、この微妙な状態変化を書き込みにおける選択に用いることで、書き込みに要する時間を極めて短縮することができ、かつ準備期間の印加電圧よりも選択期間の印加電圧の方を大きくすべき駆動方法に適用することができることを見出し、本発明に想到した。
本願発明の最終的な目的は、アドレス光による走査書き込みの時間の短縮にあったが、その目的を達するための本発明に特徴的な構成、すなわち書き込みにおける選択にホメオトロピックにおける微妙な状態変化を採用する構成は、アドレス光を用いず電圧印加のみで書き込む態様の駆動方法や、アドレス光によって面一括で書き込む態様の駆動方法において適用でき、極めて短い書き込み時間での画像書き込みを可能とする。
すなわち本発明の基本発明としての液晶デバイスの駆動方法は、一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶デバイスに、画像を記録するための液晶デバイスの駆動方法であって、
[A]前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を前記両電極間に印加して、前記液晶層をホメオトロピックにする初期化工程と、
[B]電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記両電極間に印加する選択工程と、
[C]前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を前記両電極間に印加して表示画像を得る保持工程と、
からなることを特徴とする。
[A]前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を前記両電極間に印加して、前記液晶層をホメオトロピックにする初期化工程と、
[B]電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記両電極間に印加する選択工程と、
[C]前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を前記両電極間に印加して表示画像を得る保持工程と、
からなることを特徴とする。
また、一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層と光導電層とが積層されてなる、光アドレスを可能とする液晶デバイス(以下、「光アドレス型液晶デバイス」という場合がある。)に、画像を記録するための液晶デバイスの駆動方法にあっては、[A]初期化工程、[B]選択工程および[C]保持工程の各工程は以下のようになる。
[A]前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1が該液晶層に印加されるように、
a)電圧の大きさを調整して前記両電極間に電圧V1’を印加して、または、
b)電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、前記両電極間に電圧V1”を印加しつつアドレス光P1を照射して、
前記液晶層をホメオトロピックにする初期化工程。
a)電圧の大きさを調整して前記両電極間に電圧V1’を印加して、または、
b)電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、前記両電極間に電圧V1”を印加しつつアドレス光P1を照射して、
前記液晶層をホメオトロピックにする初期化工程。
[B]前記両電極間に、電圧V1’以上の電圧V2’を印加しつつ、
a)アドレス光P2を適宜選択的に照射することで、または、
b)光強度の異なるアドレス光(P2HおよびP2L)を部位により適宜選択して照射することで、
アドレス光P2が照射されなかったまたは低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2または高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように部位により選択する選択工程。
a)アドレス光P2を適宜選択的に照射することで、または、
b)光強度の異なるアドレス光(P2HおよびP2L)を部位により適宜選択して照射することで、
アドレス光P2が照射されなかったまたは低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2または高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように部位により選択する選択工程。
[C]前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hが印加された部位がプレーナに、低電圧V2Lが印加された部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する条件となるように、
a)電圧の大きさおよび印加時間を調整して前記両電極間に電圧V3’を印加して、または、
b)電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して、前記両電極間に電圧V3”を印加しつつアドレス光P3を照射して、
表示画像を得る保持工程。
a)電圧の大きさおよび印加時間を調整して前記両電極間に電圧V3’を印加して、または、
b)電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して、前記両電極間に電圧V3”を印加しつつアドレス光P3を照射して、
表示画像を得る保持工程。
ここで、前記アドレス光の照射手段としては、前記液晶デバイスの全面を所望の画像パターンで一括露光する手段を用いることができる。しかし、[A]初期化工程、[B]選択工程および[C]保持工程の各工程で前記両電極間に印加する電圧を同一とし、[B]選択工程でのみアドレス光を照射するように構成した場合には、前記液晶デバイスを一次元的に走査しながら露光する手段であっても、前記液晶デバイスを二次元的に走査しながら露光する手段であっても構わない。これらの場合、実際に前記露光手段として用いるのは、例えば、レーザ光や発光ダイオードアレイを好ましいものとして挙げることができる。
上記本発明の基本発明としての液晶デバイスの駆動方法を適用した本発明の液晶デバイス駆動装置は、一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶デバイスに、画像を記録するための液晶デバイス液晶デバイス駆動装置であって、少なくとも、前記両電極間に電圧を印加し得る電源装置を備え、下記動作が順次為されることを特徴とする。
(初期化動作)前記電源装置により、前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を前記両電極間に印加して、前記液晶層をホメオトロピックにする。
(選択動作)電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記電源装置により前記両電極間に印加する。
(保持動作)前記液晶層のうち、選択動作で高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を前記電源装置により前記両電極間に印加して表示画像を得る。
(選択動作)電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記電源装置により前記両電極間に印加する。
(保持動作)前記液晶層のうち、選択動作で高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を前記電源装置により前記両電極間に印加して表示画像を得る。
また、一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層と光導電層とが積層されてなる、いわゆる光アドレスを可能とする液晶デバイスに、画像を記録するための液晶デバイスの駆動装置にあっては、前記電源装置の他に、少なくとも前記液晶デバイスにアドレス光を照射し得る露光装置を備え、(初期化動作)、(選択動作)および(保持動作)の各動作は以下のようになる。
(初期化動作)前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1が該液晶層に印加されるように、
a)電圧の大きさを調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V1’を印加して、または、
b)電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V1”を印加しつつ、前記露光装置によりアドレス光P1を照射して、
前記液晶層をホメオトロピックにする。
a)電圧の大きさを調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V1’を印加して、または、
b)電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V1”を印加しつつ、前記露光装置によりアドレス光P1を照射して、
前記液晶層をホメオトロピックにする。
(選択動作)前記電源装置により前記両電極間に、電圧V1’以上の電圧V2’を印加しつつ、
a)前記露光装置によりアドレス光(P2)を適宜選択的に照射する、または、
b)光強度の異なるアドレス光(P2HおよびP2L)を部位により適宜選択して前記露光装置により照射することで、
アドレス光P2が照射されなかったまたは低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2’または高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように選択する。
a)前記露光装置によりアドレス光(P2)を適宜選択的に照射する、または、
b)光強度の異なるアドレス光(P2HおよびP2L)を部位により適宜選択して前記露光装置により照射することで、
アドレス光P2が照射されなかったまたは低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2’または高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように選択する。
(保持動作)前記液晶層のうち、選択動作で高電圧V2Hが印加された部位がプレーナに、低電圧V2Lが印加された部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する条件となるように、
a)電圧の大きさおよび印加時間を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V3’を印加して、または、
b)電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V3”を印加しつつ前記露光装置によりアドレス光P3を照射して、
表示画像を得る。
a)電圧の大きさおよび印加時間を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V3’を印加して、または、
b)電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V3”を印加しつつ前記露光装置によりアドレス光P3を照射して、
表示画像を得る。
この場合、アドレス光の照射手段である前記露光装置としては、前記液晶デバイスの全面を所望の画像パターンで一括露光する装置を用いることができる。しかし、[A]初期化工程、[B]選択工程および[C]保持工程の各工程で前記両電極間に印加する電圧を同一とし、[B]選択工程でのみアドレス光を照射するように構成した場合には、前記液晶デバイスを一次元的に走査させることで露光する装置であっても、前記液晶デバイスの全面を二次元的に走査させることで露光する装置であっても構わない。これらの場合、実際に前記露光装置の露光手段として用いるのは、例えば、レーザ光や発光ダイオードアレイを好ましいものとして挙げることができる。
本発明に特徴的な構成について説明する。
既述のように、コレステリック液晶からなる液晶層においては、電圧の印加に伴い、プレーナにある状態からフォーカルコニック、さらにホメオトロピックへと状態変化する(図16参照)。
既述のように、コレステリック液晶からなる液晶層においては、電圧の印加に伴い、プレーナにある状態からフォーカルコニック、さらにホメオトロピックへと状態変化する(図16参照)。
従来技術で説明した、特許文献2に記載の技術では、初期状態をホメオトロピックとしておき、ホメオトロピックから過渡プレーナへと状態変化させて画像を書き込み、その後、ホメオトロピックをフォーカルコニックに、過渡プレーナをプレーナにそれぞれ状態変化させることで、液晶層(表示層)に画像を表示させている。プレーナおよびフォーカルコニックのいずれも、印加電圧を除した後もその状態が保持されるため、書き込まれた画像も安定的に保持される。
特許文献2に記載の技術のみならず従来技術においては、コレステリック液晶における通常のプレーナ、フォーカルコニックおよびホメオトロピックの3つの状態や過渡的な状態である過渡プレーナ状態の相互間での状態変化を利用して液晶デバイスを駆動して画像の書き込みを行っていた。
図1に、本発明において利用した液晶の状態変化を説明するための説明図を示す。図1において、矢印Aで示される状態がコレステリック液晶において何ら電圧を印加していない状態であり、フォーカルコニック(F)とプレーナ(P)とが混在した状態となっている。なお、この電圧印加前の状態において、必ずしも両状態が混在していなければならないのではなく、フォーカルコニック(F)およびプレーナ(P)のいずれかの状態のみであっても構わない。
印加する電圧がある程度高くなると、プレーナ(P)状態であった部位がフォーカルコニック(F)に状態変化して全てがフォーカルコニック(F)となる。さらに十分に高い印加電圧になると、プレーナ(P)およびフォーカルコニック(F)の何れの状態もホメオトロピック(H)へと変化する。一般的には、ホメオトロピック(H)は1つの状態として認識されているが、実際には同じホメオトロピック(H)の中でも液晶の配向状態は画一ではなく、個々の液晶の配向にはばらつきが生じており、そのばらつきの程度が印加電圧の高低で変化してくるものと推測される。
図2に、コレステリック液晶からなる液晶層の誘電率を、測定電圧を変化させながら計測した結果を表すグラフを示す。このグラフは、後述する実施例において作製した液晶デバイス(表示媒体)について、電圧に対する誘電率の変化を、インピーダンスアナライザ(東陽テクニカ社製,126096W)で測定した結果である。なお、測定周波数は、液晶が実効値応答し、かつ液晶中に混在しているイオン種の分極が誘電率に実質的に寄与しないと考えられる1kHzに設定した。
図2のグラフをみればわかるように、コレステリック液晶からなる液晶層は印加電圧の上昇につれてプレーナ(P)、フォーカルコニック(F)、ホメオトロピック(H)へと順次状態変化し、電場方向に分子長軸を向ける液晶の割合が増加して誘電率が上昇する。そして、ホメオトロピック(H)に状態変化した後も誘電率の上昇が見られる。
ここで、ホメオトロピック(H)は、液晶の螺旋構造が解けて各液晶分子が電場の向きに整列した状態と解されている。しかし、実際のホメオトロピック(H)における各液晶分子のダイレクタ(分子長軸方向)は空間的にばらついており、それぞれ電場方向に対してややずれた状態になっている。この巨視的な優先方位に対する液晶分子長軸のずれの平均をオーダーパラメータSと称する。
図3に、この液晶のオーダーパラメータSを説明するための説明図を示す。矢印方向が巨視的な優先方位(ホメオトロピック(H)では電場方向)であり、これに対する液晶分子の長軸のずれをθ[°]とすると、オーダーパラメータSは下記式で表すことができる。
S=(1/2)<3cos2θ−1>
(上記式中、< >は、液晶分子の全空間平均を表す。)
S=(1/2)<3cos2θ−1>
(上記式中、< >は、液晶分子の全空間平均を表す。)
ホメオトロピック(H)に状態変化した後の印加電圧上昇による誘電率の緩やかな増加は、液晶分子の長軸方向がさらに電場方向に揃うように配向している(オーダーパラメータSが増加する)ことを意味するものと推定される。このホメオトロピック(H)におけるなだらかに変化する状態において、オーダーパラメータSが小さい状態(以下、ローオーダーホメオトロピックと称することにする。また、「LH」と略する場合がある。)とオーダーパラメータSが大きい状態(以下、ハイオーダーホメオトロピックと称することにする。また、「HH」と略する場合がある。)との2つをピックアップし、それらの状態から、電圧の大きさおよび印加時間の条件を適切に制御した電圧を印加して保持すると、矢印Bおよび矢印Cに示すように状態変化して、それぞれ、フォーカルコニック(F)およびプレーナ(P)状態となる。すなわち、ホメオトロピック(H)の中でオーダーパラメータSの異なる状態を選択することにより、その後の保持条件を適切に制御すれば、コレステリック液晶からなる液晶デバイスを駆動させ、画像を書き込みできる。
このLH状態とHH状態とは、その後の過渡的な状態においてヒステリシスを示すものと推察される。また、LH状態とHH状態とは、相互に相対的にオーダーパラメータSが高低の関係を示せば、その後の保持における印加電圧条件(大きさ、印加時間)を適切に制御することで目的の状態を導き出すことができる。
すなわち、本発明の液晶デバイスの駆動方法は、まず、初期化工程で液晶分子をホメオトロピック(H)状態に揃え、選択工程で選択的に電圧の大きさを変えてLH状態とHH状態とを選択し、保持工程で制御された条件で電圧を印加することにより、それぞれの状態をフォーカルコニック(F)およびプレーナ(P)状態にすることを発明の格子とする。
以上の論は、本発明の液晶デバイスの駆動方法による液晶デバイスの駆動条件等から導き出されたものであり、液晶駆動の理論自体は推論であるが、電圧条件を適切に制御することにより画像の書き込みができることは、本発明者らの研究により再現性をもって実証されている。
このLH状態からHH状態への変化時間は極めて短く、実測の結果では僅か0.1msでも所望の動作を実行することができる。したがって、この状態変化を書き込みの選択に利用した本発明は、書き込み時間の大幅な短縮を可能とする。
このLH状態からHH状態への変化時間は極めて短く、実測の結果では僅か0.1msでも所望の動作を実行することができる。したがって、この状態変化を書き込みの選択に利用した本発明は、書き込み時間の大幅な短縮を可能とする。
従来技術で説明した、特許文献2に記載の技術では、ホメオトロピックから過渡プレーナへの状態変化速度はかなり早く、画像選択工程は0.2msとされている。本発明では、ホメオトロピックから過渡プレーナではなく、それよりも状態変化速度の速いホメオトロピック内での状態変化を書き込みのための選択に採用している。
LH状態→HH状態への変化に要する時間は0.1ms程度なので、ホメオトロピック(H)→過渡プレーナ(TP)への状態変化を利用していた従来の技術に比して書き込み時間を、理論上、最大50%にまで短縮することができる。すなわち、本発明によれば、前記従来の技術よりも高速な書き込みを実現することができる。
本発明の液晶デバイスの駆動方法においては、上記説明した如き書き込みを実現するべく、[A]初期化工程(動作)と、[B]選択工程(動作)と、[C]保持工程(動作)との3つの工程(動作)による操作が順次為される。基本発明としての本発明に絞って概説する。
[A]の初期化工程(動作)とは、前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を前記両電極間に印加して、前記液晶層全体をホメオトロピックにする工程(動作)である。
液晶層のコレステリック液晶は、先ず、本工程において、ホメオトロピックに揃えられる。なお、「ホメオトロピックへの状態変化のしきい値」としては、既述のようにプレーナとホメオトロピックとの状態間、並びにフォーカルコニックとホメオトロピックとの状態間に遷移領域が存在するため、本発明においては、図17を用いて説明した正規化反射率が90%となる印加電圧のうち、プレーナあるいはフォーカルコニックを初期状態とした場合の高い方、つまり初期状態によらず正規化反射率が90%以上になる電圧(一般的な液晶材料では、プレーナに比してフォーカルコニックを初期状態とする方がホメオトロピックへのしきい値電圧が高くなるため、図17の例では「Vfh,90」となる。)を基準とする。
液晶層のコレステリック液晶は、先ず、本工程において、ホメオトロピックに揃えられる。なお、「ホメオトロピックへの状態変化のしきい値」としては、既述のようにプレーナとホメオトロピックとの状態間、並びにフォーカルコニックとホメオトロピックとの状態間に遷移領域が存在するため、本発明においては、図17を用いて説明した正規化反射率が90%となる印加電圧のうち、プレーナあるいはフォーカルコニックを初期状態とした場合の高い方、つまり初期状態によらず正規化反射率が90%以上になる電圧(一般的な液晶材料では、プレーナに比してフォーカルコニックを初期状態とする方がホメオトロピックへのしきい値電圧が高くなるため、図17の例では「Vfh,90」となる。)を基準とする。
[B]の選択工程(動作)とは、電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記両電極間に印加する工程(動作)である。
低電圧V2Lは電圧V1以上であることが要件であり、低電圧V2L=電圧V1であっても構わない。一方、高電圧V2Hは低電圧V2Lよりも高電圧であることが要件である。ホメオトロピックを示す印加電圧範囲内で高電圧V2Hおよび低電圧V2Lのいずれかが選択的に印加され画像が書き込まれる。
低電圧V2Lは電圧V1以上であることが要件であり、低電圧V2L=電圧V1であっても構わない。一方、高電圧V2Hは低電圧V2Lよりも高電圧であることが要件である。ホメオトロピックを示す印加電圧範囲内で高電圧V2Hおよび低電圧V2Lのいずれかが選択的に印加され画像が書き込まれる。
すなわち、本工程で低電圧V2Lが印加された部位は、ローオーダーホメオトロピック状態(LH)に、高電圧V2Hが印加された部位は、ハイオーダーホメオトロピック状態(HH)に、変化したものと推定される。なお、本発明においては、定量的に電圧がいくつ以下の場合をLH、いくつ以上の場合をHHとするのではなく、電圧Vfh,90以上の領域で高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)を印加した際のオーダーパラメータが相対的に異なる2状態を、低い方から順にLH、HHと定義する。そのため、同じ印加電圧の場合でも、他方の印加電圧の大きさによって、LHにもHHにもなり得る場合がある。
印加電圧の大きさや印加時間について、好ましい条件の絶対値というものも存在しない。具体的に高低2種類の印加電圧(V2HおよびV2L)を選択し、液晶をLH状態とHH状態とに変化させた上で、下記[C]の保持工程で、適切に制御して電圧を印加すればよい。勿論、下記[C]の保持工程における制御の自由度やラチチュードを考慮すると、高電圧V2Hと低電圧V2Lとの隔たりが大きいことが好ましい。
[C]の保持工程(動作)とは、前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hを選択したHH状態の部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択したLH状態の部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を前記両電極間に印加して表示画像を得る工程(動作)である。
本工程においては、HH状態ないしLH状態を呈している各部位が、それぞれ適切にプレーナないしフォーカルコニックに状態変化する条件に制御して電圧を印加することにより表示画像を得る。印加電圧の大きさおよび印加時間の条件を予め確認しておき、それに従って電圧を印加すればよい。
既述のように、HH状態とLH状態とは、その後の過渡的な状態においてヒステリシスを示すと推測される。このヒステリシスによって選択状態が継承され、それぞれ印加電圧の除去後に、高電圧V2Hを選択したHH状態の部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択したLH状態の部位がフォーカルコニックになるような状態変化が発生して、画像表示される。
次に、本発明の液晶デバイスの駆動方法を、光アドレス型液晶デバイスに応用した構成について説明する。
光アドレス型液晶デバイスに応用する場合、基本的には、上記[B]の選択工程(動作)の操作が、印加電圧を選択することによってではなく、印加電圧を一定にしておき、アドレス光P2’をオン/オフさせることで前記液晶層に印加される分圧を変化させ、結果としてアドレス光P2'が照射されなかった部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2'が照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように部位により選択する。
光アドレス型液晶デバイスに応用する場合、基本的には、上記[B]の選択工程(動作)の操作が、印加電圧を選択することによってではなく、印加電圧を一定にしておき、アドレス光P2’をオン/オフさせることで前記液晶層に印加される分圧を変化させ、結果としてアドレス光P2'が照射されなかった部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2'が照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように部位により選択する。
なお、アドレス光のオン/オフではなく、アドレス光は常に照射することにし、そのアドレス光の光強度を強弱2種類(P2HおよびP2L)から選択することで、前記液晶層に印加される分圧を変化させる構成とすることも可能である。すなわち、この場合には、低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように部位により選択する。
すなわち、アドレス光のオン/オフあるいは強弱を選択することで、結果として液晶層に印加される電圧が、電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記液晶層に印加する状態となるようにすればよい。
また、[A]の初期化工程(動作)および[C]の保持工程(動作)においても、印加電圧が電圧V1および電圧V3となるようにする対象は、前記一対の電極ではなく液晶層である。したがって、前記一対の電極に印加すべき電圧は、[B]の選択工程(動作)と同様、前記光導電層が積層された分だけ基本発明の場合と異なってくる。
すなわち、[A]の初期化工程(動作)では、前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1が該液晶層に印加されるように、電圧の大きさを調整して前記両電極間に電圧V1’を印加する。また、[C]の保持工程(動作)では、前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hが印加された部位がプレーナに、低電圧V2Lが印加された部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する条件となるように、電圧の大きさおよび印加時間を調整して前記両電極間に電圧V3’を印加する。
いずれの工程においても、電圧印加のみならず、アドレス光を併用することができる。つまり、液晶層に印加される分圧が[A][C]それぞれの条件を満たす電圧となるように、電圧印加と共にアドレス光を照射することができる。
すなわち、[A]の初期化工程(動作)では、前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1が該液晶層に印加されるように、電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して前記両電極間に電圧V3”を印加しつつアドレス光P3を照射する。また、[C]の保持工程(動作)では、前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hが印加された部位がプレーナに、低電圧V2Lが印加された部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する条件となるように、電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して前記両電極間に電圧V3”を印加しつつアドレス光P3を照射する。
すなわち、[A]の初期化工程(動作)では、前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1が該液晶層に印加されるように、電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して前記両電極間に電圧V3”を印加しつつアドレス光P3を照射する。また、[C]の保持工程(動作)では、前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hが印加された部位がプレーナに、低電圧V2Lが印加された部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する条件となるように、電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して前記両電極間に電圧V3”を印加しつつアドレス光P3を照射する。
この場合、前記アドレス光の照射手段としては、前記液晶デバイスの全面を所望の画像パターンで一括露光する手段が必要となる。しかし、[A]初期化工程、[B]選択工程および[C]保持工程の各工程で前記両電極間に印加する電圧を同一とし、[B]選択工程でのみアドレス光を照射するように構成した場合には、前記液晶デバイスを一次元的に走査しながら露光する手段であっても、前記液晶デバイスを二次元的に走査しながら露光する手段であっても構わない。
以上のような光アドレス型液晶デバイスに応用した本発明の液晶デバイスの駆動方法における本発明の作用乃至効果について説明する。本発明は、露光装置(手段)として、前記液晶デバイスの全面を一次元的あるいは二次元的に走査しながら露光する手段(装置)の場合に、特に顕著に本発明の効果(書き込み時間短縮)が奏される。
従来技術で説明した、特許文献1に記載の技術では、数100msの時間を要するプレーナからフォーカルコニックへの状態変化を用いている。図4に示されるように、1ラインあたり少なくとも200msずつの時間を要し、完全に状態変化を生じさせてから次のラインの露光へと移動するため、書き込みに200ms以上×ライン数の時間を要する。例えば、1000ラインの画像を書き込む場合には20秒もの時間を要してしまい、上記技術では、高速書き込みの要求に十分に答えるものではない。
なお、ここで図4は、従来(特許文献1に記載)の液晶デバイスの駆動方法により走査系の露光装置で書き込む際の書き込み時間を説明するための説明図である。
本発明では、プレーナからフォーカルコニックではなく、それよりも遥かに状態変化速度の速いホメオトロピック内での状態変化(LH状態→HH状態)を書き込みのための選択に採用している。
本発明では、プレーナからフォーカルコニックではなく、それよりも遥かに状態変化速度の速いホメオトロピック内での状態変化(LH状態→HH状態)を書き込みのための選択に採用している。
ローオーダーホメオトロピック状態(LH)→ハイオーダーホメオトロピック状態(HH)への変化に要する時間は0.1ms程度なので、プレーナ(P)状態→フォーカルコニック(F)状態への状態変化を利用していた従来の技術に比して書き込み時間を、理論上、最大0.05%にまで短縮することができる。本発明の液晶デバイスの駆動方法による書き込み時間について説明するための、図4と同様の説明図を図5に示す。図5からも明らかなように、本発明によれば、1ラインの書き込み時間を大幅に短縮することができるため、全体としての書き込み時間を大幅に短縮することができる。
すなわち、書き込みに要する時間は「0.1ms」×ライン数なので、例えば、1000ラインの画像を書き込む場合に僅か0.1秒内外の時間で十分であり、前記従来の技術では不十分であった高速書き込みを実現することができる。
すなわち、書き込みに要する時間は「0.1ms」×ライン数なので、例えば、1000ラインの画像を書き込む場合に僅か0.1秒内外の時間で十分であり、前記従来の技術では不十分であった高速書き込みを実現することができる。
以上、露光手段(装置)として、前記液晶デバイスを一次元的あるいは二次元的に走査しながら露光する手段(装置)を主として例に挙げて説明しているが、本発明は、露光手段(装置)として、面発光による二次元一括露光手段(装置)を採用することもでき、かつ、種々の作用・効果が得られる。
二次元一括露光手段(装置)では、準備期間の駆動電圧を選択期間より高くできるため、特許文献2に記載の従来の液晶デバイスの駆動方法を適用することができる。画像書き込みのための露光時間については、特許文献2に記載の技術でもわずか0.2ms秒のみで済み、本願発明によっても大きなメリットとは言い得ない。しかも、本願発明では、[A]初期化工程(動作)で初期状態(H状態)にリセットするのに必要な電圧印加時間や、[C]保持工程(動作)で所望の表示状態に変化させるのに必要な保持時間が、特許文献2に記載の技術の場合と同程度かかり、結局画像形成のための全所要時間はほとんど変わらなくなってしまう。
しかし、二次元一括露光手段(装置)は多大なエネルギーを必要とするため、それを1/2に短縮できる本発明によれば、エネルギーコストを大幅に削減することができると言う、顕著な効果が得られる。勿論、当該効果については、露光による書き込み時間が短縮できる点で共通することから、液晶デバイスの全面を一次元的あるいは二次元的に走査しながら露光する手段(装置)を用いる場合にも同様である。
本発明によれば、コレステリック液晶からなる液晶層を含み当該液晶層の状態変化を利用して画像書き込みすることができる液晶デバイスに対し、極めて短い書き込み時間での画像書き込みを可能とする液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置を提供することができる。特に、前記液晶層と共に光導電層が積層されてなる光アドレス型液晶デバイスをアドレス光の走査によって駆動させるのに本願発明を適用した場合、この書き込み時間短縮の効果が顕著であり、高速書き込みの要求を十分に満足させることができる。
また、本発明により光アドレス型液晶デバイスを駆動させれば、露光装置が走査系であっても面発光であっても、書き込みのための光照射時間を短縮することができ、省エネルギーに寄与する液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置を提供することができる。
以下、本発明を図面に則して詳細に説明する。
[第1の実施形態]
図6は、本発明の液晶デバイスの駆動方法を適用したシステムの例示的一態様である第1の実施形態の概略構成図である。本実施形態のシステムは、表示媒体(液晶デバイス)1と書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2とからなる。この両構成要素について、詳細に説明してから、その動作について説明する。
[第1の実施形態]
図6は、本発明の液晶デバイスの駆動方法を適用したシステムの例示的一態様である第1の実施形態の概略構成図である。本実施形態のシステムは、表示媒体(液晶デバイス)1と書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2とからなる。この両構成要素について、詳細に説明してから、その動作について説明する。
<表示媒体>
本発明において表示媒体とは、バイアス信号の選択的印加によって表示層(液晶層)の選択駆動ができる部材であり、具体的には液晶デバイスである。
本実施形態において、表示媒体1は、表示面側から順に、基板3、電極5、表示層(液晶層)7、電極6および基板4が積層されてなる物である。
なお、本発明においては、電極5および/または6が画素あるいはライン毎に分画されてセルを構成する態様でもよいが、本実施形態では、セルに分画されていない態様の例を挙げて説明する。また、後述する第2の実施形態で用いている着色層(遮光層)9を、表示層7よりも非表示面側に設けてもよい。
本発明において表示媒体とは、バイアス信号の選択的印加によって表示層(液晶層)の選択駆動ができる部材であり、具体的には液晶デバイスである。
本実施形態において、表示媒体1は、表示面側から順に、基板3、電極5、表示層(液晶層)7、電極6および基板4が積層されてなる物である。
なお、本発明においては、電極5および/または6が画素あるいはライン毎に分画されてセルを構成する態様でもよいが、本実施形態では、セルに分画されていない態様の例を挙げて説明する。また、後述する第2の実施形態で用いている着色層(遮光層)9を、表示層7よりも非表示面側に設けてもよい。
(基板)
基板3,4は、各機能層を内面に保持し、表示媒体の構造を維持する目的の部材である。基板3,4は、外力に耐える強度を有するシート形状の物体であり、フレキシブル性を有することが好ましい。具体的な材料としては、無機シート(たとえばガラス・シリコン)、高分子フィルム(たとえばポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート)等を挙げることができる。なお、少なくとも表示面側の基板は表示光を透過する機能を有する。その外表面に、防汚膜、耐磨耗膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
基板3,4は、各機能層を内面に保持し、表示媒体の構造を維持する目的の部材である。基板3,4は、外力に耐える強度を有するシート形状の物体であり、フレキシブル性を有することが好ましい。具体的な材料としては、無機シート(たとえばガラス・シリコン)、高分子フィルム(たとえばポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート)等を挙げることができる。なお、少なくとも表示面側の基板は表示光を透過する機能を有する。その外表面に、防汚膜、耐磨耗膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
(電極)
電極5,6は、書き込み装置2から印加されたバイアス電圧を、表示媒体1内の各機能層へ印加する目的の部材である。具体的には、金属(たとえば金、銀、銅、鉄、アルミニウム)、金属酸化物(たとえば酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO))、炭素、これらを高分子中に分散させた複合体、導電性有機高分子(たとえばポリチオフェン系・ポリアニリン系)などで形成された導電性薄膜を挙げることができる。表面に、密着力改善膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
電極5,6は、書き込み装置2から印加されたバイアス電圧を、表示媒体1内の各機能層へ印加する目的の部材である。具体的には、金属(たとえば金、銀、銅、鉄、アルミニウム)、金属酸化物(たとえば酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO))、炭素、これらを高分子中に分散させた複合体、導電性有機高分子(たとえばポリチオフェン系・ポリアニリン系)などで形成された導電性薄膜を挙げることができる。表面に、密着力改善膜、光反射防止膜、ガスバリア膜など公知の機能性膜を形成してもよい。
(表示層)
本発明において表示層(液晶層)とは、コレステリック液晶を含み、電場によって入射光の反射・透過状態を変調する機能を有し、選択した状態が無電場で保持できる性質のものである。表示層としては、曲げや圧力などの外力に対して変形しない構造であることが好ましい。
本発明において表示層(液晶層)とは、コレステリック液晶を含み、電場によって入射光の反射・透過状態を変調する機能を有し、選択した状態が無電場で保持できる性質のものである。表示層としては、曲げや圧力などの外力に対して変形しない構造であることが好ましい。
コレステリック液晶12は、液晶分子がらせん状に捩れて配向しており、らせん軸方向から入射した光のうち、らせんピッチに依存した特定の光を干渉反射する。電場によって配向が変化し、反射状態を変化させることができる。
コレステリック液晶12として使用可能な具体的な液晶としては、ネマチック液晶やスメクチック液晶(たとえばシッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、安息香酸エステル系、ビフェニル系、ターフェニル系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系、ジオキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル系、シクロヘキシルエタン系、シクロヘキサン系、トラン系、アルケニル系、スチルベン系、縮合多環系)、またはこれらの混合物に、カイラル剤(たとえばステロイド系コレステロール誘導体、シッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系)を添加したもの等を挙げることができる。
コレステリック液晶の螺旋ピッチは、ネマチック液晶に対するカイラル剤の添加量で調整する。例えば、表示色を青、緑あるいは赤にする場合には、それぞれ選択反射の中心波長が、順に400nm〜500nm、500nm〜600nmあるいは600nm〜700nmの範囲になるようにする。また、コレステリック液晶の螺旋ピッチの温度依存性を補償するために、捩れ方向が異なる、または逆の温度依存性を示す複数のカイラル剤を添加する公知の手法を用いてもよい。
表示層は、コレステリック液晶のみで構成することも可能であるが、特に、コレステリック液晶の連続相中に網目状の樹脂を含むPSCT(Polymer Stabilized Cholesteric Texture)構造や、基板内面を垂直配向処理したSSCT(Surface Stabilized Cholesteric Texture)構造、あるいは高分子の骨格中にコレステリック液晶がドロップレット状に分散されたPDCLC(Polymer Dispersed Cholesteric Liquid Crystal)構造(マイクロカプセル化されたものを含む)に形成することで、コレステリック液晶と高分子の界面におけるアンカリング効果によるプレーナとフォーカルコニックとの双安定性を向上させ、長期間に渡って表示画像を保持することができる。
さらに、表示層としては、曲げや圧力などの外力に対して変形しない自己保持型液晶複合体とすることが好ましいため、本実施形態において表示層は、図6に示されるように、高分子マトリックス(透明樹脂)11中にコレステリック液晶12が分散した状態となっているPDCLC構造としている。
PDCLC構造は、高分子マトリックスとコレステリック液晶とを相分離させる公知の方法、例えば、アクリル系、チオール系、エポキシ系などの、熱や光、電子線などによって重合する高分子前駆体と液晶を混合し、均一相の状態から重合させて相分離させるPIPS(Polymerization Induced PhaseSeparation)法、ポリビニルアルコールなどの、液晶の溶解度が低い高分子と液晶とを混合し、攪拌懸濁させて、液晶を高分子中にドロップレット分散させるエマルジョン法、熱可塑性高分子と液晶とを混合し、均一相に加熱した状態から冷却して相分離させるTIPS(Thermally Induced Phase Separation)法、高分子と液晶とをクロロホルムなどの溶媒に溶かし、溶媒を蒸発させて高分子と液晶とを相分離させるSIPS(Solvent Induced Phase Separation)法などによって形成することができるが、特に限定されるものではない。
高分子マトリックス11は、コレステリック液晶12を保持し、表示媒体の変形による液晶の流動(画像の変化)を抑制する機能を有するものであり、液晶材料に溶解せず、また液晶と相溶しない液体を溶剤とする高分子材料が好適に用いられる。また、高分子マトリックス11としては、外力に耐える強度をもち、少なくとも反射光に対して高い透過性を示す材料であることが望まれる。
高分子マトリックス11として採用可能な材料としては、水溶性高分子材料(たとえばゼラチン、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、ポリアクリル酸系ポリマー、エチレンイミン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアミジン、イソプレン系スルホン酸ポリマー)、あるいは水性エマルジョン化できる材料(たとえばフッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂)等を挙げることができる。
<書き込み装置>
本実施形態において書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2とは、表示媒体1に画像を書き込む装置であり、表示媒体1に電圧を印加する電圧印加部(電源装置)17を主要構成要素とし、さらにこの動作を制御する制御回路16が配されてなる。
本実施形態において書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2とは、表示媒体1に画像を書き込む装置であり、表示媒体1に電圧を印加する電圧印加部(電源装置)17を主要構成要素とし、さらにこの動作を制御する制御回路16が配されてなる。
(電圧印加部)
電圧印加部(電源装置)17は、所定の電圧を表示媒体1に印加する機能を有し、制御回路16からの入力信号に基づき、表示媒体(各電極間)に所望の電圧波形を印加できるものであればよい。AC出力ができ、高いスルーレートのものが好ましい。本発明では、電圧印加部17には、例えばバイポーラ高電圧アンプなどを用いることができる。
電圧印加部(電源装置)17は、所定の電圧を表示媒体1に印加する機能を有し、制御回路16からの入力信号に基づき、表示媒体(各電極間)に所望の電圧波形を印加できるものであればよい。AC出力ができ、高いスルーレートのものが好ましい。本発明では、電圧印加部17には、例えばバイポーラ高電圧アンプなどを用いることができる。
電源印加部17による表示媒体1への電圧の印加は、接触端子19を介して、電極5−電極6間に為される。
ここで接触端子19とは、電圧印加部17および表示媒体1(電極5,6)に接触して、両者の導通を行う部材であり、高い導電性を有し、電極5,6および電圧印加部17との接触抵抗が小さいものが選択される。表示媒体1と書き込み装置2とを切り離すことができるように、電極5,6と電圧印加部17とのどちらか、あるいは両者から分離できる構造であることが好ましい。
ここで接触端子19とは、電圧印加部17および表示媒体1(電極5,6)に接触して、両者の導通を行う部材であり、高い導電性を有し、電極5,6および電圧印加部17との接触抵抗が小さいものが選択される。表示媒体1と書き込み装置2とを切り離すことができるように、電極5,6と電圧印加部17とのどちらか、あるいは両者から分離できる構造であることが好ましい。
接触端子19としては、金属(たとえば金、銀、銅、鉄、アルミニウム)、炭素、これらを高分子中に分散させた複合体、金属酸化物(たとえば酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO))、炭素、これらを高分子中に分散させた複合体、導電性有機高分子(たとえばポリチオフェン系・ポリアニリン系)などでできた端子で、電極を挟持するクリップ・コネクタ形状のものが挙げられる。
また、電極5および/または6が画素あるいはライン毎に分画されてセルを構成する態様においては、この接触端子から電極5,6への接続は、画素毎あるいはライン毎に分画されている各電極に適切に為されており、電源印加部17として、各画素毎に電圧を印加することが可能になっている。
(制御回路)
制御回路16は、外部(画像取り込み装置、画像受信装置、画像処理装置、画像再生装置、あるいはこれらの複数の機能を併せ持つ装置等)からの画像データに応じて、電圧印加部17の動作を適宜制御する機能を有する部材である。制御回路16による具体的な制御内容については、本発明に特徴的な[A]初期化工程(動作)、[B]選択工程(動作)および[C]保持工程(動作)の3つの工程(動作)からなるものであり、その詳細については後述することとする。
制御回路16は、外部(画像取り込み装置、画像受信装置、画像処理装置、画像再生装置、あるいはこれらの複数の機能を併せ持つ装置等)からの画像データに応じて、電圧印加部17の動作を適宜制御する機能を有する部材である。制御回路16による具体的な制御内容については、本発明に特徴的な[A]初期化工程(動作)、[B]選択工程(動作)および[C]保持工程(動作)の3つの工程(動作)からなるものであり、その詳細については後述することとする。
<動作>
図6にて例示した本実施形態の液晶デバイス駆動装置を用いて、本発明の液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置の動作(操作)について、以下に詳細に説明する。
図7は、図6にて例示した本実施形態の液晶デバイス駆動装置(書き込み装置2)の動作について、電極5,6間への印加電圧と液晶の配向状態との関係を、時系列で模式的に表したチャートである。
図6にて例示した本実施形態の液晶デバイス駆動装置を用いて、本発明の液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置の動作(操作)について、以下に詳細に説明する。
図7は、図6にて例示した本実施形態の液晶デバイス駆動装置(書き込み装置2)の動作について、電極5,6間への印加電圧と液晶の配向状態との関係を、時系列で模式的に表したチャートである。
図7に示されるように、前表示の状態、すなわちバイアス電圧が印加されない状態から、まず、準備期間として、電圧印加部17によって電極5,6間に交流パルス波形のバイアス電圧V1を印加する([A]初期化工程・動作)。
準備期間では、ホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上のバイアス電圧V1を印加することによって、表示層7内のコレステリック液晶12は全て、図7に示されるようにホメオトロピックとなる。この段階でのホメオトロピックは、既述のローオーダーホメオトロピック(LH)状態である。
準備期間では、ホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上のバイアス電圧V1を印加することによって、表示層7内のコレステリック液晶12は全て、図7に示されるようにホメオトロピックとなる。この段階でのホメオトロピックは、既述のローオーダーホメオトロピック(LH)状態である。
次に、書き込み期間において、実際の書き込みが行われる([B]選択工程・動作)。すなわち、電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の書き込み電圧(高電圧がV2H=図7における破線のパルス、低電圧がV2L=図7における[B]の期間の実線のパルス)のいずれかを部位により選択して、電圧印加部17によって前記両電極間に印加する。本例において、低電圧V2Lとしては、準備期間で印加したバイアス電圧V1と同じ大きさ・周波数の電圧とした。本発明においては、バイアス電圧V1と低電圧V2Lとは同じ大きさ・周波数の電圧でなくても構わず、V1≦V2Lであれば問題ない。
それぞれの部位において、高電圧V2H/低電圧V2Lが選択されて、高電圧V2Hが印加された部位はLH状態からHH状態へと変化するとともに、低電圧V2Lが印加された(印加電圧がV1から変わらなかった)部位はLH状態のまま維持される。
なお、既述の通り、この書き込み期間は、本発明においては状態変化速度の極めて速いローオーダーホメオトロピック(LH)状態からハイオーダーホメオトロピック(HH)状態への変化を採用しているため、従来に比して飛躍的に時間短縮されている。
なお、既述の通り、この書き込み期間は、本発明においては状態変化速度の極めて速いローオーダーホメオトロピック(LH)状態からハイオーダーホメオトロピック(HH)状態への変化を採用しているため、従来に比して飛躍的に時間短縮されている。
最後に、保持期間において、実際に像形成に供される液晶の状態に変化させる([C]保持工程・動作)。LH状態およびHH状態は、その後の過渡的な状態においてヒステリシスの関係を有すると推測され、それぞれHH状態とLH状態を元にした別の配向状態が混在する潜像が形成される。ここで、書き込み期間で高電圧V2Hを選択した部位が最終的にプレーナ(P)に、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニック(F)に、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件に制御されたバイアス電圧V3を、保持期間において電圧印加部17によって電極5,6間に印加する。すると、書き込み期間で選択された電圧の高低に応じて、光を透過するプレーナ(P)と反射するフォーカルコニック(F)からなる表示画像が形成される。
低電圧V2Lが選択された部位のローオーダーホメオトロピック(LH)状態が、保持期間を経てフォーカルコニック(F)の選択透過状態に状態変化する機構、および、高電圧V2Hが選択された部位のハイオーダーホメオトロピック(HH)状態が、保持期間を経てプレーナ(P)の選択反射状態に状態変化する機構については定かではない。しかし、保持期間において印加するバイアス電圧V3の大きさおよび印加時間の条件を適切に制御することで、かかる状態変化を導き出すことができる。
以上の動作が順次為され、書き込み期間([B]選択工程・動作)における高電圧V2Hまたは低電圧V2Lの選択に応じて、表示層の各部位(画素)を反射状態または透過状態とすることができる。このように状態が選択されて、液晶デバイスへの書き込み(駆動)が為される。
[第2の実施形態]
図8は、本発明の液晶デバイスの駆動方法を適用したシステムの他の例示的一態様である第2の実施形態の概略構成図である。本実施形態のシステムも、第1の実施形態と同様、表示媒体(液晶デバイス)1’と書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2’とからなる。
図8は、本発明の液晶デバイスの駆動方法を適用したシステムの他の例示的一態様である第2の実施形態の概略構成図である。本実施形態のシステムも、第1の実施形態と同様、表示媒体(液晶デバイス)1’と書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2’とからなる。
ただし、本実施形態では、表示媒体(液晶デバイス)1’として、光導電層を含む構成の光アドレス型液晶デバイスを用いている点が異なり、それに応じて書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2’の構成も異なっている。
以下の説明では、主として第1の実施形態と、その構成や作用、効果等が異なる点について説明し、第1の実施形態と同一の機能を有する部材には、図中同一の符号を付することによって、適宜その説明を省略することにする。
以下の説明では、主として第1の実施形態と、その構成や作用、効果等が異なる点について説明し、第1の実施形態と同一の機能を有する部材には、図中同一の符号を付することによって、適宜その説明を省略することにする。
<表示媒体>
本発明において表示媒体とは、アドレス光の照射、バイアス信号の印加によって光アドレス動作ができる部材であり、具体的には光アドレス型液晶デバイスである。
本実施形態において、表示媒体1’は、表示面側から順に、基板3、電極5、表示層(選択反射層)7b、表示層(選択反射層)7a、ラミネート層8、着色層(遮光層)9、OPC層(光導電層)10、電極6および基板4が積層されてなる物である。すなわち、第1の実施形態における表示媒体1の表示層(選択反射層)7aと電極6との間に、ラミネート層8、着色層(遮光層)9およびOPC層(光導電層)10を介在させた構造となっている。本実施形態に特徴的なこれらの層についてのみ、以下詳細に説明する。
本発明において表示媒体とは、アドレス光の照射、バイアス信号の印加によって光アドレス動作ができる部材であり、具体的には光アドレス型液晶デバイスである。
本実施形態において、表示媒体1’は、表示面側から順に、基板3、電極5、表示層(選択反射層)7b、表示層(選択反射層)7a、ラミネート層8、着色層(遮光層)9、OPC層(光導電層)10、電極6および基板4が積層されてなる物である。すなわち、第1の実施形態における表示媒体1の表示層(選択反射層)7aと電極6との間に、ラミネート層8、着色層(遮光層)9およびOPC層(光導電層)10を介在させた構造となっている。本実施形態に特徴的なこれらの層についてのみ、以下詳細に説明する。
(OPC層)
OPC層(光導電層)10は、内部光電効果をもち、アドレス光の照射強度に応じてインピーダンス特性が変化する特性を有する層である。交流(AC)動作が可能であり、アドレス光に対して対称駆動になることが好ましい。本実施形態では、OPC層10として、図8における上層から順に上側の電荷発生層(上CGL)13、電荷輸送層14および下側の電荷発生層(下CGL)15が積層された3層構造に形成されてなる。
OPC層(光導電層)10は、内部光電効果をもち、アドレス光の照射強度に応じてインピーダンス特性が変化する特性を有する層である。交流(AC)動作が可能であり、アドレス光に対して対称駆動になることが好ましい。本実施形態では、OPC層10として、図8における上層から順に上側の電荷発生層(上CGL)13、電荷輸送層14および下側の電荷発生層(下CGL)15が積層された3層構造に形成されてなる。
電荷発生層13,15は、アドレス光を吸収して光キャリアを発生させる機能を有する層である。主に、電荷発生層13が表示面側の電極5から書き込み面側の電極6の方向に流れる光キャリア量を、電荷発生層15が書き込み面側の電極6から表示面側の電極5の方向に流れる光キャリア量を、それぞれ左右している。電荷発生層13,15としては、アドレス光を吸収して励起子を発生させ、CGL内部、またはCGL/CTL界面で自由キャリアに効率良く分離させられるものが好ましい。
電荷発生層13,15は、電荷発生材料(たとえば金属又は無金属フタロシアニン、スクアリウム化合物、アズレニウム化合物、ペリレン顔料、インジゴ顔料、ビスやトリス等アゾ顔料、キナクリドン顔料、ピロロピロール色素、多環キノン顔料、ジブロモアントアントロンなど縮環芳香族系顔料、シアニン色素、キサンテン顔料、ポリビニルカルバゾールとニトロフルオレン等電荷移動錯体、ピリリウム塩染料とポリカーボネート樹脂からなる共昌錯体)を直接成膜する乾式法か、またはこれら電荷発生材料を、高分子バインダー(たとえばポリビニルブチラール樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルカルバゾール樹脂、ビニルホルマール樹脂、部分変性ビニルアセタール樹脂、カーボネート樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、スチレン樹脂、ビニルアセテート樹脂、酢酸ビニル樹脂、シリコーン樹脂等)とともに適当な溶剤に分散ないし溶解させて塗布液を調製し、これを塗布し乾燥させて成膜する湿式塗布法等により形成することができる。
電荷輸送層14は、電荷発生層13,15で発生した光キャリアが注入されて、バイアス信号で印加された電場方向にドリフトする機能を有する層である。
電荷輸送層14は、電荷発生層13,15からの自由キャリアの注入が効率良く発生し(電荷発生層13,15とイオン化ポテンシャルが近いことが好ましい)、注入された自由キャリアができるだけ高速にホッピング移動するものが好適である。暗時のインピーダンスを高くするため、熱キャリアによる暗電流は低い方が好ましい。
電荷輸送層14は、電荷発生層13,15からの自由キャリアの注入が効率良く発生し(電荷発生層13,15とイオン化ポテンシャルが近いことが好ましい)、注入された自由キャリアができるだけ高速にホッピング移動するものが好適である。暗時のインピーダンスを高くするため、熱キャリアによる暗電流は低い方が好ましい。
電荷輸送層14は、低分子の正孔輸送材料(たとえばトリニトロフルオレン系化合物、ポリビニルカルバゾール系化合物、オキサジアゾール系化合物、ベンジルアミノ系ヒドラゾンあるいはキノリン系ヒドラゾン等のヒドラゾン系化合物、スチルベン系化合物、トリフェニルアミン系化合物、トリフェニルメタン系化合物、ベンジジン系化合物)、または低分子の電子輸送材料(たとえばキノン系化合物、テトラシアノキノジメタン系化合物、フルフレオン化合物、キサントン系化合物、ベンゾフェノン系化合物)を、高分子バインダー(たとえばポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリスチレン樹脂、含珪素架橋型樹脂等)とともに適当な溶剤に分散ないし溶解させたもの、あるいは上記正孔輸送材料や電子輸送材料を高分子化した材料を適当な溶剤に分散ないし溶解させたものを調製し、これを塗布し乾燥させて形成すればよい。
(着色層)
着色層(遮光層)9とは、書き込み時にアドレス光と入射光を光学分離し、相互干渉による誤動作を防ぐとともに、表示時に表示媒体の非表示面側から入射する外光と表示画像を光学分離し、画質の劣化を防ぐ目的で設けられる層であり、本発明において必須の構成要素ではない。ただし、表示媒体1’の性能向上のためには、設けることが望まれる層である。その目的から、着色層9には、少なくとも電荷発生層の吸収波長域の光、および表示層の反射波長域の光を吸収する機能が要求される。
着色層(遮光層)9とは、書き込み時にアドレス光と入射光を光学分離し、相互干渉による誤動作を防ぐとともに、表示時に表示媒体の非表示面側から入射する外光と表示画像を光学分離し、画質の劣化を防ぐ目的で設けられる層であり、本発明において必須の構成要素ではない。ただし、表示媒体1’の性能向上のためには、設けることが望まれる層である。その目的から、着色層9には、少なくとも電荷発生層の吸収波長域の光、および表示層の反射波長域の光を吸収する機能が要求される。
着色層9は、具体的には、無機顔料(たとえばカドミウム系、クロム系、コバルト系、マンガン系、カーボン系)、または有機染料や有機顔料(アゾ系、アントラキノン系、インジゴ系、トリフェニルメタン系、ニトロ系、フタロシアニン系、ペリレン系、ピロロピロール系、キナクリドン系、多環キノン系、スクエアリウム系、アズレニウム系、シアニン系、ピリリウム系、アントロン系)をOPC層10の電荷発生層13側の面に直接塗布して形成する乾式法か、あるいはこれらを高分子バインダー(たとえばポリビニルアルコール樹脂、ポリアクリル樹脂等)とともに適当な溶剤に分散ないし溶解させて塗布液を調製し、これを塗布し乾燥させて成膜する湿式塗布法等により形成することができる。
(ラミネート層)
ラミネート層8は、上下基板3,4それぞれの内面に形成された各機能層を貼り合わせる際に、凹凸吸収および接着の役割を果たす目的で設けられる層であり、本発明において必須の構成要素ではない。ラミネート層8は、熱可塑性、熱硬化性、あるいはこれらの混合型の有機材料からなるものであり、熱や圧力によって表示層7と着色層9とを密着・接着させることができる材料が選択される。また、少なくとも入射光に対して透過性を有することが条件となる。
ラミネート層8に好適な材料としては、粘着・接着性の高分子材料(たとえばポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリウレタン系、エポキシ系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系)を挙げることができる。
ラミネート層8は、上下基板3,4それぞれの内面に形成された各機能層を貼り合わせる際に、凹凸吸収および接着の役割を果たす目的で設けられる層であり、本発明において必須の構成要素ではない。ラミネート層8は、熱可塑性、熱硬化性、あるいはこれらの混合型の有機材料からなるものであり、熱や圧力によって表示層7と着色層9とを密着・接着させることができる材料が選択される。また、少なくとも入射光に対して透過性を有することが条件となる。
ラミネート層8に好適な材料としては、粘着・接着性の高分子材料(たとえばポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリウレタン系、エポキシ系、アクリル系、ゴム系、シリコーン系)を挙げることができる。
<書き込み装置>
本実施形態において書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2’とは、表示媒体1’に画像を書き込む装置であり、表示媒体1’に対してアドレス光の照射を行う光照射部(露光装置)18および表示媒体1’にバイアス電圧を印加する電圧印加部(電源装置)17を主要構成要素とし、さらにこれらの動作を制御する制御回路16’が配されてなる。すなわち、第1の実施形態における書き込み装置2に対して、光照射部18が加わっており、また、制御回路16’が、電圧印加部17の動作とともに、光照射部18の動作をも適宜制御する機能を有している。本実施形態に特徴的な光照射部18についてのみ、以下詳細に説明する。
本実施形態において書き込み装置(液晶デバイスの駆動装置)2’とは、表示媒体1’に画像を書き込む装置であり、表示媒体1’に対してアドレス光の照射を行う光照射部(露光装置)18および表示媒体1’にバイアス電圧を印加する電圧印加部(電源装置)17を主要構成要素とし、さらにこれらの動作を制御する制御回路16’が配されてなる。すなわち、第1の実施形態における書き込み装置2に対して、光照射部18が加わっており、また、制御回路16’が、電圧印加部17の動作とともに、光照射部18の動作をも適宜制御する機能を有している。本実施形態に特徴的な光照射部18についてのみ、以下詳細に説明する。
(光照射部)
光照射部(露光装置)18は、像様となる所定のアドレス光パターンを表示媒体1’に照射する機能を有し、制御回路16からの入力信号に基づき、表示媒体1’上(詳しくは、OPC層10上)に所望の光画像パターン(スペクトル・強度・空間周波数)を照射できるものであれば特に制限されるものではない。
光照射部(露光装置)18は、像様となる所定のアドレス光パターンを表示媒体1’に照射する機能を有し、制御回路16からの入力信号に基づき、表示媒体1’上(詳しくは、OPC層10上)に所望の光画像パターン(スペクトル・強度・空間周波数)を照射できるものであれば特に制限されるものではない。
光照射部18により照射されるアドレス光としては、以下の条件のものが好ましく選択される。
・スペクトル:OPC層10の吸収波長域のエネルギーができるだけ多いことが好ましく、OPC層10の吸収波長域内にピーク強度を持ち、できるだけバンド幅の狭い光であることが望ましい。
・照射強度:明時に表示層7への印加電圧がOPC層10との分圧により目標とする高電圧V2H以上となって、表示層7中の液晶をLH状態からHH状態へと状態変化させ、暗時には低電圧V2Lとなって、表示層7中の液晶がLH状態のままとなるような強度。
・スペクトル:OPC層10の吸収波長域のエネルギーができるだけ多いことが好ましく、OPC層10の吸収波長域内にピーク強度を持ち、できるだけバンド幅の狭い光であることが望ましい。
・照射強度:明時に表示層7への印加電圧がOPC層10との分圧により目標とする高電圧V2H以上となって、表示層7中の液晶をLH状態からHH状態へと状態変化させ、暗時には低電圧V2Lとなって、表示層7中の液晶がLH状態のままとなるような強度。
光照射部18としては、具体的には以下のものが挙げられる。
(1−1)光源(たとえば、冷陰極管、キセノンランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード(LED)、EL、レーザ等)を一次元のアレイ状に配置したものや、ポリゴンミラーと組み合せたもの、など走査動作によって任意の二次元発光パターンを形成できるもの
(1−2)光源をアレイ状に配置したものや導光板と組み合せたもの、などの均一な光源と、光パターンを作る調光素子(たとえば、LCD、フォトマスクなど)の組み合わせ
(2)光源を面状に配置したものなどの自発光型ディスプレイ(たとえばCRT、PDP、EL、発光ダイオード、FED、SED)
(3)上記(1−1)、(1−2)あるいは(2)と光学素子(たとえばマイクロレンズアレイ、セルホックレンズアレイ、プリズムアレイ、視野角調整シート)との組み合わせ
(1−1)光源(たとえば、冷陰極管、キセノンランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード(LED)、EL、レーザ等)を一次元のアレイ状に配置したものや、ポリゴンミラーと組み合せたもの、など走査動作によって任意の二次元発光パターンを形成できるもの
(1−2)光源をアレイ状に配置したものや導光板と組み合せたもの、などの均一な光源と、光パターンを作る調光素子(たとえば、LCD、フォトマスクなど)の組み合わせ
(2)光源を面状に配置したものなどの自発光型ディスプレイ(たとえばCRT、PDP、EL、発光ダイオード、FED、SED)
(3)上記(1−1)、(1−2)あるいは(2)と光学素子(たとえばマイクロレンズアレイ、セルホックレンズアレイ、プリズムアレイ、視野角調整シート)との組み合わせ
(制御回路)
制御回路16’は、外部(画像取り込み装置、画像受信装置、画像処理装置、画像再生装置、あるいはこれらの複数の機能を併せ持つ装置等)からの画像データに応じて、電圧印加部17および光照射部18の動作を適宜制御する機能を有する部材である。制御回路16’による具体的な制御内容については、本発明に特徴的な[A]初期化工程(動作)と、[B]選択工程(動作)と、[C]保持工程(動作)との3つの工程(動作)からなるものであり、その詳細については後述することにする。
制御回路16’は、外部(画像取り込み装置、画像受信装置、画像処理装置、画像再生装置、あるいはこれらの複数の機能を併せ持つ装置等)からの画像データに応じて、電圧印加部17および光照射部18の動作を適宜制御する機能を有する部材である。制御回路16’による具体的な制御内容については、本発明に特徴的な[A]初期化工程(動作)と、[B]選択工程(動作)と、[C]保持工程(動作)との3つの工程(動作)からなるものであり、その詳細については後述することにする。
(全体構成)
図9は、本発明の液晶デバイスの駆動方法に供し得る書き込み装置(液晶デバイス駆動装置)2’の例を示す斜視図であり、露光装置にレーザを用いた場合である。なお、当該図において、制御回路16’の図示は省略されている。
図9は、本発明の液晶デバイスの駆動方法に供し得る書き込み装置(液晶デバイス駆動装置)2’の例を示す斜視図であり、露光装置にレーザを用いた場合である。なお、当該図において、制御回路16’の図示は省略されている。
露光光学系は、光源51として半導体レーザを用い、コリメータレンズ52、ポリゴンミラー53、ポリゴンモーター54、f−θレンズ55、折り返し用ミラー56などによって構成され、レーザビーム57は、ビーム調整ミラー58を介して同期信号発生器59に送られ、走査タイミングの同期に用いられる。図では省略されているが、この露光装置の制御装置は、一般の電子写真用レーザ露光装置のそれと同様である。
表示媒体(液晶デバイス)1’の副走査方向(図9中の矢印方向)への送りは、図示のように表示媒体1’を平面状に固定して、パルスモータによって行い、または、表示媒体1’の基板をフィルムで構成することにより、表示媒体1を柔軟性のあるものとして、円筒状のドラムに固定して、モータによって回転させる、などの方法によることができる。
図10は、本発明の液晶デバイスの駆動方法に供し得る書き込み装置(液晶デバイス駆動装置)2’の他の一例を示し、露光装置に発光ダイオードアレイを用いた場合である。露光用の光源が発光ダイオードアレイ62と自己結像型ロッドレンズアレイ63によって構成されるほかは、図9を用いて説明した上記例と同様である。
<動作>
図8にて例示した本実施形態の液晶デバイス駆動装置を用いて、本発明の液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置の動作(操作)について、以下に詳細に説明する。
本実施形態の表示媒体1’においては、第1の実施形態の表示媒体1とは異なり、OPC層10等が積層されている分、表示層7に印加される電圧が、電極5,6間に印加した電圧とは大きさが異なってくる。
図8にて例示した本実施形態の液晶デバイス駆動装置を用いて、本発明の液晶デバイスの駆動方法、および液晶デバイス駆動装置の動作(操作)について、以下に詳細に説明する。
本実施形態の表示媒体1’においては、第1の実施形態の表示媒体1とは異なり、OPC層10等が積層されている分、表示層7に印加される電圧が、電極5,6間に印加した電圧とは大きさが異なってくる。
図11は、図8に示される構造の表示媒体(液晶デバイス)1’の等価回路を示す回路図である。Clc,CopcおよびRlc,Ropcは、それぞれ表示層7およびOPC層10の静電容量および抵抗値である。CeおよびReは、表示層7およびOPC層10以外の構成要素の等価静電容量および等価抵抗値である。
表示媒体1の電極5−電極6間に外部の書き込み装置2’から印加される電圧をVとすると、各構成要素には、各構成要素間のインピーダンス比によって決まる分圧Vlc,VopcおよびVeが印加される。より具体的には、電圧が印加された直後には各構成要素の容量比で決定される分圧が生じ、時間経過とともに各構成要素の抵抗値比で決定される分圧へと緩和していく。
ここで、アドレス光の強度に応じてOPC層10の抵抗値Ropcが変化するため、露光と非露光によって表示層7に印加される実効電圧を制御することができる。露光時にはOPC層10の抵抗値Ropcが小さくなって表示層7に印加される実効電圧は大きくなり、逆に非露光時にはOPC層10の抵抗値Ropcが大きくなって表示層7に印加される実効電圧は小さくなる。
以上のように、本実施形態の表示媒体1’においては、露光時は勿論、非露光時においても、電極5,6間に印加する電圧Vと、表示層7に印加される電圧(分圧)Vlcとの大きさが異なってくるため、本発明の液晶デバイスの駆動方法を実現させるためには、表示層7に印加される電圧(分圧)Vlcに着目する必要がある。これを前提として、以下、第1の実施形態と同様に図7を用いて説明する。
なお、図8に示す走査型の光アドレス型液晶デバイスにおいては、各工程で電極5,6間に印加するバイアス電圧は一定となる。したがって、二次元一括の露光手段を書き込み装置に用いる例を除き、以下の説明において、各工程で電極5,6間に印加する電圧V1'、V2'、V3'は同一とする。
図7に示されるように、前表示の状態、すなわちバイアス電圧が印加されない状態から、まず、準備期間として、表示層7に交流パルス波形のバイアス電圧V1が印加されるように調整された電圧V1’を電圧印加部17によって電極5,6間に印加する([A]初期化工程・動作)。
準備期間では、ホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上のバイアス電圧V1を印加することによって、表示層7内のコレステリック液晶12は全て、図7に示されるようにホメオトロピックとなる。この段階でのホメオトロピックは、既述のローオーダーホメオトロピック(LH)状態である。
次に、書き込み期間において、実際の書き込みが行われる([B]選択工程・動作)。すなわち、電圧印加部17によって、電極5,6間に電圧V1’以上の電圧V2’を印加しつつ、光照射部(露光装置)18によって、アドレス光P2を適宜選択的に照射することで、アドレス光P2が照射されなかった部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2が照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ表示層7に印加されるように部位により選択する。
それぞれの部位において、アドレス光P2の照射/非照射が選択されて、アドレス光P2が照射された部位(明部)はLH状態からHH状態へと変化するとともに、照射されなかった部位(暗部)はLH状態のまま維持される。
なお、既述の通り、この書き込み期間は、本発明においては状態変化速度の極めて速いローオーダーホメオトロピック(LH)状態からハイオーダーホメオトロピック(HH)状態への変化を採用しているため、従来に比して飛躍的に時間短縮され、光照射部18による走査速度を極めて速くすることができる。
最後に、保持期間において、実際に像形成に供される液晶の状態に変化させる([C]保持工程・動作)。LH状態とHH状態は、その後の過渡的な状態においてヒステリシスの関係を有すると推測され、それぞれHH状態とLH状態を元にした別の配向状態が混在する潜像が形成される。ここで、表示層7のうち、書き込み期間で高電圧V2Hが印加されるように選択した部位(すなわち明部)が最終的にプレーナ(P)に、低電圧V2Lが印加されるように選択した部位(すなわち暗部)がフォーカルコニック(F)に、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件に制御されたバイアス電圧V3’を、保持期間において電圧印加部17によって電極5,6間に印加する。すると、書き込み期間で選択されたアドレス光照射の有無に応じて、光を透過するプレーナ(P)状態と反射するフォーカルコニック(F)状態とからなる表示画像が形成される。
低電圧V2Lが選択された部位のローオーダーホメオトロピック(LH)状態が、保持期間を経てフォーカルコニック(F)の選択透過状態に変化する原理や、高電圧V2Hが選択された部位のハイオーダーホメオトロピック(HH)状態が、保持期間を経てプレーナ(P)の選択反射状態に変化する原理についての考え方は、第1の実施形態において説明したとおりである。
以上の動作が順次為され、書き込み期間([B]選択工程・動作)におけるアドレス光の照射/非照射の選択に応じて、表示層の各部位(画素)を反射状態または透過状態とすることができる。このように液晶の状態が選択されて、液晶デバイスへの書き込み(駆動)が為される。
ところで、本実施形態で例示した光アドレスが可能な表示媒体(液晶デバイス)1’では、以上説明したように電極5,6間に印加する電圧ではなく、表示層7に印加される電圧(分圧)が各工程で規定される所定の電圧になっていれば問題ない。したがって、二次元一括の露光手段を書き込み装置を用いて書き込みを行う場合には、本実施形態で説明した各期間において、それぞれ以下のように印加電圧やアドレス光の照射の条件を変更することができる。
<<準備期間([A]初期化工程・動作)>>
上記動作の説明における準備期間において、電圧印加と共にアドレス光を併用することができる。
図7を用いて説明すると、表示層7に交流パルス波形のバイアス電圧V1が印加されるように電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、電圧印加部17によって電極5,6間に電圧V1”を印加しつつ、光照射部(露光装置)18によってアドレス光P1を全面に照射する。
このように準備期間([A]初期化工程・動作)においては、電圧印加のみならずアドレス光を照射しても、結果として表示層7に所望のバイアス電圧V1が印加されるように制御すればよい。
上記動作の説明における準備期間において、電圧印加と共にアドレス光を併用することができる。
図7を用いて説明すると、表示層7に交流パルス波形のバイアス電圧V1が印加されるように電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、電圧印加部17によって電極5,6間に電圧V1”を印加しつつ、光照射部(露光装置)18によってアドレス光P1を全面に照射する。
このように準備期間([A]初期化工程・動作)においては、電圧印加のみならずアドレス光を照射しても、結果として表示層7に所望のバイアス電圧V1が印加されるように制御すればよい。
<<書き込み期間([B]選択工程・動作)>>
上記動作の説明における書き込み期間において、アドレス光の照射の有無ではなく、アドレス光自体はずっと照射しておき、その光強度の高低を選択することにより書き込むことができる。
上記動作の説明における書き込み期間において、アドレス光の照射の有無ではなく、アドレス光自体はずっと照射しておき、その光強度の高低を選択することにより書き込むことができる。
図7を用いて説明すると、電圧印加部17によって、電極5,6間に電圧V1’以上の電圧V2’を印加しつつ、光照射部(露光装置)18によって、光強度の異なるアドレス光(P2HおよびP2L)を部位により適宜選択して照射することで、低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ表示層7に印加されるように部位により選択する。
このように書き込み期間([B]選択工程・動作)においては、アドレス光を全ての部位に照射したとしても、その光強度の高低を適宜選択することによって、結果として表示層7に所望の低電圧V2Lおよび高電圧V2Hが選択的に印加されるように制御すればよい。
<<保持期間([C]保持工程・動作)>>
上記動作の説明における保持期間において、電圧印加と共にアドレス光を併用することができる。
図7を用いて説明すると、表示層7のうち、書き込み期間で高電圧V2Hが印加されるように選択した部位(すなわち明部)が最終的にプレーナ(P)に、低電圧V2Lが印加されるように選択した部位(すなわち暗部)がフォーカルコニック(F)に、それぞれ状態変化する条件に制御された電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度で、電圧印加部17によってバイアス電圧V3”を電極5,6間に印加しつつ、光照射部18によってアドレス光P3を全面に照射する。
このように保持期間([C]保持工程・動作)においては、電圧印加のみならずアドレス光を照射しても、結果として表示層7に所望のバイアス電圧V3”が印加されるように制御すればよい。
上記動作の説明における保持期間において、電圧印加と共にアドレス光を併用することができる。
図7を用いて説明すると、表示層7のうち、書き込み期間で高電圧V2Hが印加されるように選択した部位(すなわち明部)が最終的にプレーナ(P)に、低電圧V2Lが印加されるように選択した部位(すなわち暗部)がフォーカルコニック(F)に、それぞれ状態変化する条件に制御された電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度で、電圧印加部17によってバイアス電圧V3”を電極5,6間に印加しつつ、光照射部18によってアドレス光P3を全面に照射する。
このように保持期間([C]保持工程・動作)においては、電圧印加のみならずアドレス光を照射しても、結果として表示層7に所望のバイアス電圧V3”が印加されるように制御すればよい。
以上、好ましい実施形態を挙げて本発明を詳細に説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではない。また、当業者は、従来公知の知見に従い、本発明を適宜改変することができる。かかる改変によってもなお本発明の構成を具備する限り、勿論、本発明の範疇に含まれるものである。
以下、本発明を、実施例を挙げることで、より具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
本発明に適用し得る液晶デバイスとして、図6に記載の表示媒体1(ただし、さらに遮光層を設けている。)を試作して、本発明および比較例の液晶デバイスの駆動方法ないし液晶デバイス駆動装置を利用して、画像の書き込みを行った。図6および図7を参照しつつ説明する。
本発明に適用し得る液晶デバイスとして、図6に記載の表示媒体1(ただし、さらに遮光層を設けている。)を試作して、本発明および比較例の液晶デバイスの駆動方法ないし液晶デバイス駆動装置を利用して、画像の書き込みを行った。図6および図7を参照しつつ説明する。
コレステリック液晶として、ネマチック液晶(メルク社製,E7)77.5質量%、右旋性カイラル剤(メルク社製,CB15)18.8質量%および右旋性カイラル剤(メルク社製,R1011)3.7質量%を混合して、グリーンを選択反射する材料を調製した。
片面にITO(表面抵抗30Ω/□)がスパッタされた1.1mm厚のガラス基板(コーニング社製,7059)を2枚用意した。このうちの1枚の外面(ITOが成膜されていない側の面)に、カーボンブラック顔料を分散させたポリビニルアルコール水溶液をスピンコートして2μm厚の遮光層(不図示)を形成した。さらに、ITO膜の上に液晶垂直配向膜(日産化学社製,SE7511L)を乾燥膜厚が10nm厚となるようにスピンコート法によって塗布した。図6に記載の表示媒体1で言えば、このガラス基板は基板4、ITO膜は電極6となる。
ITOが成膜されたガラス基板のもう1枚については、ITO膜の上に液晶垂直配向膜(日産化学社製,SE7511L)を乾燥膜厚が10nm厚となるようにスピンコート法によって塗布し、さらにその上に10μm径の球状スペーサ(積水ファインケミカル社製SP210)を湿式散布した。なお、こちらのこのガラス基板は基板3、ITO膜は電極5となる。このガラス基板周辺部に光学接着剤(ノーランド社製,NOA65)をディスペンサで描画し、これに上記もう一方のガラス基板(基板4)を、ITO膜(電極6)側の面が球状スペーサが散布された面に向かい合うように貼り合わせて、前記光学接着剤を光学的に接着させ空セルとした。
得られた空セルに、上記得られたグリーンのコレステリック液晶を毛管注入して、ITO膜間(電極5,6間)に表示層7を形成して、表示媒体1を得た。
得られた空セルに、上記得られたグリーンのコレステリック液晶を毛管注入して、ITO膜間(電極5,6間)に表示層7を形成して、表示媒体1を得た。
([A]初期化工程の条件決定)
得られた表示媒体1に、パーソナルコンピュータでGPIB制御する任意波形発生器(バイオ―メーション社製,2714A)を制御部(制御回路16)、高圧電源装置(松定プレシジョン社製,HEOPTー1B60)を電圧印加部17とする書き込み装置2に接続した。
得られた表示媒体1に、パーソナルコンピュータでGPIB制御する任意波形発生器(バイオ―メーション社製,2714A)を制御部(制御回路16)、高圧電源装置(松定プレシジョン社製,HEOPTー1B60)を電圧印加部17とする書き込み装置2に接続した。
書き込み装置2から表示媒体1に1kHzの矩形波を200ms印加し、その後印加した電圧を解除した際の表示媒体1の反射率を、積分球型分光測色計(コニカミノルタ社製,CM2022)で測定した。プレーナ状態およびフォーカルコニック状態をそれぞれ初期状態とする正規化反射率の変化(スタティック駆動特性)を図12に示す。ここで正規化反射率とは、視感反射率Yの最大値を1、最小値を0として規格化したものである。
なお、この図12のグラフにおいては、初期状態がプレーナ状態である場合およびフォーカルコニック状態である場合のいずれも、印加電圧がある程度高くなると、正規化反射率が1に近い値となっている。これは、印加電圧解除後にプレーナに変化した状態であり、印加電圧解除前にはホメオトロピック状態となっている。
図12のグラフに示されように、フォーカルコニック状態を初期状態とする場合の方がホメオトロピック状態に変化するしきい値が高く、初期状態によらず、Vfh,90に相当する44V以上の電圧を印加すればホメオトロピック状態に遷移することがわかる。
以上の実験結果から、LH(ローオーダーホメオトロピック)状態を選択する初期化工程(準備期間)におけるバイアス電圧V1を、マージンを考慮して50Vとした。
以上の実験結果から、LH(ローオーダーホメオトロピック)状態を選択する初期化工程(準備期間)におけるバイアス電圧V1を、マージンを考慮して50Vとした。
([B]選択工程および[C]保持工程の条件決定)
[B]選択工程(書き込み期間)および[C]保持工程(保持期間)の駆動条件は、相互に影響するため、両者のパラメータを変化させて直交実験を行い、最適条件を選択した。グラフが煩雑にならないよう、以下の説明においては、[B]選択工程および[C]保持工程それぞれ、他の一方の工程を最適条件とした場合の結果のみについて例示する。
[B]選択工程(書き込み期間)および[C]保持工程(保持期間)の駆動条件は、相互に影響するため、両者のパラメータを変化させて直交実験を行い、最適条件を選択した。グラフが煩雑にならないよう、以下の説明においては、[B]選択工程および[C]保持工程それぞれ、他の一方の工程を最適条件とした場合の結果のみについて例示する。
図13は、[A]初期化工程における電圧(初期化電圧V1)=50V、[C]保持工程における電圧(保持電圧)V3=22.5Vとした場合の、選択工程における駆動条件(電圧、印加時間)が、最終的な表示媒体1の視感反射率Yに及ぼす影響を示すグラフである。
ここで、縦軸の「視感反射率Y」は、選択工程前後の各工程の条件を上記のようにした場合に、表示媒体1の表面に最終的に表示される画像について既述の装置によって測定した値であり、フォーカルコニック状態が3前後(画素としてはOFF状態)、プレーナ状態が16〜17前後(画素としてはON状態)の値となる。
したがって、選択工程開始時の選択期間電圧50Vのままでは、印加時間を長くしても液晶はローオーダーホメオトロピック(LH)状態のままであり、選択工程における電圧(選択期間電圧)およびその印加時間(選択期間電圧印加時間)を大きくしてゆくと、液晶がハイオーダーホメオトロピック(HH)状態に変化し、ON画素状態となる条件がある。図13のグラフは、当該条件を見つけるためのグラフとも言い得る。
選択期間電圧印加時間が短くなるに伴って、ON画素を選択する電圧V2Hは高くなる。図13のグラフの結果より、実験条件のうち最も短時間である選択工程電圧印加時間が0.1msの場合であっても、ON画素を選択できることがわかる。本実施例では、動作電圧範囲を考慮して、選択工程電圧印加時間を0.2msとし、選択工程においてHH状態を選択する駆動電圧(高電圧)V2Hを130V、LH状態を選択する駆動電圧(低電圧)V2Lを50Vとした。
一方、図14は、初期化電圧V1=50V、選択期間電圧を上記の通り高電圧V2H=130V・低電圧V2L=50V、その印加時間を0.2msとした場合の、保持工程の電圧(保持電圧)が最終的な表示媒体1のコントラスト比(画像の明部と暗部の視感反射率比)に及ぼす影響を示すグラフである。なお、保持期間の電圧印加時間は100ms、周波数を1kHzとしている。保持電圧に対するコントラスト比は極値を有し、本実施例では、最大コントラスト5.3を示す22.5Vを保持電圧V3とした。
以上の実験で決定した最適駆動条件を下記表1および図15に示す。
以上の実験で決定した最適駆動条件を下記表1および図15に示す。
以上の条件で表示媒体1を駆動させたところ、各画素が綺麗にON・OFF制御された。この実施例の結果から、画像のON・OFFを制御する選択工程が短時間で済むため、スキャンライン数が多い表示媒体を構成した場合であっても、画像の書換え速度を極めて高速にできることがわかる。
1,1’:表示媒体(液晶デバイス)、 2,2’:書き込み装置(液晶デバイス駆動装置)、 3,4:基板、 5,6:電極、 7:表示層(液晶層)、 8:ラミネート層、 9:着色層、 10:OPC層(光導電層)、 11:高分子マトリックス(透明樹脂)、 12:コレステリック液晶、 13,15:電荷発生層(CGL)、 14:電荷輸送層(CTL)、 16,16’:制御回路、 17:電圧印加部(電源装置)、 18:光照射部(露光装置)、 19:接触端子、 51:光源、 52:コリメータレンズ、 53:ポリゴンミラー、 54:ポリゴンモーター、 55:f−θレンズ、 56:折り返し用ミラー、 57:レーザビーム、 58:ビーム調整ミラー、 59:同期信号発生器、 62:発光ダイオードアレイ、 63:自己結像型ロッドレンズアレイ
Claims (12)
- 一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶デバイスに、画像を記録するための液晶デバイスの駆動方法であって、
[A]前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を前記両電極間に印加して、前記液晶層をホメオトロピックにする初期化工程と、
[B]電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記両電極間に印加する選択工程と、
[C]前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を前記両電極間に印加して表示画像を得る保持工程と、
からなることを特徴とする液晶デバイスの駆動方法。 - 一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層と光導電層とが積層され、挟持されてなる液晶デバイスに、画像を記録するための液晶デバイスの駆動方法であって、
[A]前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1が該液晶層に印加されるように、
a)電圧の大きさを調整して前記両電極間に電圧V1’を印加して、または、
b)電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、前記両電極間に電圧V1”を印加しつつアドレス光P1を照射して、
前記液晶層をホメオトロピックにする初期化工程と、
[B]前記両電極間に、電圧V1’以上の電圧V2’を印加しつつ、
a)アドレス光P2を適宜選択的に照射することで、または、
b)光強度の異なるアドレス光(P2HおよびP2L)を部位により適宜選択して照射することで、
アドレス光P2が照射されなかったまたは低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2または高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように部位により選択する選択工程と、
[C]前記液晶層のうち、選択工程で高電圧V2Hが印加された部位がプレーナに、低電圧V2Lが印加された部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する条件となるように、
a)電圧の大きさおよび印加時間を調整して前記両電極間に電圧V3’を印加して、または、
b)電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して、前記両電極間に電圧V3”を印加しつつアドレス光P3を照射して、
表示画像を得る保持工程と、
からなることを特徴とする液晶デバイスの駆動方法。 - 前記書き込み工程における露光手段が、前記液晶デバイスを一次元的に走査しながら露光する手段であることを特徴とする請求項2に記載の液晶デバイスの駆動方法。
- 前記アドレス光の照射手段が、前記液晶デバイスを二次元的に走査しながら露光する手段であることを特徴とする請求項2に記載の液晶デバイスの駆動方法。
- 前記露光手段として、レーザ光を用いることを特徴とする請求項3または4に記載の液晶デバイスの駆動方法。
- 前記露光手段として、発光ダイオードアレイを用いることを特徴とする請求項3または4に記載の液晶デバイスの駆動方法。
- 一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層が挟持されてなる液晶デバイスに、画像を記録するための液晶デバイス駆動装置であって、少なくとも、前記両電極間に電圧を印加し得る電源装置を備え、下記動作が順次為されることを特徴とする液晶デバイス駆動装置。
(初期化動作)前記電源装置により、前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1を前記両電極間に印加して、前記液晶層をホメオトロピックにする。
(選択動作)電圧V1以上の電圧であって、高低2種類の電圧(V2HおよびV2L)のいずれかを部位により選択して、前記電源装置により前記両電極間に印加する。
(保持動作)前記液晶層のうち、選択動作で高電圧V2Hを選択した部位がプレーナに、低電圧V2Lを選択した部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する電圧の大きさおよび印加時間の条件で、電圧V3を前記電源装置により前記両電極間に印加して表示画像を得る。 - 一対の電極間に、少なくとも、コレステリック液晶からなる液晶層と光導電層とが積層され、挟持されてなる液晶デバイスに、画像を記録するための液晶デバイス駆動装置であって、少なくとも、前記両電極間に電圧を印加し得る電源装置と、前記液晶デバイスにアドレス光を照射し得る露光装置とを備え、下記動作が順次為されることを特徴とする液晶デバイス駆動装置。
(初期化動作)前記液晶層におけるホメオトロピックへの状態変化のしきい値以上の電圧V1が該液晶層に印加されるように、
a)電圧の大きさを調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V1’を印加して、または、
b)電圧の大きさおよびアドレス光の光強度を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V1”を印加しつつ、前記露光装置によりアドレス光P1を照射して、
前記液晶層をホメオトロピックにする。
(選択動作)前記電源装置により前記両電極間に、電圧V1’以上の電圧V2’を印加しつつ、
a)前記露光装置によりアドレス光(P2)を適宜選択的に照射する、または、
b)光強度の異なるアドレス光(P2HおよびP2L)を部位により適宜選択して前記露光装置により照射することで、
アドレス光P2が照射されなかったまたは低光強度のアドレス光P2Lが照射された部位に電圧V1以上の低電圧V2Lが、アドレス光P2’または高光強度のアドレス光P2Hが照射された部位に低電圧V2Lよりも電圧の高い高電圧V2Hが、それぞれ前記液晶層に印加されるように選択する。
(保持動作)前記液晶層のうち、選択動作で高電圧V2Hが印加された部位がプレーナに、低電圧V2Lが印加された部位がフォーカルコニックに、それぞれ状態変化する条件となるように、
a)電圧の大きさおよび印加時間を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V3’を印加して、または、
b)電圧の大きさ、電圧の印加時間、およびアドレス光の光強度を調整して、前記電源装置により前記両電極間に電圧V3”を印加しつつ前記露光装置によりアドレス光P3を照射して、
表示画像を得る。 - 前記露光装置が、前記液晶デバイスを一次元的に走査しながら露光する装置であることを特徴とする請求項8に記載の液晶デバイス駆動装置。
- 前記露光装置が、前記液晶デバイスを二次元的に走査しながら露光する装置であることを特徴とする請求項8に記載の液晶デバイス駆動装置。
- 前記露光装置が、レーザ光露光装置であることを特徴とする請求項9または10に記載の液晶デバイス駆動装置。
- 前記露光装置が、発光ダイオードアレイであることを特徴とする請求項9または10に記載の液晶デバイス駆動装置。
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