JP3499130B2 - 回折型液晶装置 - Google Patents

回折型液晶装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回折型液晶装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】添付の図面の図１は、ｍ行×ｎ列アレイ
の絵素（画素）を備えた公知のタイプの強誘電性液晶
（ＦＬＣ）ディスプレイパネルを図示する。このディス
プレイは、データ信号Ｖｄ１、Ｖｄ２、．．．、Ｖｄｎ
を受け取るようにデータ信号発生器２の各出力に接続さ
れた列、すなわちデータ電極１を備える。データ信号発
生器２は、例えば１度に１行ずつ表示されるデータを受
け取るデータ入力３を有する。データ信号発生器２は、
タイミング信号を受け取る同期入力４を有し、これによ
って、データ電極１へのデータ信号の供給を制御する。
【０００３】このディスプレイは、各ストローブ信号Ｖ
ｓ１、Ｖｓ２、．．．、Ｖｓｍを受け取るようにストロ
ーブ信号発生器６の各出力に接続された行、すなわちス
トローブ電極５をさらに備える。ストローブ信号発生器
６は、ストローブ電極５へのストローブ信号の供給のタ
イミングを制御するタイミング信号を受け取るようにや
はり接続された同期入力を有する。
【０００４】このディスプレイは、データ電極１とスト
ローブ電極５との間の層として構成されたＦＬＣをさら
に備える。ＦＬＣは、双安定性であり、τ−Ｖ特性にお
いて極小値を有する。液晶層は、平行なラビングされた
配向層間に配置される。データ電極とストローブ電極と
の交差部は、互いに独立してアドレッシング可能な個々
の画素を規定する。
【０００５】添付の図面の図２は、図１のディスプレイ
についてのデータ信号およびストローブ信号のタイミン
グと波形とを示すタイミング図である。ストローブ信号
Ｖｓ１、Ｖｓ２、．．．、Ｖｓｍはストローブ電極に順
々に与えられ、各ストローブ信号は、各々のタイムスロ
ットを占有する。従って、ストローブ信号Ｖｓ１は、ｔ
0からｔ1のタイムスロット間に与えられ、ストローブ信
号Ｖｓ２は、ｔ1からｔ2のタイムスロット間に与えら
れ、以後同様に、電極５の全てがストローブされ、時点
ｔmにおいてデータフレームが完了した後、このシーケ
ンスが繰り返される。
【０００６】各タイムスロットは、４つのサブスロット
に分割される。図示されるように、例えば第１のタイム
スロットに関しては、ｔ0、ｔa、ｔb、およびｔcで始ま
るサブスロットである。各アクティブタイムスロットの
間、例えば、ストローブ信号Ｖｓ１に対してはフレーム
の第１のタイムスロットの間、ストローブ信号は、任意
の適切な形を有し得る。例として図２では、ストローブ
信号が、最初の２つのサブスロットに関してはレベルが
０であり、３番目および４番目のサブスロットに関して
は、所定のレベルを有するように示されている。ＤＣ不
均衡を防止するために、１つのデータフレームが完了す
るごとに、ストローブ信号の極性を反転する。データ信
号Ｖｄ１、Ｖｄ２、．．．、Ｖｄｎは、図２に示される
ように、全て同時に、かつストローブ信号に同期して与
えられる。図示の目的で、図２では、各データ信号が、
長方形のボックスで示される。また、明瞭にするため
に、連続したデータ信号間にギャップがあるが、実際に
は、連続したデータ信号間はつながっている。
【０００７】図３は、P.W.H. Surguyら、Ferroelectric
s 122、63、1991に開示されているような、JOERS/ALVEY
駆動スキームの典型的なストローブおよびデータの波形
を図示する。JOERS/ALVEY駆動スキームは、低い自発分
極Ｐｓを有し、τ−Ｖminの振る舞いを示すＦＬＣ材料
と共に使用することが適している。ブランキングパルス
は、例えば、各フレームの開始時、または各ラインアド
レスタイム（ＬＡＴ）の前に、各ストローブ電極５に与
えられる。ブランキングパルスは、ストローブ電極５に
よってアドレスされる全ての画素を、通常、暗状態にリ
セットする。ブランキングパルスの後には、ストローブ
パルスが続き、データパルスは、全てのデータ電極１に
同時に与えられ、それによって、次の行の画像データが
ディスプレイに入力される。
【０００８】各データ電極１に与えられるデータ信号
は、画素を明状態へと切り替えるスイッチングパルスＳ
Ｗ、または画素が暗状態を保持する非スイッチングパル
スＮＳＷであり得る。画素に印加された合成スイッチン
グパルスおよび合成非スイッチングパルスが、図３に示
される。
【０００９】いわゆるマルヴァーン拡張（Malvern exte
nsion）が、図３に破線で図示され、ストローブパルス
を拡張する効果を有している。この技術は、J.R. Hughe
s、E.P. Raynes、Liquid Crystals 13、597、1993に開
示されている。この技術は、表示の速度およびコントラ
ストを向上させる。ＬＡＴは、ドライブウィンドウのサ
イズを犠牲にして短縮される。
【００１０】このような技術により、ＦＬＣのような双
安定性液晶と共に、パッシブマトリクスアドレッシング
構成を用いることが可能となる。各フレームの開始時、
または各フレームの各ラインの開始時に、全ての画素ま
たは画素のラインが、暗状態へとブランキングされる。
次に、表示されるべきデータが、１度に１ラインずつデ
ィスプレイに書き込まれ、液晶材料の双安定性により、
次のフレーム間に画素がブランキングされ、リフレッシ
ュされるまで、選択された光学状態が維持されることが
保証される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】このような構成の不利
な点は、リフレッシュする前に画素をブランキングする
ことから生じるコントラストおよび明るさの損失であ
る。特に、各フレーム時間のある割合で、各画素が、安
定状態の１つに常にブランキングされる。一般的に、そ
の安定状態の１つとは暗状態で、それにより、視覚的に
より許容可能な表示が提供される。画素が明状態に切り
替えられるべき場合には、明るさおよびコントラストが
低減される。これは、画素が、フレームの一部分でしか
所望の明状態をとらないからである。
【００１２】回折型空間光変調器およびディスプレイ
が、英国特許第2 313 920号および欧州特許第0 811 872
号に開示されており、それらの内容が、本明細書中で援
用されている。例えば、高明度投射形ディスプレイにお
いて使用するために、高解像度電極構造が、ＦＬＣを光
の回折に適したファインピッチ領域へと切り替えるため
に使用される。特に、各画素は、ＦＬＣの交互のストリ
ップが、同じ光学状態または異なる光学状態へと切り替
えられ得るような櫛形電極構造と共に設けられる。全て
のストリップが、同じ状態へと切り替えられると、画素
は、光を回折せず、従って、光は、０次回折光として画
素から出現する。画素から光を集めるための光学システ
ムは、通常このモードで光を集めないように構成されて
おり、それによって、画素が暗く見える。
【００１３】ＦＬＣの交互のストリップが、異なる光学
状態へと切り替えられると、画素は、回折格子として機
能する。例えば、ＦＬＣの櫛形ストリップは、例えば１
８０度異なるような異なる位相遅延を、そこを透過する
光に付与し得る。画素は、回折格子として機能し、光
は、非０次回折光へと回折され、回折光は、関連する光
学システムによって集光され、その結果、画素が明るく
見える。
【００１４】例えば図２および図３に示されるような公
知のタイプのアドレッシングスキームは、このような回
折ＦＬＣ空間光変調器と共に用いられ得る。しかし、各
画素が、各フレームのある部分の間、暗状態へとブラン
キングされるので、上記のように明るさおよびコントラ
ストの損失が生じる。
【００１５】この不利な点を回避する１つの可能な方法
は、新しい画素データを、現存の画素データと比較し
て、スイッチング信号を、光学状態を変えなければなら
ない画素のみに与えることである。このような構成によ
れば、新しい画像データを供給する前に、画素をブラン
キングする必要がなくなるかもしれない。しかし、この
ような構成は、スイッチング信号が各画素に与えられる
べきか否かを確かめるために、全画素の状態が、例えば
フレームメモリ等に記憶されなければならない点で不便
である。フレーム記憶装置を設けるコストに加えて、追
加の処理回路機構が、この比較を行うために必要であ
る。従って、複雑さが増し、その結果、製造の歩留まり
が低減され、その両方がコスト上昇につながっていた。
【００１６】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、画素の状態を確かめることに伴う複雑さ
を有さず、かつ、各画素をリフレッシュする前にブラン
キングを行う必要がなく、それによって、明るさおよび
コントラストが改善される回折型液晶装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、双安定
性液晶層と、複数のストローブ電極と、複数のデータ電
極組と、それぞれが対応するストローブ電極と対応する
データ電極組との交差部に形成されている複数の絵素で
あって、各データ電極対の電極がそれぞれの絵素におい
て互いに組み合わされている櫛形電極である複数の絵素
と、各ストローブ電極が第１の期間の連続したフレーム
において交互の極性を有するストローブ信号を受け取る
ように、ストローブ信号をストローブ電極に与えるスト
ローブ信号発生器と、第１および第２のデータ信号を各
ストローブ信号に同期して各データ電極組の第１の電極
および第２の電極にそれぞれ与えるデータ信号発生器と
を備える回折型液晶装置が提供される。この回折型液晶
装置においては、ストローブ信号が、第１の期間のフレ
ーム間にブランキング信号を含まず、第１の期間中に、
第１および第２のデータ信号が、非回折絵素状態を選択
するスイッチング信号と、回折絵素状態を選択するため
に奇数のフレームにおいては、それぞれスイッチング信
号および非スイッチング信号と、回折絵素状態を選択す
るために偶数のフレームにおいては、それぞれ非スイッ
チング信号およびスイッチング信号とを有しており、そ
のことによって上記目的を達成する。
【００１８】ストローブ信号発生器が、各ストローブ電
極に、第１の期間の第１のフレームのストローブ信号に
先行し、該ストローブ信号の極性とは反対の極性を有す
る第１のブランキング信号を与えるように構成されても
よい。ストローブ信号発生器は、第１のブランキング信
号を、複数のストローブ電極に同時に与えるように構成
されてもよい。装置が正しく動作するためには、ブラン
キング動作が、第１の期間の開始時、例えばディスプレ
イが最初にスイッチを入れられる時に行われれば十分で
ある。その後、各フレーム間に、各画素のブランキング
を行う必要はない。
【００１９】データ信号発生器が、第１の期間に続く第
２の期間中に、非回折絵素状態を選択する複数のスイッ
チング信号と、回折絵素状態を選択するために奇数のフ
レームにおいては、それぞれ非スイッチング信号および
スイッチング信号と、回折絵素状態を選択するために偶
数のフレームにおいては、それぞれスイッチング信号お
よび非スイッチング信号とを有する第１および第２のデ
ータ信号を与えるように構成してもよい。画素は、第２
の期間の開始時、例えば第１のフレームの開始時または
第１のフレームの各ＬＡＴの開始時にブランキングされ
てもよい。
【００２０】ストローブ信号発生器が、第１の期間に続
く第２の期間中に、各ストローブ電極に対して、第１の
ブランキング信号の極性とは逆の極性を有し、第２の期
間の第１のフレームのストローブ信号に先行し、該スト
ローブ信号とは逆の極性を有する、第２のブランキング
信号を与えるように構成してもよい。ストローブ信号発
生器は、第２のブランキング信号を、複数のストローブ
電極に同時に与えるように構成されてもよい。
【００２１】便宜上、第１の期間の第１のフレームにお
けるストローブ信号は、同一の極性を有し得る。
【００２２】双安定性液晶は、好適には強誘電性液晶で
あるが、スーパーツイスティッドネマティック（ＳＴ
Ｎ）、反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）、および双安定性ネ
マティック（例えば、双安定性ツイスティッドネマティ
ック（ＢＴＮ））などの他の材料も使用され得る。ＦＬ
Ｃは、高速応答時間という利点を有し、それによって、
比較的高いフレームレートを有する、パッシブにアドレ
スされるディスプレイの提供が可能となる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図４に示す回折型ＦＬＣ装置は、
投射形ディスプレイのディスプレイパネルとしての使用
に適しており、単一データ電極１が、データ電極対１ａ
および１ｂに置き換えられている点で図１に示す装置と
は異なる。従って、各列の画素は、第１のデータ電極１
ａおよび第２のデータ電極１ｂを有している。第１およ
び第２の電極１ａおよび１ｂは、図５により詳細に示さ
れるように互いに組み合わされ、交互嵌合された櫛形電
極であって、図４の概略図に比べて、櫛形電極の部分が
９０度回転した状態が図５に示されている。
【００２４】第１の電極１ａは、細長い部分（例えば１
０）を有し、この細長い部分は、第２の電極１ｂの細長
い部分（例えば１１）と交互に配置される。各列の第１
の電極１ａは、互いに接続され、第１のデータ信号Ｖｄ
１ａ、Ｖｄ２ａ、．．．Ｖｄｎａを受け取り、各列の第
２の電極１ｂは、互いに接続され、各第２データ信号Ｖ
ｄ１ｂ、Ｖｄ２ｂ、．．．、Ｖｄｎｂを受け取る。
【００２５】細長い部分１０および１１は、ストローブ
電極５と共働し、それによって、第１の電極１ａによっ
てアドレスされるストリップが、ＦＬＣの２つの安定状
態の内のどちらかに切り替えられ得、第２の電極１ｂに
よってアドレスされるストリップが、同様にどちらかの
状態に切り替えられ得るが、第１のストリップとは無関
係に切り替えられ得るように、平行するストリップまた
は画素の小領域を規定する。各ストリップのＦＬＣの２
つの安定状態を、以下では、「アップ」および「ダウ
ン」と称する。
【００２６】全ストリップが、同じアップ状態またはダ
ウン状態へと切り替えられると、画素は、非回折光学素
子として機能する。第１のストリップがアップ状態にあ
り、第２のストリップがダウン状態にある場合、または
第１のストリップがダウン状態にあり、第２のストリッ
プがアップ状態にある場合には、画素は、実質的に回折
格子と同様に機能し、その結果、入射光を非０次回折光
へと回折する。例えば、ＦＬＣにより、位相差（例えば
１８０度）が、アップ状態のＦＬＣを通過する光と、ダ
ウン状態のＦＬＣを通過する光との間で生じ得、その結
果、画素が位相だけに関する回折格子として機能する。
このような回折格子は、不偏光に対して作用し、従っ
て、高い光学効率を有するディスプレイの製造が可能と
なる。
【００２７】第１および第２のストリップの全てがアッ
プ状態、または全てがダウン状態のどちらかにある時に
は、画素は、非回折モードで動作し、光が０次回折で透
過する。同様に、第１のストリップがアップ状態にあ
り、第２のストリップがダウン状態にある場合、および
第１のストリップがダウン状態にあり、第２のストリッ
プがアップ状態にある場合の両方で、画素は回折格子と
して動作する。これにより、各フレームにおいて、画素
のブランキングの必要性が取り除かれる。
【００２８】図６の波形図は、装置のスイッチを入れた
後の第１の期間のブランキングおよびストローブ信号を
示す。特に、これらの図は、それぞれ時点Ｔ０、Ｔ１、
およびＴ２で始まる最初の３つのフレームを包含する。
ブランキングパルスは、第１のフレームの開始時に、同
時にストローブ電極５に与えられ、その後、ストローブ
パルスが、順に電極５に与えられる。ストローブパルス
は、例えば図３を参照して上に説明したような従来のタ
イプであり得る。図６に示されるように、ブランキング
パルスは第１のフレーム間のみ与えられ、第１の期間の
後続のフレーム間には、ブランキングパルスが与えられ
ない。
【００２９】図７に示される波形は、ブランキングパル
スが、第１のフレーム間にストローブパルスの直前に各
ストローブ電極５に与えられる点で、図６に示される波
形とは異なる。ここでも、第１の期間中には、後続のブ
ランキングパルスは与えられない。
【００３０】データ信号Ｖｄ１ａ、．．．、Ｖｄｎａお
よびＶｄ１ｂ、．．．、Ｖｄｎｂは、各ストローブパル
スに同期して、第１および第２のデータ電極１ａおよび
１ｂに同時に与えられる。個々のデータ信号は、スイッ
チング信号または非スイッチング信号であり得、図３を
参照して上に説明したような従来のタイプであり得る。
【００３１】図８は、第１の期間の最初の３つのフレー
ム間の、図４の装置の動作を示す。図８に示される動作
は、全画素が同様にアドレスおよび制御される状態で、
装置の任意の画素に適用される。
【００３２】ブランキングパルスは、装置の画素の全ス
トリップをダウン状態に切り替えるような極性を有す
る。これは、画素を表す１５に示され、第１のデータ電
極１ａによって制御されるストリップの状態を、文字
「ａ」の上の下向きの矢印によって表し、第２のデータ
電極１ｂによって制御されるストリップの状態を、文字
「ｂ」の上の下向きの矢印によって表す。１５で示され
る画素は、従って非回折状態にあり、非０次回折の光を
集めるタイプのディスプレイにおける暗い画素に相当す
る。
【００３３】第１のフレーム間において、画素を非回折
状態に維持するためには、「Ｓ」で示されるスイッチン
グ信号が、第１および第２の電極１ａおよび１ｂの両方
に、「アップ」タイプのストローブパルスと同期して与
えられる。それによって、スイッチング信号が、スイッ
チング信号Ｓに隣接する上向きの矢印で示されるよう
に、ストリップをダウン状態ではなく、アップ状態に切
り替え得る。第１のストリップおよび第２のストリップ
の両方が、ダウン状態にあり、その結果、第１および第
２の電極１ａおよび１ｂに与えられたスイッチング信号
Ｓが、第１および第２のストリップの状態を、１６に示
されるようにアップ状態へと切り替える。従って、全ス
トリップが同じ状態にあり、その結果、画素が非回折状
態を維持する。
【００３４】画素を、ブランクされた状態から回折状態
へと切り替える場合には、第１のフレーム間にアップス
トローブパルスと同期して、非スイッチング信号Ｎが、
第１の電極１ａに与えられ、スイッチング信号Ｓが、第
２の電極１ｂに与えられる。第１の電極１ａに与えられ
た非スイッチング信号Ｎは、第１のストリップａをダウ
ン状態のままに残す。スイッチング信号Ｓは、アップス
トローブパルスと共同して、第２の電極１ｂによって制
御されるストリップｂを、１７に示されるようにアップ
状態へと切り替える。
【００３５】一般的または任意の画素を、第２のフレー
ム間に非回折状態へと切り替えるためには、スイッチン
グ信号Ｓが、第１および第２の電極１ａおよび１ｂに、
ダウンストローブパルスに同期して与えられる。１６に
示されるように、画素がすでに非回折状態にある場合に
は、スイッチング信号は、全ストリップを１８に示され
るようにダウン状態へと切り替え、それによって、画素
が非回折状態に維持される。画素が、１７に示されるよ
うな回折状態にある場合には、第１のストリップａは、
すでにダウン状態にあり、第１の電極に与えられたスイ
ッチング信号Ｓは、どのような変化ももたらさない。第
２のストリップｂがアップ状態にあったが、第２の電極
１ｂに与えられるスイッチング信号Ｓによってダウン状
態へと切り替えられる。従って、ここでも、ストリップ
の状態は、１８に示されるような状態である。
【００３６】画素が、第２のフレーム間に回折状態へと
切り替えられることが必要である場合には、スイッチン
グ信号Ｓが、第１の電極１ａに与えられ、非スイッチン
グ信号Ｎが、第２の電極１ｂに与えられる。画素が、１
６に示されるような非回折状態にある場合には、スイッ
チング信号により、第１のストリップａがダウン状態に
切り替えられ、非スイッチング信号は、第２のストリッ
プｂを変えることなくそのままにする。従って、１９に
示される回折状態が設定される。画素が既に１７に示さ
れるような回折状態にある場合には、第１のストリップ
ａは、すでにダウン状態にあり、その結果、スイッチン
グ信号Ｓは、ダウンストローブパルスと共に、どのよう
な影響も与えない。同様に、非スイッチング信号は、第
２のストリップｂにはどのような影響も与えず、その結
果、１９に示されるように、画素が同じ状態に維持され
る。
【００３７】第３のフレームの間に、アップストローブ
パルスが与えられる。画素が、非回折状態にあるために
は、スイッチング信号が、第１および第２の電極１ａお
よび１ｂに与えられる。画素が、１８に示されるような
非回折状態にある場合には、ストリップが全てダウン状
態にある。スイッチング信号およびアップストローブパ
ルスにより、２０に示されるように、全てのストリップ
ａおよびｂが、アップ状態に切り替えられる。画素が、
１９に示されるような回折状態にある場合には、第１の
電極１ａに与えられたスイッチング信号Ｓにより、第１
のストリップａがアップ状態に切り替えられる。一方、
第２のストリップｂは、すでにアップ状態にあるので、
第２の電極１ｂに与えられたスイッチング信号は、どの
ような影響ももたらさない。従って、画素は、２０に示
される状態に切り替えられる。
【００３８】画素が、第３のフレーム間に回折状態へと
切り替えられる必要がある場合には、非スイッチング信
号Ｎが、第１の電極１ａに与えられ、スイッチング信号
Ｓが、第２の電極１ｂに与えられる。画素が、１８に示
されるような非回折状態にある場合には、非スイッチン
グ信号は、どのような変化ももたらさず、その結果、第
１のストリップａが、ダウン状態を維持する。第２の電
極１ｂに与えられたスイッチング信号により、第２のス
トリップｂが、２１に示されるように、アップ状態に切
り替えられる。画素が、１９に示されるような回折状態
にある場合には、非スイッチング信号は、どのような変
化ももたらさず、その結果、第１のストリップａが、ダ
ウン状態を維持する。第２のストリップは、アップ状態
にあり、その結果、スイッチング信号とアップストロー
ブパルスとの組み合わせが、どのような影響ももたらさ
ず、画素が、２１に示される回折状態に維持される。
【００３９】図８に示されるようなストローブ信号およ
びデータ信号を与えることにより、各画素は、先行する
フレーム間の画素状態とは無関係に、各フレーム間にお
いて、回折または非回折状態へと切り替えることができ
る。言い換えると、各画素を回折または非回折状態に切
り替える信号の組み合わせは、先行する画素状態に左右
されない。画素を同一の状態、例えば、図８に示される
ような全ストリップがダウン状態にある非回折状態にブ
ランキングすることは、第１の期間の開始時、例えば装
置が最初にスイッチを入れられる時のみに必要である。
正しいアドレッシングが達成されるために、さらなるブ
ランキングパルスが必要とされることはない。
【００４０】図８に示される構成の不利な点は、画素が
回折状態にある場合に、１７、１９、２１に示されるよ
うに、常に、第１のストリップａがダウン状態にあり、
第２のストリップｂがアップ状態にあることである。画
素が、十分な時間回折状態にとどまろうとすれば、内部
イオンフィールドが築かれる場合があり、ＦＬＣの固着
および電気化学的劣化が生じ得る。数個の連続したフレ
ームの間、非回折状態を維持する画素は、ストリップａ
およびｂの状態が、各フレーム中に逆にされるので、こ
の問題を経験することはない。
【００４１】この問題を避けるためには、装置は、限定
された第１の期間中、図８に示される構成に従って動作
され得、その後、動作モードが、図９および図１０に示
されるように変更される。
【００４２】図９は、第１の限定された期間に続く第２
の期間中の動作を示す。装置の全画素は、第２の期間の
開始時に再びブランキングされるが、アップブランキン
グパルスによってブランキングされ、その結果、ストリ
ップａおよびｂは、２２に示されるように、全てアップ
状態にある。しかし、画素は回折的に動作するので、こ
の状態は、非０次回折の光を集めるディスプレイに対し
て暗い画素を提供する非回折状態に相当する。この時、
第１のフレーム間のストローブパルスは、ダウンストロ
ーブパルスで、後続のストローブパルスは、図示される
ように交互になる。従って、第２の期間中のブランキン
グパルスおよびストローブパルスの向きは、図８に示さ
れる第１の期間中のものとは反対である。しかし、第１
および第２の電極１ａおよび１ｂに与えられたデータ信
号のシーケンスは、図８に示されるものと同じである。
第２の期間中、非回折状態に関しては、ストリップａお
よびｂの両方の状態は、２３、２４、および２５に示さ
れるように交互である。
【００４３】画素の回折状態が、２６、２７、および２
８に示されるように、各フレームにおいて同一であり、
第１のストリップがアップ状態にあり、第２のストリッ
プがダウン状態にある。しかし、第２の期間中での回折
モードのストリップの状態は、図８に示される第１の期
間中の対応する状態と比較して、反対である。第１およ
び第２の期間を交互に配置することにより、補償が、統
計的に達成され得る。例えば、第１および第２の期間の
各々は、１０フレームを含み得る。従って、表示のブラ
ンキングが、各期間の開始時に必要とされるが、各フレ
ーム中のブランキングと比較して、明るさおよびコント
ラストの損失が大幅に低減される。
【００４４】図１０は、図９に示される構成に対する補
償を提供する代替の構成を示す。この場合、ブランキン
グパルスおよびストローブパルスは、図８に示されるも
のと同じである。しかし、第１および第２の電極に与え
られるデータ信号は、逆にされる。従って、第１の期間
中、回折状態を選択するために、スイッチング信号Ｓ
が、第１の電極１ａに与えられ、非スイッチング信号Ｎ
が、第２の電極１ｂに与えられる。その結果、図１０に
示される第２の期間中、画素の回折状態に関して、スト
リップａはアップ状態にあり、ストリップｂはダウン状
態にある。
【００４５】図１１および図１２は、図４から図１０に
示される技術を用いたディスプレイパネルの反射モード
の回折画素を示す。パネルは、長方形または実質的に長
方形の画素からなる長方形アレイを含み、その長方形の
画素が１つだけ、図１１および図１２に示される。パネ
ルは、上部ガラス基板３１および下部ガラス基板３２を
備える。上部基板３１は、インジウムスズ酸化物（ＩＴ
Ｏ）の透明導電層でコーティングされ、この層がエッチ
ングされて、細長い櫛形電極１ａおよび１ｂが形成され
る。電極は、強誘電性液晶材料のための配向層３４で覆
われる。特に、配向層３４は、基板３１の法線に対して
８４度の角度で、シリコンオキサイドを斜めに蒸発させ
ることにより形成され、それによって、例えば、Ｍｅｒ
ｃｋから入手可能なＳＣＥ８として公知のタイプの強誘
電性液晶材料において、Ｃ１状態が誘起される。例え
ば、配向層３４は、約１０ナノメータの厚みを有し得
る。
【００４６】併用されるミラー兼電極５は、銀を約１０
０ナノメータの厚みで堆積させることにより、ガラス基
板３２上に形成される。スタティック４分の１波長板３
６が、銀ミラーおよび電極５上に形成される。スタティ
ック４分の１波長板３６は、光開始剤を含むトルエン／
キシレン混合液などの適切な溶媒に溶解した、反応性メ
ソゲンＲＭ２５７（Ｍｅｒｃｋから入手可能）の混合物
をスピンコートすることによって設けられ得る。これ
を、窒素雰囲気中で紫外線下で約１０分間硬化させる。
板３６の厚みは、例えば、材料の混合比とスピン速度と
を変化させることにより制御される。それによって、板
３６は、例えば約５２０ナノメータの波長付近にピーク
を有する可視光スペクトルの所定のバンド幅に対して、
４分の１波長板として機能する。厚みｄは、以下の式に
よって得られる。
【００４７】
【数１】
【００４８】ただし、λはバンドの中心の波長で、Δｎ
は、４分の１波長板３６の材料の常光屈折率と異常光屈
折率との間の差である。従って、４分の１波長板３６
は、典型的には、８００ナノメータ程度の厚みを有す
る。
【００４９】さらなる配向層３７が、例えば配向層３４
に関して上に記載されたように、４分の１波長板３６上
に形成される。次に、基板３１および３２は、例えば、
直径２マイクロメータのスペーサーボールによって間隔
をあけられ、互いに貼りつけられ、それによって、層３
８を形成するために、強誘電性液晶材料で充填されるセ
ルが形成される。このように間隔をあけることで、２分
の１の波長の遅延を提供する強誘電性液晶材料層が設け
られる。この液晶層は、以下に記載されるように、光学
軸が切り替え可能である２分の１波長のリターダとして
機能する。特に強誘電性液晶層は、以下の式によって得
られる厚みｄを有する。
【００５０】
【数２】
【００５１】ただし、ΔｎFLCは、強誘電性液晶材料の
常光屈折率と異常光屈折率との間の差である。
【００５２】ディスプレイの明るさを最適化するために
は、各界面の反射率を、好適には、例えば、基板３１に
反射防止コーティングを塗布し、電極１ａおよび１ｂを
光学的に埋めることにより低下させるべきである。
【００５３】電極１ａ、１ｂ、および５は、図４に示さ
れるように構成される。
【００５４】各画素に関して、電極５は、画素に表示さ
れるべきデータをストローブするために、例えば０ボル
トを与える基準電圧線に接続可能である共通電極として
機能する。１つおきに配置される細長い電極１ａは互い
に接続され、１つおきに配置される細長い電極１ｂは互
いに接続され、それによって、上記のデータ信号を受け
取るために接続された２組の櫛形電極が形成される。各
画素は、反射状態と、回折状態との間で切り替え可能で
ある。
【００５５】図１３は、図１１および図１２に示される
タイプの画素を有する空間光変調器（ＳＬＭ）４０を用
いた投射形ディスプレイを示す。ＳＬＭ４０は、光源４
１によって照明される。投射レンズ４７および４８と、
ミラー４９および５０とは、ＳＬＭ４０によって表示さ
れる画像をスクリーン４４上に投射する。
【００５６】光源４１からの光は、正常にＳＬＭ４０上
に入射する。反射モードにある各画素は、正常に入射光
を反射し返し、そのため、反射された光が、投射レンズ
４７および４８とミラー４９および５０とから構成され
る光学素子によって投射されない。従って、「暗い」画
素が、スクリーン４４上に結像される。回折モードにあ
る各画素は、入射光を、非０次回折光、主に、光線４５
および４６によって示されるような正および負の１次回
折光へと偏向する。従って、このような画素それぞれか
らの光は、スクリーン４４上の「明るい」画素へと結像
される。
【００５７】強誘電性材料は、比較的スイッチングが速
いという利点を有するが、反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）
および双安定性ツイスティッドネマティック（ＢＴＮ）
等の双安定性ネマティックモードなどの、他の双安定性
液晶材料およびモードが用いられ得る。代替の材料およ
びモードの例が、適切なアドレッシング波形と共に、以
下に記載される。
【００５８】上記のアドレッシング波形は、τ−Ｖ駆動
電圧範囲内に最小値を有するＦＬＣ材料に適している。
しかし、このような最小値を有さないＦＬＣ材料も使用
され得る。その場合、図１４に示されるタイプのアドレ
ッシング波形が使用され得る。ストローブ波形は、ＤＣ
バランスを提供するパルスに囲まれたブランキングパル
スを含む。ストローブパルスが、交互のフレームにおい
て反転される場合は、これらのＤＣバランスパルスは、
不必要である。ブランキングパルスの後には、双極性ス
トローブパルスが続く。上記のように、ブランキングパ
ルスは、装置のスイッチを入れた時のみ、および、その
後時折必要とされることがあるのみで、各フレームのリ
フレッシュサイクルの一部として必要とはされない。ス
トローブパルスは、各フレームごとに反転される。
【００５９】図１５は、ＡＦＬＣに対する典型的なアド
レッシング波形を示す。ストローブパルスに続いて、保
持電圧が、フレーム全体を通して、選択された双安定性
状態に画素を維持するために必要とされる。次に、ブラ
ンキングが、リセットまたは緩和期間（この期間中に、
ＡＬＦＣが、ブラック状態に緩和される）によって達成
される。従って、このタイプの波形は、フレーム間のリ
セットまたは緩和期間を省略して使用され得る。さら
に、ディスプレイが、最初に、緩和した状態、すなわち
ブラック状態にあるので、初期のブランキングは不必要
である。ストローブ波形が、交互のフレームに関して反
転されるので、ＤＣバランスが提供される。
【００６０】図１６は、双安定性ネマティックモードで
使用されるストローブ波形を示す。波形は、リセットパ
ルス、およびそれに続く部分リセットパルスと選択パル
スとを含み、これらのパルスは共に、ストローブパルス
または信号として機能する。
【００６１】表面配列回折格子(surface alignment gra
tings)を用いた双安定性ネマティック装置が、ＷＯ９７
／１４９９０号に開示されており、これは、図１７に示
されるようなブランキングおよび選択に基づくアドレッ
シングスキームを開示している。ここでも、ブランキン
グパルスは、最初または時折のみ必要とされ、各フレー
ムのリフレッシュサイクル中には必要とされない。
【００６２】図１８および図１９は、電極および反射板
機能が、別個の素子によって提供される別の装置を示
す。図１８および図１９に示される画素は、ストローブ
電極５が、配向層３７を有した液晶層３８と、スタティ
ック４分の１波長板３６との間に配置されている点で、
図１１および図１２に示される画素とは異なる。このよ
うな構成は、駆動電圧が、波長板３６を介して降下され
ないので、駆動電圧が低減され得るという利点を有す
る。ストローブ電極５は透明で、ＩＴＯから形成され得
る。別個のミラー５５が、ガラス基板３２と、さらなる
配向層３７との間に、波長板３６の形成時に使用するた
めに設けられる。ミラー５５は、電極として機能する必
要はなく、従って、誘電性材料で形成され得る。
【００６３】図２０は、データ電極の別の構成を示す。
この場合、図４に示されるデータ信号発生器２は、デー
タ電極の対向する端部に配置される２つの部分に分割さ
れる。第１のデータ電極は、データ信号発生器Ａに接続
され、第２のデータ電極は、データ信号発生器Ｂに接続
される。このような構成は、電極の幾何学的配置により
櫛形画素電極間の間隙が最小限に抑えられるので、画素
の開口率が改良されるという利点を有する。
【００６４】上記の実施形態は、デジタル動作を用いた
が、例えばドメイン成長アナログタイプなどのアナログ
動作も可能である。
【００６５】
【発明の効果】本発明によれば、各画素をリフレッシュ
する前にブランキングを行う必要がなく、それによっ
て、明るさおよびコントラストが改善される回折型液晶
装置を提供することが可能になる。また、所望の回折ま
たは非回折状態への切り替えが、前の画素状態に左右さ
れないような信号によって行うことが可能である。
【００６６】さらに、画素のＤＣバランスを提供するこ
とが可能である。このようなＤＣのバランスは、液晶の
電気化学的劣化を避けるために望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のＦＬＣディスプレイの概略平面図であ
る。
【図２】図１のディスプレイに生じる波形を示す図であ
る。
【図３】公知のアドレッシング波形を示す波形図であ
る。
【図４】本発明の実施形態による回折型液晶装置の概略
平面図である。
【図５】図４の装置の細部を示す図である。
【図６】図４の装置に生じる波形を示す波形図である。
【図７】図４の装置に生じる波形を示す波形図である。
【図８】図４の装置の波形および動作を示す図である。
【図９】図４の装置の波形および動作を示す図である。
【図１０】図４の装置の波形および動作を示す図であ
る。
【図１１】図４のＬＣＤの１画素の分解図である。
【図１２】図１１に図示された画素の断面図である。
【図１３】図４に示されるタイプのＬＣＤを含む投射形
ディスプレイの模式図である。
【図１４】他の液晶モードを用いた、図４に示されるタ
イプの装置に使用され得るさらに別のアドレッシング波
形を示す波形図である。
【図１５】他の液晶モードを用いた、図４に示されるタ
イプの装置に使用され得るさらに別のアドレッシング波
形を示す波形図である。
【図１６】他の液晶モードを用いた、図４に示されるタ
イプの装置に使用され得るさらに別のアドレッシング波
形を示す波形図である。
【図１７】他の液晶モードを用いた、図４に示されるタ
イプの装置に使用され得るさらに別のアドレッシング波
形を示す波形図である。
【図１８】本発明の別の実施形態によるＬＣＤの１画素
を示す分解図である。
【図１９】図１８に示される画素の断面図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施形態によるＬＣＤの
概略図である。
【符号の説明】
１ａ 第１のデータ電極 １ｂ 第２のデータ電極 ２ データ信号発生器 ３ データ入力 ４ 同期入力 ５ ストローブ電極 ６ ストローブ信号発生器 １０ 細長い部分 １１ 細長い部分
フロントページの続き (72)発明者 マイケル ゲラント ロビンソン イギリス国 オーエックス44 ７ユーユ ー オックスフォードシャー， スタダ ンプトン， ニューイントン ロード, ブルックハンプトン コテージーズ １ (72)発明者 クレイグ トンブリング イギリス国 オーエックス44 ７ユーア ール オックスフォードシャー， スタ ダンプトン， ベアー レーン， ジャ スミン コテージ （番地なし) (72)発明者 マイケル ジョン タウラー イギリス国 オーエックス２ ９エイエ ル オックスフォード， ボトレイ， ザ ガース 20 (56)参考文献 特開 平５−11281（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−138469（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−175714（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/13 - 1/141

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回折型液晶装置であって、該装置は、 双安定性液晶層と、該双安定性液晶層の一方に配置された 複数のストローブ
    電極と、該双安定性液晶層の他方に配置された 複数のデータ電極
    対と、 それぞれが、対応する該ストローブ電極と、対応する該
    データ電極対との交差部に形成されている複数の絵素で
    あって、該データ電極対の電極が、該絵素の各々におい
    て互いに組み合わされている櫛形電極である、複数の絵
    素と、 該ストローブ電極の各々が、第１の期間の連続したフレ
    ームにおいて、交互の極性を有するストローブ信号を受
    け取るように、ストローブ信号を該ストローブ電極に与
    えるストローブ信号発生器と、 第１および第２のデータ信号を、該ストローブ信号のそ
    れぞれに同期して、該データ電極対の第１の電極および
    第２の電極にそれぞれ与えるデータ信号発生器と、 を備え、 該ストローブ信号が、該第１の期間の該フレームとフレ
    ームとの間にブランキング信号を含まず、前記ストローブ信号発生器は、 該第１の期間中に、該第
    １および第２のデータ信号として、非回折絵素状態を選
    択するためにそれぞれスイッチング信号を与えるととも
    に、回折絵素状態を選択するために、奇数のフレームに
    おいてスイッチング信号を与える場合に偶数のフレーム
    において非スイッチング信号を与え、奇数のフレームに
    おいて非スイッチング信号を与える場合に偶数のフレー
    ムにおいてスイッチング信号を与える構成である、 回折型液晶装置。
  2. 【請求項２】 前記ストローブ信号発生器が、前記第１
    の期間の第１のフレームの前記ストローブ信号に先行
    し、該ストローブ信号の極性とは反対の極性を有する第
    １のブランキング信号を、前記ストローブ電極の各々に
    与えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記ストローブ信号発生器が、前記第１
    のブランキング信号を、前記ストローブ電極の各々に同
    時に与えるように構成されている、請求項２に記載の装
    置。
  4. 【請求項４】 前記データ信号発生器が、前記第１の期
    間に続く第２の期間中に、前記第１および第２のデータ
    信号として、非回折絵素状態を選択するためにそれぞれ
    スイッチング信号を与えるとともに、回折絵素状態を選
    択するために、奇数のフレームにおいてスイッチング信
    号を与える場合に非スイッチング信号を与え、奇数のフ
    レームにおいて非スイッチング信号を与える場合に偶数
    のフレームにおいてスイッチング信号を与えるように構
    成されている、請求項１に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記ストローブ信号発生器が、前記第１
    の期間に続く第２の期間中に、前記ストローブ電極の各
    々に対して、前記第１のブランキング信号の極性とは逆
    の極性を有し、該第２の期間の第１のフレームの前記ス
    トローブ信号に先行し、該ストローブ信号の極性とは逆
    の極性を有する、第２のブランキング信号を与えるよう
    に構成される、請求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記ストローブ信号発生器が、前記第２
    のブランキング信号を、前記ストローブ電極の各々に同
    時に与えるように構成されている、請求項５に記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 前記ストローブ信号発生器が、前記第１
    の期間に続く第２の期間中に、前記ストローブ電極の各
    々に対して、前記第１のブランキング信号の極性とは逆
    の極性を有し、該第２の期間の第１のフレームの前記ス
    トローブ信号に先行し、該ストローブ信号の極性とは逆
    の極性を有する、第２のブランキング信号を与えるよう
    に構成される、請求項３に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記ストローブ信号発生器が、前記第２
    のブランキング信号を、前記ストローブ電極の各々に同
    時に与えるように構成されている、請求項７に記載の装
    置。
  9. 【請求項９】 前記第１の期間の第１のフレームにおけ
    る前記ストローブ信号が、同じ極性を有する、請求項１
    に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記双安定性液晶が、強誘電性液晶で
    ある、請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記双安定性液晶が、反強誘電性液晶
    である、請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記双安定性液晶が、双安定性ネマテ
    ィック液晶である、請求項１に記載の装置。
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