JP2008519996A - コレステリック液晶表示装置用駆動方式 - Google Patents

Abstract

【課題】コレステリック液晶表示装置の駆動方式を提供する。
【解決手段】コレステリック液晶材料層とこれを独立に駆動し得る電極構造とを含む３つのセルを備える。駆動回路は信号を各ピクセルに印加してピクセルを所定の反射率範囲内で変動する反射率を与えるように可変である。駆動信号は２つの駆動方式の組合せを含み前記範囲の異なる部分の反射率を与える。（ａ）反射率の第１の部分４１において反射率を与える場合、前記ピクセルを安定状態に駆動するように形成された第１の波形は可変で変動する反射率を有する安定状態を与える。（ｂ）反射率の第２の部分４３において反射率を与える場合、前記ピクセルをホメオトロピック状態と平面状態に交互に駆動するように形成された第２の波形は前記ピクセルがホメオトロピック状態および平面状態に駆動される期間が可変であり視聴者が感知する変動する平均反射率を与える。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ある範囲の中間調を与えるコレステリック液晶表示装置に関するものである。

コレステリック液晶表示装置は低電力消費であり高輝度を有する反射表示装置の一つのタイプである。コレステリック液晶表示装置は、複数の状態を切り換えることができるコレステリック液晶材料の層を有する１つ以上のセルを使用する。これらの状態には、コレステリック液晶材料の層（複数）が所定の色に相当するバンド内の波長を持つ光を反射する平面状態（ｐｌａｎａｒ ｓｔａｔｅ）が含まれる。もう一つの状態では、コレステリック液晶材料は光を透過する。フルカラー表示は赤色光、青色光および緑色光を反射することができるコレステリック液晶材料の層を積層することにより達成することができる。

コレステリック液晶ディスプレイのほとんどの開発は液晶材料の安定状態の使用に集中していたが、これらの安定状態は高反射率を与える平面状態、低反射率を与えるフォーカル・コニック状態、並びに中間の反射率を与えるある範囲の混合状態であり、液晶材料が平面状態およびフォーカル・コニック状態のそれぞれのドメインを有する結果である。安定状態を用いると低電力消費の利点が得られるが、これはエネルギーが必要とされるのは状態の変化を駆動するためだけであるが、その後は、液晶は電力を消費しないで画像を消費する安定状態に留まる。現在市販されているコレステリック液晶表示装置はすべてこの動作モードで動作する。

画像を表示するように駆動するために、表示装置は、一般に、コレステリック液晶材料の層を横断して複数のピクセルをそれぞれの駆動信号により駆動することが可能な電極配置を有する。

表示すべき画像に従って液晶材料を所望の反射率を有する安定状態に選択的に駆動するために広範囲の駆動方式が提案されている。一つの駆動方式は、ピクセルをホメオトロピック状態に駆動し、引き続き緩和状態にしてピクセルを緩和して平面状態にするように形成されたリセットパルス波形と、引き続きピクセルを安定状態に駆動するように形成された選択パルス波形とを含み、選択パルス波形は変動可能でありピクセルを変動する反射率を有する安定状態に駆動する。液晶を常に平面状態に駆動することにより、所望の反射率を得るのに必要な選択信号の形が予測可能となり、それにより正確な中間調を得ることが可能になる。他の公知の駆動方式は最初ピクセルをフォーカル・コニック状態に駆動する。

安定状態を使用すると、コントラスト比の良い表示装置が得られるが、コントラスト比はフォーカル・コニック状態が光を散乱するので限界があり、これは３〜４％程度の反射率を有する。特許文献１および特許文献１には、より高いコントラスト比が、コレステリック液晶材料のフォーカル・コニック状態よりも反射率が低いホメオトロピック状態を使用することにより達成されることが報告されている。従って、フォーカル・コニック状態の替わりにホメオトロピック状態を暗状態として使用すると、コントラスト比が増加し、色域が改善されるという利点がある。しかしながら、ホメオトロピック状態は不安定な状態であるので、電力を連続的に印加して画像の表示を維持することが必要である。ホメオトロピック状態は現在市販されているディスプレイには使用されていない。

国際出願公開第ＷＯ−２００４／０３０３３５号パンフレット ジェイ・ワイ ナーム他、エイシャディスプレイ、１９９８年第９７９−９８２頁（ＪＹ Ｎａｈｍ ｅｔ ａｌ．，Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ １９９８ ｐｐ９７９−９８２）

つまり、既知のコレステリック液晶表示装置は高コントラスト比と良好な色域と低電力消費の組合せを提供していない。しかしながら、これは望ましいものである。

本発明の第１の態様によれば、コレステリック液晶材料層と前記コレステリック液晶材料層を横断して複数のピクセルをそれぞれの駆動信号により独立に駆動することが可能な電極構造とを含む少なくとも１つのセルを備えたコレステリック液晶表示装置を駆動する方法であって、前記方法はそれぞれの駆動信号を各ピクセルに印加して前記ピクセルを所定の反射率の範囲内で変動する反射率を得るように変動された状態に駆動することを含み、前記駆動信号は、それぞれの駆動信号を各ピクセルに印加して前記ピクセルを所定の反射率の範囲内で変動する反射率を得るように変動された状態に駆動することを含み、前記駆動信号は、（ａ）前記所定の範囲の反射率の第１の部分において反射率を与える場合、前記ピクセルを安定状態に駆動するように形成された第１の波形であって、前記波形は可変であって変動する反射率を有する安定状態を与える形状を有する波形、および（ｂ）前記所定の範囲の反射率の第２の部分において反射率を与える場合、前記ピクセルをホメオトロピック状態と平面状態に交互に駆動するように形成された第２の波形であって、前記ピクセルがホメオトロピック状態および平面状態に駆動される期間は可変であり視聴者が感知する変動する平均反射率を与える波形を含む方法が提供される。

従って、本発明は、それぞれ所望の反射率の範囲の異なる部分を達成する２つの異なる駆動方式の組合せ用いる。従って、ピクセルに印加される駆動信号は表示されるべき画像に従ってピクセルの所望の反射率によって決まる。

高反射率の部分に用いられる第１の駆動方式は問題とされているピクセルを安定状態に駆動するように形成された駆動信号を印加することである。この駆動方式は表示される画像を変えるためにのみ電力を消費する。駆動信号が印加された後は、安定状態が維持され、従ってピクセルは電力を消費することなく画像を表示し続ける。従って、前記範囲の第１の部分における反射率を有する全てのピクセルに対して低電力消費である。これは一般にコレステリック液晶表示装置を安定状態に駆動する既知の駆動方法に対応し、駆動信号の既知の形を使用することが可能である。

しかしながら、より良いコントラスト比および色域を達成するために、前記範囲の第２の部分における反射率が第２の駆動方式により得られる。この駆動方式はピクセルをホメオトロピック状態と平面状態に交互に駆動するように形成された駆動信号を印加することである。ピクセルがホメオトロピック状態および平面状態に駆動される期間は可変である。この期間は十分に短いので、視聴者が感知する反射率はホメオトロピック状態と平面状態のそれぞれにおけるピクセルの反射率の時間平均である。感知された反射率もそれ故に可変であり、グレースケール（ｇｒｅｙ ｓｃａｌｅｓ）を生成することができる。

従って、第２の駆動方式を使用するとコントラスト比と色域が第１の駆動方式自体を使用した場合と比べて改善される。もちろん、第２の駆動方式は駆動信号を連続的に印加してピクセルをホメオトロピック状態に駆動することが必要であるが、その理由はこれが安定な状態ではないからである。これにより表示装置の電力消費が増加する。しかしながら、当所の期待とは逆に、この電力消費の増加は実際には全く低いことが分かった。これは、実地ではピクセルが前記範囲の第２の部分の反射率を提供する必要があることはほとんど無いからである。究極的には、これは表示されるべき画像によって決まるが、例えば、以下に詳細に説明する表示装置に表示される一般的な画像に対して、どの時点においても、平均してピクセルの１０〜１５％だけが第２の駆動方式で駆動される必要があるに過ぎないことが分かっている。

前記第１の駆動方式は、ピクセルを変動可能な反射率の安定状態に駆動することが可能な任意のタイプのものであってもよい。これは種々の既知の駆動方式および将来開発されるであろう新しい駆動方式を含む。

好適な第１の駆動方式は第１の波形を使用するものであって、前記第１の波形は、ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するリセットパルス波形と、引き続き前記ピクセルを緩和して平面状態にする緩和期間と、引き続き前記ピクセルを安定状態に駆動するように形成された選択パルス波形と、を備え、前記選択パルス波形は可変でありピクセルを変動する反射率を有する安定状態に駆動する。この駆動方式はそれ自体既知である。この場合、一つの選択肢は、選択パルス波形が可変振幅を有することであるが、他の選択肢、例えば可変パルス幅を使用する選択肢もある。

第１の駆動方式は単一のパルスを含む選択パルス波形を使用することができるが、別の選択肢としては、選択パルス波形が前記ピクセルを複数の初期安定状態の一つに駆動するように形成された初期パルスと、任意に、前記ピクセルを反射率が初期安定状態の反射率同士の間にある最終安定状態に駆動するように形成された同調パルスとを含むようにすることである。初期パルスとそれに続く同調バルスを使用すると、ある場合にはグレースケールの選択性が単一のパルスを使用した場合よりも大きくなることが見出された。

第２の駆動方式は、それ自体はＷＯ２００４／０３０３３５に開示されている駆動方式と同じ原理で動作する。この駆動方式は、ピクセルをホメオトロピック状態および平面状態に駆動することが可能な任意の形状を有する第２の波形を用いることができる。好適な第２の波形は、前記ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するように形成された１つ以上の駆動パルスを、前記ピクセルを緩和して平面状態にする１つ以上の緩和期間と交互に含む。この駆動方式は実行が簡単容易であるという利点を有する。前記駆動方式はフレームに基づいて（フレーム単位で）実行することができ、前記第２の波形が所定の持続時間の複数のフレームのそれぞれにおいて、前記ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するように形成された単一のパルスと、それに引き続く緩和期間とを含み、前記ピクセルを緩和して平面状態にする。

もちろん、最小限可能な反射率を得るために、駆動信号は、さらに（ｃ）所定の反射率範囲内の最小反射率を与える場合、前記ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するように形成された第３の波形を含むことが可能である。同様に、最大限の反射率を与えるために、前記駆動信号は、さらに、（ｄ）所定の反射率範囲内の最第反射率を与える場合、前記ピクセルを平面状態に駆動するように形成された第４の波形を含むことが可能である。

前記駆動信号はフレームに基づいて（フレーム単位で）、すなわち、所定の持続時間の連続フレームに印加することが可能であり、第１および第２の波形はそれぞれのフレームにそれぞれ印加される。

上述のように、電極構造は複数のピクセルの独立駆動を提供することが可能である。その理由は、ピクセルとホメオトロピック状態に駆動する場合に駆動信号の連続的印加を必要とする第２の駆動方式を用いることにある。画像によっては、ピクセルを独立に駆動できることを必要とする第２の駆動方式に従って異なるピクセルを選択的に駆動することが必要である。電極構造はこれを可能にするものであればどのようなタイプのものでもよい。

好適な電極構造はそれぞれの導電層を液晶材料の層のそれぞれの側に備え、導電層の少なくとも１つはパターン形成されて複数の個別の駆動電極を規定し、それぞれの駆動電極は前記それぞれの駆動電極に隣接する液晶材料の一領域を前記ピクセルの１つとして独立駆動することが可能である。この電極構造は単純であるという利点を有し、特に導電層の１つがパターン形成されて前記複数の個別の駆動電極を規定し、かつ前記導電層のその他が複数のピクセルにわたって延びている少なくとも１つの共通電極として形成されている場合に有利である。

前記駆動信号を前記駆動電極に印加することを可能にするために、前記電極構造は、さらに、個別の駆動電極のそれぞれに接続され、かつアドレス可能なピクセルの外部の位置まで延びているトラックを備え、前記位置で前記トラックはそれぞれの駆動信号を受信することがそれぞれ可能な端子を形成するようにすることができる。駆動電極と同じ導電層にトラックを設けると、構造が簡単になり、製造が容易となる利点がある。というのは、トラックが駆動電極と同じ製造工程、例えばリソグラフィー工程で形成することができるからである。さらに、駆動信号をトラックに印加することが必要とされるだけなので、トラックへの接続が表示装置の端部で容易に行うことができ、操作が簡単である。

本発明の第２の態様によれば、上述の方法に従ってそれぞれの駆動信号を各ピクセルに印加するように構成された駆動回路を有するコレステリック液晶表示装置が提供される。この場合、前記駆動回路は操作可能であり、各ピクセルに印加される画像データに従って各ピクセルに適用される駆動方式が選択されるようにすることができる。

上述のように、本発明のコレステリック液晶表示装置の駆動方法によれば、実行が容易等の利点が得られる。また、本発明のコレステリック液晶表示装置は製造が容易、操作が簡単である等の利点を有する。

より良い理解が可能となるように、本発明を具現化するコレステリック液晶表示装置を非限定的実施形態により添付図面を参照しながら説明する。

本発明の駆動方式が実行されるコレステリック液晶表示装置２４を説明する。

図１はコレステリック液晶表示装置２４において使用することができる単一セル１０を示す。セル１０は層構造を有し、個々の層１１〜１９の厚さは図１においては明瞭さのために誇張されている。

セル１０は２つの剛性基板１１および１２を備え、これら剛性基板はガラスまたは好ましくはプラスチック製のものを用いることができる。基板１１および１２はそれらの内表面に透明な導電性材料、典型的にはインジウム錫酸化物（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）の層として形成された透明導電層１３および１４をそれぞれ有する。導電層１３および１４はパターン形成されて直接アドレス可能なピクセルの矩形状アレイを規定するが、これについては以下にさらに詳細に説明する。

任意に、各導電層１３および１４は例えば二酸化シリコン製の絶縁層１５および１６で被覆されており、場合によっては複数の絶縁層で被覆されていてもよい。

基板１１および１２はそれらの間に空隙２０を規定し、空隙２０の厚さは典型的には３μｍ〜８μｍである。空隙２０は液晶層１９を含み、空隙２０の周辺の周りに設けられた接着剤シール２１によりシールされている。このように、液晶層１９は導電層１３および１４の間に配置されている。

各基板１１および１２は、さらに、それぞれの整合層１７および１８を液晶層１９に隣接形成して設けており、導電層１３および１４、あるいは設けられている場合は、絶縁層１５および１６を被覆している。整合層１７および１８は液晶層１９を整合し安定化するものであるが、典型的にはポリアミド製であり、任意に一方向に擦られていてもよい。このように、液晶層１９は表面安定化されている。もっとも、液晶層１９は、例えばポリマーまたはシリカ粒子マトリックスを用いて全体的に安定化されていてもよい。

液晶１９はコレステステリック液晶材料を用いて成る。そのような材料はいくつかの状態を有し、反射率と透過率とが変動する。これらの安定状態は平面状態、フォーカル・コニック状態およびホメオトロピック（擬ネマティック）状態であり、アイ．セイジ、「液晶の応用と用途」、ビー バハドゥール、第３巻第３０１頁（１９９２年）ワールド・サイエンティフィック社［Ｉ．Ｓａｇｅ，Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｕｓｅｓ， Ｅｄｉｔｏｒ Ｂ Ｂａｈａｄｕｒ，ｖｏｌ ３，ｐａｇｅ３０１，１９９２，Ｗｏｒｌｄ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ］に記載されている通りである。この文献はここに引用されることにより本明細書において参照され、その教示は本発明に適用可能である。

平面状態では、液晶層１９はある帯域幅の入射光を選択的に反射する。反射光の波長λはブラッグの法則、すなわちλ＝ｎＰ（ここでλは反射光の波長であり、ｎはその光により見られる液晶材料の屈折率であり、Ｐは液晶材料のピッチ長である）により与えられる。従って、原理上、ピッチ長Ｐを選択することにより設計の選択としていかなる色も反射することが可能である。当業者には知られているように、正確に色が決定されるには多数のさらなる要因があるといわれている。平面状態は液晶層１９の明状態として用いられる。

平面状態で入射光がすべて反射されるわけではない。３つのセル１０を用いる典型的なフルカラー表示装置２０では、さらに以下に説明するように、全反射率は典型的には３０％程度である。液晶層１９により反射されない光は液晶層１９を通って伝播された後、後に詳述するブラック層２７により吸収される。

平面状態の液晶層１９の反射スペクトルを例えば緑色高の反射の例について図２に示す。反射スペクトルは光の反射率が実質的に一定である中央波長バンドを有する。これは液晶層１９のコレステリック液晶材料の複屈折によるものであり、正常軸と異常軸に対して異なる角度での光の反射に対応し、各角度における光は屈折率が異なり、反射波長λが異なることになる。

フォーカル・コニック状態では、液晶層１９は、平面状態に比して、透過性であり、入射光を透過する。厳密には、液晶層１９は典型的には３％〜４％程度と反射率の小さい弱光散乱性である。従って、ブラック層２７がセル１０の背後にあると、後に詳述するように、状態はブラックであると感知される。

ホメオトロピック状態では、液晶層１９はフォーカル・コニック状態よりもさらに透過性であり、典型的には０．５％〜０．７５％程度の反射率を有する。ホメオトロピック状態を用いると、コントラスト比がフォーカル・コニック状態を使用した場合に比べて増加するという利点がある。

制御回路２２は導電層１３および１４へ駆動信号を供給し、導電層１３および１４は引き続きこの駆動信号を液晶層１９を横断して印加し、液晶層１９をその異なる状態の間で切り換える。駆動信号の実際の形態は以下に詳細に説明するが２つの一般的な点について注意すべきである。

第１に、フォーカル・コニック状態および平面状態は液晶層１９に駆動信号が印加されないときに共存可能な安定な状態である。さらに、液晶層１９は液晶材料の異なるドメインがそれぞれフォーカル・コニック状態および平面状態である安定な状態で存在することが可能である。これらは混合状態と呼ばれることがある。これらの混合状態では、液晶材料はフォーカル・コニック状態の反射率と平面状態の反射率との中間の反射率を有する。そのような安定状態の範囲はフォーカル・コニック状態と平面状態のそれぞれの液晶の量の種々の混合物を用いて可能であり、そのため液晶材料の全体の反射率は変動する。

第２に、ホメオトロピック状態は不安的であり、ホメオトロピック状態を維持するには駆動信号を連続して印加することが必要である。

図３は表示装置２４を示す。表示装置２４はセル１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂのスタックを備え、それぞれのセルは図１に図示しかつ上述したタイプのセル１０である。セル１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂはそれぞれ液晶層１９を有し、赤、緑および青の色の光をそれぞれ反射する。従って、セル１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂは赤色セル１０Ｒ、緑色セル１０Ｒ、および青色セル１０Ｂと呼ばれる。赤色セル１０Ｒ、緑色セル１０Ｒおよび青色セル１０Ｂを選択使用するとフルカラーの画像の表示が可能となるが、一般に、表示装置は１を含む任意の数のセル１０を用いて作製することができる。

図３において、視聴者が位置する側の表示装置２４の前面は最上であり、表示装置２４の裏面は下端である。従って、セル１０の前面から裏面への順序は青色セル１０Ｂ、緑色セル１０Ｇおよび赤色セル１０Ｒとなる。この順序が好ましい理由がウエストおよびボドナー、「フルカラーディスプレイ用反射コレステリックフィルムのスタックの最適化」エイシャ・ディスプレイ、１９９９年第２０〜３２頁［Ｗｅｓｔ ａｎｄ Ｂｏｄｎａｒ，”Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｃｋｓ ｏｆ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ Ｆｉｌｍｓ ｆｏｒ Ｆｕｌｌ Ｃｏｌｏｒ Ｄｉｓｐｌａｙ”，Ａｓｉａ Ｄｉｓｐｌａｙ １９９９ ｐｐ２０−３２］に記載されているが、原則として他のいかなる順序も用いることができる。

隣接する一対のセル１０Ｒと１０Ｇ、および隣接する一対のセル１０Ｇと１０Ｂはそれぞれ接着層２５および２６によりそれぞれまとめられている。

表示装置２４は裏面に、特に、最後端である赤色セル１０Ｒの裏面に形成することにより配置されたブラック層２７を有する。ブラック層２１は黒色塗料の層として形成することができる。使用時は、黒色層２７はセル１０Ｒ，１０Ｇまたは１０Ｂにより反射されない入射光はいずれも吸収する。従って、全てのセル１０Ｒ，１０Ｇまたは１０Ｂがブラック状態に切り替わると、表示装置は黒く見える。

表示装置２４はＷＯ−０１／８８６８８に開示されている装置のタイプと類似である。この公報の教示内容は引用により本発明に適用することができる。

各セル１０において、導電層１３および１４はパターン形成されて液晶層１９を横断するピクセルの矩形状アレイを異なるそれぞれの駆動信号により独立に駆動することが可能である電極構造を規定する。特に、電極構造は以下の通りに規定される。

電動層１３および１４の第１のもの（導電層１３または１４のいずれでもよい）が図４に示すようにパターン形成されて、個別の駆動電極３１の矩形状アレイを備える。駆動電極１３または１４の他方の、第２のものは駆動電極３１の全アレイに対向する領域にわたって延びており、従って共通電極として動作する。

導電層１３または１４の第１のものはさらに個別のトラック３２を備え、それぞれ駆動電極３１の一つに接続されている。各トラック３２はそれぞれの駆動電極３１から駆動電極３１の外部の、トラックが端子３３を形成する位置まで延びている。制御回路２２は各端子３３にそれぞれ電気的に接続しているとともに導電層１３または１４の第２のものに共通接続をとっている。この接続により、制御回路２２は使用時に各駆動信号を各端子３３に供給する。従って、各駆動信号はトラック３２を経由して各駆動電極３１に供給される。このようにして、各駆動電極３１はその独自の駆動信号を独立に受信し、その駆動電極３１に隣接する液晶層１９の領域を駆動し、この液晶層１９の領域はピクセルとして動作する。このようにして、ピクセルのアレイが液晶層１９に駆動電極３１のアレイに隣接して形成される。各駆動電極３１は駆動信号を独立に受信するので、各ピクセルは直接アドレス可能である。

このような直接アドレッシングには先に詳しく説明したように多くの理由で有利である。各ピクセルは隣接するピクセルに悪影響または影響を与えることなく独立に、受動多重アドレッシングの場合と同様に、アドレス指定することが可能であるので、直接アドレッシングは液晶の電気光学性能を受動多重アドレッシングに比べて改善する。また、直接アドレッシングは、表示装置の面積にわたるセルのパラメータにおける不均一性、例えば液晶層の厚さの製造工程による変動または表示装置の全域にわたる温度変化を補償することが可能になる。各ピクセルは、例えば電圧またはパルス時間のようなパラメータを変えてこれらの変動を補償することにより適合された駆動信号を用いて駆動することができる。

導電層１３または１４の第１のものにトラック３２を収容するために、駆動電極３１は列をなして（図４において垂直に延びて）おり、駆動電極３１の各隣接する列同士の間には空隙３４がある。駆動電極３１の単一の列に接続されたトラック３２はすべて空隙３４の一つに沿って延びている。各駆動電極３１からのトラック３２はすべて同じ側の駆動電極３１のアレイ、すなわち図４における最下端のアレイの側に出る。その結果、すべての端子３３が表示装置２４の同じ側に形成される。これは、複数の同じ表示装置２４がタイルのように敷きつめられて大きな画像領域を規定しているときに有利となるが、その理由は、個々の表示装置２４の間に必要な空隙が減るからである。

明瞭にするために、図４は、駆動電極３１とトラック３２の２列、５ピクセルのみを図示している。実際の表示装置２４は異なる数のピクセル列、より典型的には１８ピクセル以上からなる３６列を備えていてもよい。もっとも有用な表示装置は、各次元において少なくとも３ピクセル、または好ましくは少なくとも５ピクセルを有するものであろう。

制御回路２２をさらに図５に示す。制御回路２２は電源２８から電力を受け取る。制御回路２２はまた画像を表す画像データ２９を受け取る。一般的には、画像データ２９はＬＣＤフォーマットまたはＬＶＤＳフォーマットである。制御回路２２はセル１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂのそれぞれのピクセルのそれぞれに対する駆動信号を画像データ２９に従って導出し、表示装置２４が各ピクセルの液晶材料適切な反射率を有する状態に切り換えることにより画像を表示するようにする。従って、各セル１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂのピクセルを画像データに応じてある範囲の反射率に駆動することが必要である。駆動信号の形は下記の通りである。

一般的な画像では、ピクセルのいくつかは全輝（ｆｕｌｌ ｂｒｉｇｈｔ）状態であり、あるものは中間調であり、あるものは全黒状態である。従って、各セル１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂのピクセルを画像データに応じてある範囲の反射率に駆動することが必要である。反射率範囲の部分が異なると、２つの異なる形態の駆動信号が図６に概略を示すように生成される。図６では、反射率は垂直に増加する。特に、高反射率の反射率範囲の第１の部分４１では、駆動信号が静的駆動方式に従って生成されてグレースケール４２により示される反射率を達成する。一方、反射率の範囲の第１の部分よりもより低い反射率の第２の部分４３において、駆動信号は動的駆動方式に従って生成され、グレースケール４４により示されるような反射率を達成する。

静的駆動方式はピクセルを安定状態、すなわち平面状態、フォーカル・コニック状態または平面状態とフォーカル・コニック状態の間の反射率を有する混合状態に駆動するのに用いられる。従って、画像の第１の部分の最大反射率は平面状態であり、図６において１００％フルカラーと名付けられている。

動的不安定なホメオトロピック状態を利用してピクセルをフォーカル・コニック状態よりも低い反射率を有する状態に駆動する。特に、ピクセルは連続的にホメオトロピック状態に駆動して最小反射率の状態を達成することが出来、これは前記反射率範囲の第２の部分の最小反射率である。前記範囲の第２の部分においてより高い反射率を達成するには、ピクセルをホメオトロピック状態と平面状態に交互に駆動する。

静的および動的駆動方式における駆動信号の好適な形態は以下の通りである。

静的駆動方式では、駆動信号はコレステリック液晶を可変中間調を持つ安定状態に駆動するための既知の形態をしている。最初にダブリュ．グリューベル、ユー．ウォルフおよびエイチ．クリューガー、分子状結晶・液晶、第２４巻第１０３号（１９７３年）（Ｗ．Ｇｒｕｅｂｅｌ，Ｕ．Ｗｏｌｆｆ ａｎｄ Ｈ．Ｋｒｅｕｇｅｒ， Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｒｙｓｔａｌｓ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ，２４，１０３，１９７３）および後に他の文献に記載されている従来の駆動方式の変種である。

駆動信号は図７に示す形を採る。図７は電圧−時間のグラフである。駆動信号はレセットパルス波形５０、引き続く緩和期間５１、引き続く選択パルス波形５２を含む。

リセットパルス波形５０はピクセルをホメオトロピック状態に駆動するように形成されている。この例では、リセットパルス波形５０は単一の平衡化ＤＣパルスからなり、平衡化ＤＣパルスは反対極性の２つのＤＣパルス５３と等しいと考えることができる。

緩和期間５１はピクセルを平面状態に緩和する。リセットパルス波形は速やかに解除され、緩和はフォーカル・コニック状態にではなく平面状態に緩和される。平面状態は、使用される液晶材料と整合層によって短時間の期間内に、典型的には３ミリ秒（ｍｓ）〜１００ミリ秒（ｍｓ）の期間内に形成される。従って、緩和期間はこれよりも長い。

選択パルス波形５２はピクセルを駆動して所望の反射率を有する安定状態にする。最大反射率を達成するには、選択パルス波形５２はまとめて省略され、駆動信号はリセットパルス波形５０のみからなり、これに緩和期間５１が続きピクセルを平面状態のままにする。より低い反射率を達成するには、選択パルス波形５２は初期パルス５４と任意にこれに引き続く同調パルス５５とを含む。この例では、初期パルス５４および同調パルス５５はそれぞれ単一の平衡化ＤＣパルスからなる。従って、初期パルス５４は反対の極性の２つのＤＣパルス５６と等しいと考えることができ、同調パルス５５は反対極性の２つのＤＣパルス５７と等しいと考えることができる。

初期パルス５４と同調パルス５５の振幅は可変でありピクセルを相当する可変反射率を有する安定状態に駆動する。このことは図８を参照することにより理解されるであろう。図８は一般的な液晶材料の電気−光学曲線を示す。特に、図８は、可変振幅（すなわち、初期パルス５４））のパルスを印加した後の初期（すなわち、緩和期間５２の終端）の平面状態の液晶の反射率のグラフ（任意単位で表示）であり、参照値をそのパルスの振幅に対してプロットした。従って、初期パルス５４の振幅は図８の曲線上の点において、Ｖ１とＶ２の間、またはＶ３とＶ４の間の点において選択され、所望の反射率を与える。

Ｖ１とＶ２の間またはＶ３とＶ４の間の曲線の勾配により、多くの中間調状態を達成することが可能となる。例えば、図９は、図８の電気−光学曲線を有する液晶材料に対する選択パルス波形の初期パルス５４の電圧に対して達成することが可能な反射率（任意単位）のグラフである。

同調パルスは省略してもよいので、選択パルス波形５２は単一のパルス、すなわち初期パルス５４を含む。代替案として、同調パルス５５を含めてもよい。この場合、初期パルス５５はピクセルと駆動して初期安定状態にし、同調パルス５５はピクセルを駆動して最終案低状態にする。同調パルス５５は初期パルス５４よりも振幅が小さいことが好ましい。この同調パルス５５を使用する利点は同調パルス５５がピクセルが初期安定状態同士の間で多数の異なる最終安定状態に到達することを可能にすることにより解像度を向上させることができることにある。これにより静的画像品質が向上する。

ある実施形態では、所望の反射率にかかわらず、常に同調パルス５５が存在する。他の実施形態では、同調パルス５５は、可変的に、（１）所望の反射率が初期安定状態の一つの反射率と等しいならば、存在しないか、あるいは（２）所望の反射率が最終安定状態の一つの反射率と等しいならば、存在する。

選択パルス波形５２の振幅が可変であることの代替案として、初期パルス５４および／または同調パルス５５の持続時間を図７に点線で示すように、可変にして可変反射率を達成することができる。これは振幅の変動についても同様にうまくゆく。

リセットパルス波形５０と選択パルス波形５２の実際の振幅と持続時間は多数のパラメータ、例えば実際に使用した液晶材料、セル１０の形状、例えば液晶層の厚さ、その他のパラメータ、例えば温度によって変動する。コレステリック液晶表示装置において常用されているように、これらの振幅と持続時間は特定の表示装置２４用に実験により最適化することができる。一般的には、リセットパルス波形５０は振幅が５０Ｖ〜６０Ｖ、次女くじかんが０．６ｍｓ〜１００ｍｓ、より一般的には５０ｍｓ〜１００ｍｓである。一般的には、初期パルス５４および／または同調パルス５５は振幅が１０Ｖ〜２０Ｖ、持続時間が０．６ｍｓ〜１００ｍｓであってもよい。

上述の例では、パルス５２、５４および５５はすべて平衡化ＤＣパルスである。一般に、これらのパルス５２、５４および５５は代替的にＤＣパルスまたはＡＣパルスであってもよい。一般に、これらのパルスはＤＣ平衡化して、その性質を経時劣化させることがある液晶層１９の電気分解を制限するのが好ましい。そのようなＤＣ平衡化は平衡化ＤＣパルス、ＡＣパルス、あるいは連続フレームにおいて極性が交互に替わるＤＣパルスを使用することにより達成することができる。

静的駆動方式の駆動信号は液晶層１９が反射率を変えるのに必要とされる時にのみ今日供される。従って、反射率の範囲の第１の部分におけるピクセルについての電力消費は低い。

動的駆動方式では、駆動信号は、電圧−時間のグラフである図１０Ａ〜図１０Ｃに示す形を採る。これらの駆動信号はフレームに基づいて（フレーム単位で）供給され、すなわち駆動信号は所定の持続期間の連続フレームのそれぞれに印加される。一般的には、フレーム期間は１０ｍｓ〜３０ｍｓ、例えば図１０Ａに示すように１３ｍｓである。静的駆動方式の駆動信号は同じフレーム期間で印加することができる。

ピクセルを駆動して最小反射率の状態にするために、駆動信号は図１０Ａに示され、全体のフレームについてピクセルを駆動してホメオトロピック状態にする、すなわち平面状態に緩和することができないように連続的に駆動する駆動パルス６０の形を採る。

ピクセルを駆動してより高い反射率にするには、駆動信号は、図１０Ｂに示され、ピクセルを駆動してホメオトロピック状態にする持続時間Ｔｈの駆動パルス６１と、ピクセルを平面状態に緩和させることを可能にする持続時間Ｔｐの緩和期間６２とを含む形を採る。従って、ピクセルは駆動されて交互にホメオトロピック状態と平面状態になる。持続時間ＴｈおよびＴｐは可変であり、ホメオトロピック状態および平面状態のピクセルにより消費される時間の量を変化させる。視覚の持続性の結果、視聴者はピクセルが全フレームの反射率の平均値である反射率を有するように感知する。従って、視聴者が感知する反射率は持続時間ＴｈおよびＴｐが変動するにつれて変動する。これにより、反射率野範囲の第２の部分における中間調を生成することが可能になる。

実際、フレーム毎の反射率の変化は非常に込み入っている。駆動パルス６１の終端において、ピクセルの液晶材料はこのサイクル内で安定な平面状コレステリック状態に戻り若干の光を反射する。この再緩和は複雑なプロセスであり、安定平面状コレステリック相の約２倍のピッチ長（実際、遷移的平面状組織のピッチはＫ３３／Ｋ２２×最終平面状対のピッチに等しく、ここでＫ３３は液晶屈曲弾性定数であり、Ｋ２２は捩じり弾性定数である）を有する準安定な遷移的平面状態を介して進行する［例えば、ディー−ケイ ヤングおよびズィー−ジェイ ルー、ＳＩＤテクニカル・ダイジェスト、第３５１頁、１９９５年（Ｄ−Ｋ Ｙａｎｇ ＆ Ｚ−Ｊ Ｌｕ，ＳＩＤ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ｐａｇｅ ３５１，１９９５）およびジェイ アンダーソン他、ＳＩＤ０９８ テクニカル・ダイジェスト（Ｊ Ａｎｄｅｒｓｏｎ ｅｔ ａｌ，ＳＩＤ ９８ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ＸＸ１Ｘ ｐａｇｅ ８０６，１９９８）］。これにより若干の非線形性が生じるけれども、それでも、平均反射率は、平面状態およびホメオトロピック状態の時間の量の比、すなわち、この場合はＴｐ／Ｔｈの増加とともに増加する。反射率の実際の変化はモデル化するのが困難であるが、実験によりプロットすることが可能である。例えば、図１１は、図８および図９を適用するタイプと同じタイプのセル１０について種々の持続時間ＴｈおよびＴｐの間に達成可能な反射率（任意単位）のグラフである。図１１において、水平軸は時間スロットの数として測定した緩和期間６２の持続時間Ｔｐである。各時間スロットはこの例では約０．３ｍｓの長さを有し、そのため図１１における最大反射率は緩和期間６２の持続時間Ｔｐが約４ｍｓであるときに達成される。所望により、より多くの点をプロットすることができる。

さらに、持続時間ＴｈおよびＴｐを選択し、緩和期間６２の持続時間Ｔｐの最大値が所定の範囲の第２の部分の最大反射率であり、所定の範囲の第１の部分の最小反射率であるフォーカル・コニック状態の反射率に等しい、平均反射率を持つピクセルを与える。この場合もやはり、モデル化は困難であるが、問題となっている表示装置に関して実験により容易に決定される。例えば、図８および図９が適用されるタイプのセル１０について、これは一般的には駆動パルス６１の持続時間Ｔｈが９ｍｓであることに相当する。従って、例えば図９および図１１のグラフを相互に重複して示す図１２に示す静的および動的駆動方式により連続範囲の反射率を達成することが可能である。

図１０Ｂに示す駆動信号において、各フレームに単一の駆動パルス６１がある。これは電力消費およびピクセルの液晶材料へのストレス最小限にするのに好ましい。しかしながら、単一のパルス６１を各フレームに使用することは必須条件ではなく、代替案として、駆動パルスを各フレームに緩和期間と交互に配置することもできる。

ディジタル実装を容易にするために、フレームを所定の数の時間スロットに分割し、駆動パルス６１（または使用されているならば、複数の駆動パルス）を可変数の時間スロットに印加する。これは、反射率の変化は分離した工程で起き、従って時間スロットの長さは得られるグレースケールの適切な解像度を提供するように選択される。

駆動パルス６０および６１の振幅並びにピクセルをホメオトロピック状態に駆動するのに必要なフレーム持続時間は一般に多数のパラメータに従って、静的駆動方式の駆動信号のパラメータと同様に変動する。駆動パルス６０および６１の振幅は所与の表示装置２４について実験により決定することができるが、この振幅は一般的に５０Ｖ〜６０Ｖの範囲内である。

図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、駆動パルス６０および６１は単極パルスとして図示されている。ＤＣ平衡化のために、駆動パルス６０および６１は連続するフレームにおいて極性が交互に替わる。ＤＣ平衡化の代替案として、駆動パルス６０および６１はＡＣパルスまたは平衡化ＤＣパルスであってもよい。

動的駆動方式を静的駆動方式と組み合わせて使用する利点によりコントラスト比と色域が改善される。静的駆動方式を検討すると、フォーカル・コニック状態は暗状態であるが、依然として光を散乱し、一般に３％〜４％の反射率を有する。その結果、液晶層１９のコントラスト比は一般に１０〜１５であり、従来の多重アドレッシング電極構造を用いると、これはセル１０についての全コントラスト比が約６〜８となる。しかしながら、動的駆動方式を使用すると、ホメオトロピックを暗状態として使用することが可能となる。ホメオトロピック状態は非常に反射率が低いので、これによりコントラスト比が向上する。例えば、液晶層１９のコントラスト比が一般に５０以上、駆動電極３１の充填係数（すなわち、ディスプレイの面積に対する割合としての駆動電極の面積）が９５％である表示装置２４の全体のコントラスト比は約３０である。

色域も以下の通りより良くなる。一般に、典型的に３層が積層されたセルからなるコレステリック液晶表示装置において、セル内の各ピクセルの色はその上下のピクセルにより影響される。例えば、再下端のピクセルがその１００％カラーでなければならない場合、その上のピクセルは遷移状態にしてより低いピクセルを最適に示すことが必要である。既知の静的駆動方式では、上ピクセルがほとんど透明であるが完全に透明ではないフォーカル・コニック状態に切り替わると、下ピクセルは１００％色と上（または下）層から散乱された若干の白色光の混合物である色を示す。換言すれば、色は理想に比べて飽和度が低く、色域も劣化されている。しかしながら、動的駆動方式を使用すると、案状態がより低い反射率を元子とが可能になり、延いては色域が改善され、より純粋な色が得られる。これは図１３に示されており、図１３は静的駆動方式により、および上述の駆動により単に駆動された表示装置２４についての色域のＣＩＥプロットである。

図１０Ａ〜図１０Ｃの駆動信号を、画像が変化するまで、連続フレームに繰り返し印加する。従って、電力は所定の範囲の第２の部分の反射率を有するピクセルによって連続的に消費される。しかしながら、実地では、表示装置全体の電力消費比較的に低いが、これは一般的な画像はセル１０の一部分、一般に１０％〜１５％のみがブラック状態であることを必要とするに過ぎないからである。もっともこれはもちろん完全に画像の性質によって決まる。画像の残部は相安定モードを使用して駆動することができる。

上述の駆動方式に種々の変更を行うことができる。一つの可能性は、動的駆動方式をピクセルを駆動して、所定の範囲の第１および第２の部分の間の境界を増加させることにより、または所定の範囲の第１および第２の部分を重複させることによって、より高い反射率にするのに用いることがある。しかしながら、動的駆動方式は静的駆動方式よりもより多くの電力を消費するので、これは好ましくはない。

同様に、限定された反射率の範囲を用いて、例えば平面状態またはを用いない静的駆動方式により、またはピクセルを連続的に駆動してホメオトロピック状態にしない動的駆動方式により操作がかのうであるが、達成し得るコントラスト比が低下するためこれは好ましくはない。

コレステリック液晶表示装置のセルの断面図である。 平面状態の緑色コレステリック液晶の一般的反射スペクトルを示すグラフである。 コレステリック液晶表示装置の断面図である。 図１のセルの導電層の電極構造の平面図である。 表示装置の制御回路の図である。 ピクセルを種々の反射率に駆動するのに用いられる駆動方式の説明図である。 静的駆動方式に従う駆動信号のグラフである。 一般的な液晶材料の電気光学曲線のグラフである。 図７の駆動信号のピクセルの反射率対選択パルスの振幅のグラフである。 動的駆動方式に従う駆動信号のグラフである。 動的駆動方式に従う駆動信号のグラフである。 動的駆動方式に従う駆動信号のグラフである。 図１０Ａ〜図１０Ｃの駆動信号のピクセルの反射率対駆動パルスの持続時間のグラフである。 図９〜図１１のグラフを相互に重ねて示すグラフである。 静的駆動方式単独によりおよび本発明の駆動方式により到達可能なＣＩＥプロットの図である。

Claims (22)

1. コレステリック液晶材料層と前記コレステリック液晶材料層を横断して複数のピクセルをそれぞれの駆動信号により独立に駆動することが可能な電極構造とを含む少なくとも１つのセルを備えたコレステリック液晶表示装置を駆動する方法であって、前記方法は、
   それぞれの駆動信号を各ピクセルに印加して前記ピクセルを所定の反射率の範囲内で変動する反射率を得るように変動された状態に駆動することを含み、前記駆動信号は、
   （ａ）前記所定の範囲の反射率の第１の部分において反射率を与える場合、前記ピクセルを安定状態に駆動するように形成された第１の波形であって、前記波形は可変であって変動する反射率を有する安定状態を与える形状を有する波形、および
   （ｂ）前記所定の範囲の反射率の第２の部分において反射率を与える場合、前記ピクセルをホメオトロピック状態と平面状態に交互に駆動するように形成された第２の波形であって、前記ピクセルがホメオトロピック状態および平面状態に駆動される期間は可変であり視聴者が感知する変動する平均反射率を与える波形
   を含む方法。
2. 前記第１の波形は、
   ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するリセットパルス波形と、
   引き続き前記ピクセルを緩和して平面状態にする緩和期間と、
   引き続き前記ピクセルを安定状態に駆動するように形成された選択パルス波形と、
   を備え、前記選択パルス波形は可変でありピクセルを変動する反射率を有する安定状態に駆動する、請求項１に記載の方法。
3. 前記選択パルス波形は可変振幅を有する、請求項２に記載の方法。
4. 前記選択パルス波形は、前記ピクセルを複数の初期安定状態の一つに駆動するように形成された初期パルスと、引き続く空隙と、引き続く、前記ピクセルを反射率が初期安定状態の反射率同士の間にある最終安定状態に駆動するように形成された同調パルスとを含む、請求項２または３に記載の方法。
5. 前記選択パルス波形は、前記ピクセルを複数の初期安定状態の一つに駆動するように形成された初期パルスと、引き続く空隙と、引き続いて、可変的に、前記ピクセルを前記初期安定状態に維持するためにさらなるパルスを有しないか、あるいは前記ピクセルを反射率が初期安定状態の反射率同士の間にある最終安定状態に駆動するように形成された同調パルスとを含む、請求項２または３に記載の方法。
6. 前記初期パルスの持続時間は、０．６ミリ秒（ｍｓ）〜１００ミリ秒（ｍｓ）である、請求項４または５に記載の方法。
7. 前記同調パルスの持続時間は、０．６ミリ秒（ｍｓ）〜１００ミリ秒（ｍｓ）である、請求項４〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記選択パルス波形は単一パルスである、請求項２または３に記載の方法。
9. 前記単一パルスの持続時間は、０．６ミリ秒（ｍｓ）〜１００ミリ秒（ｍｓ）である、請求項８に記載の方法。
10. 銭レセットパルス波形は単一パルスである、請求項２〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記第２の波形は、前記ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するように形成された１つ以上の駆動パルスを、前記ピクセルを緩和して平面状態にする１つ以上の緩和期間と交互に含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第２の波形は、前記ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するように形成された単一のパルスと、それに引き続く緩和期間とを含み、前記ピクセルを緩和して平面状態にする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記パルスのそれぞれがＤＣパルス、平衡化ＤＣパルスまたはＡＣパルスである、請求項４〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記所定の反射率範囲の前記第２の部分は前記所定の反射率範囲における最低反射率を上回り、前記駆動信号は、さらに、
    （ｃ）前記所定の反射率範囲内の最小反射率を与える場合、前記ピクセルをホメオトロピック状態に駆動するように形成された第３の波形
    を含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記所定の反射率範囲の前記第２の部分は前記所定の反射率範囲における最低反射率を下回り、前記駆動信号は、さらに、
    （ｄ）前記所定の反射率範囲内の最大反射率を与える場合、前記ピクセルを平面状態に駆動するように形成された第４の波形
    を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記駆動信号は所定持続時間の連続フレームに印加され、前記第１および第２の波形はそれぞれのフレームにそれぞれ印加される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記電極構造は、それぞれの導電層を液晶材料の層のそれぞれの側に備え、導電層の少なくとも１つはパターン形成されて複数の個別の駆動電極を規定し、それぞれの駆動電極は前記それぞれの駆動電極に隣接する液晶材料の一領域を前記ピクセルの１つとして独立駆動することが可能である、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記導電層の１つはパターン形成されて前記複数の個別の駆動電極を規定し、前記導電層のその他は複数のピクセルにわたって延びている少なくとも１つの共通電極として形成される、請求項１５に記載の方法。
19. パターン形成されて複数の個別の駆動電極を規定する前記少なくとも１つの導電層は、さらに、個別の駆動電極のそれぞれに接続され、かつアドレス可能なピクセルの外部の位置まで延びているトラックを備え、前記位置で前記トラックはそれぞれの駆動信号を受信することがそれぞれ可能な端子を形成する、請求項１５または１６に記載の方法。
20. 前記少なくとも１つのセルは２つの基板を備え、前記基板はそれらの間に空隙を規定し、前記空隙内に前記液晶材料の層が配置され、前記個別の導電層はそれぞれ前記基板の一方の上に形成されている、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記複数のピクセルはピクセルの２次元アレイを備える、請求項１〜１８に記載の方法。
22. コレステリック液晶材料層の層と前記コレステリック液晶材料層を横断して複数のピクセルをそれぞれの駆動信号により独立に駆動することが可能な電極構造とを含む少なくとも１つのセルと、
    それぞれの駆動信号を各ピクセルに印加して前記ピクセルを、所定の範囲の反射率内を変動する反射率を与えるように可変の状態に駆動するように構成された駆動回路と、を備え、前記駆動信号は、
    （ａ）前記所定の範囲の反射率の第１の部分において反射率を与える場合、前記ピクセルを安定状態に駆動するように形成された第１の波形であって、前記波形は可変であって変動する反射率を有する安定状態を与える形状を有する波形、および（ｂ）前記所定の範囲の反射率の第２の部分において反射率を与える場合、前記ピクセルをホメオトロピック状態と平面状態に交互に駆動するように形成された第２の波形であって、前記ピクセルがホメオトロピック状態および平面状態に駆動される期間は可変であり視聴者が感知する変動する平均反射率を与える波形を含む、コレステリック液晶表示装置。

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