JP5442455B2 - 高性能スイッチング手段付きの液晶ディスプレイ装置 - Google Patents
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Description
本発明の目的は双安定ディスプレイ装置の性能を改善することである。特に、本発明の目的は、新しい手段の使用によって、画素のエッジでの状態のスイッチングを改善することである。
最も普及している液晶ディスプレイはネマティック型の液晶を使用する。これらの液晶ディスプレイは、2枚のプレートの間に設置された液晶層で構成されている。各プレートは、多くの場合にガラス内にある基板であって、導電性電極と、次にアライメント層とも呼ばれるいわゆるアンカー層が上に堆積されている基板を含む。アンカー層は、隣接した液晶分子に、液晶分子を容易軸と呼ばれる方向と平行に向ける傾向がある戻りトルクを加える。アンカー層は、容易軸の方向を作るためにブラシ状高分子の堆積によって多くの場合に実施される。容易軸の方向は殆どの場合にブラッシング方向に極めて近い。
「双安定」として知られている新世代のネマティックディスプレイは、ここ数年間に登場した。新世代のネマティックディスプレイは、2つの状態の間を切り替えることにより機能し、電界の存在下で安定している。外部電界は一方の状態からもう一方の状態へ液晶のテクスチャを切り替えることが必要な期間中に限り印加される。電気制御信号がない場合、ディスプレイは到達した状態を維持する。この動作原理によって、このタイプのディスプレイは、画像変化の回数に比例したエネルギーを消費する。よって、これらの画像変化の頻度が減少するとき、ディスプレイの動作に必要な電力は零に向かう傾向がある。
BINEM[1]、[2]として知られている双安定ディスプレイは図1に示されている。双安定ディスプレイは、分子が実質的に平行である一様または僅かにねじれている一方のテクスチャ(U)(図1の左に示されている)、および、約±180°〜±15°の範囲内のねじれによって第1のテクスチャと異なるもう一方のテクスチャ(T)(図1の右に示されている)の2つのテクスチャを使用する。液晶層30は、マスタープレートおよびスレーブプレートと呼ぶ2枚のプレート20および10の間に設置される。マスタープレート20は、基板21と電極22とアンカー層24とを含み、液晶の強い方位角アンカリングおよび天頂角アンカリングを作成し、プレート20の表面に対する「プレチルト」の値Ψ2が従来とおりの5°に近い。スレーブプレート10は、基板11と電極12とアンカー層14とを含み、液晶の弱い方位角アンカリングおよび中間または強い天頂角アンカリングと、非常に小さい「プレチルト」(Ψ1<<1°、[3]、[8])とを作成する。2個のプレチルトΨ1およびΨ2は、方向が同じであり、すなわち、Uテクスチャにおいて、液晶分子は、セルの全厚に亘って同じチルト符号で傾斜したままである。基板11および21に堆積した通常透明である電極12および22は、プレート10および20に垂直電界を加えるため使用される。
標準的な液晶のため開発された3つのアドレス指定モード(直接、多重化、および、アクティブ)はBiNemディスプレイのため利用することが可能である。BiNemディスプレイのアドレス指定のための最も一般的なモードは、多重化パッシブアドレス指定であるが、薄層内のトランジスタを用いるアクティブアドレス指定も可能である[7]。アクティブ多重化モードおよびパッシブ多重化モードでは、BiNemディスプレイは、nが行数であり、mが列数であるとして、n×m個の画素と呼ばれる画像素子の形をしているマトリクス型スクリーンであり、アドレス指定は行毎に行われる。
上述のようにディスプレイの構造がマトリクスであるとき、アドレス指定は行毎に行われる。所与の行(n)をアドレス指定する必要があるとき、電気信号がこの行に印加され、この行が次に「作動状態」として記載されている。この信号は作動信号VLと呼ばれる。BiNemの場合、作動中に2つのフェーズを区別し、第1のフェーズは、たとえば、その後にVLの第1のレベルを構成する電圧V1を行信号に印加することにより、基本的にアンカリングの破壊、すなわち、対象となる行の上のホメオトロピックテクスチャを獲得する。第2のフェーズ中に、その後にVLの第2のレベルを構成する信号V2が、V2≦V1となるように、行に印加され、Vcとして示される電気的ないわゆる「データ」信号がすべての列に同時に印加される。データ信号Vcの立ち下がりエッジは行作動信号の第2のレベルの立ち下がりエッジと同期化される[2]。列のそれぞれに印加された信号Vcの値および/または形状および/または長さに応じて、テクスチャUまたはTがこの列と作動された行との交点に対応する画素において得られる[6]。次に、後続の行がその順番になって作動され、その他の行が停止され、ディスプレイの最初の行から最後の行まで同様に続く。行の作動の終了と次の行の作動の開始との間の時間は行間時間tLと呼ばれる。この時間は典型的に50μs〜10msである。この時間の値は、明白なスイッチングを達成するために重要であり、温度と共に実質的に変化する。いずれの場合にも、時間tL>0である。このアドレス指定方法は「シングルステップアドレス指定」と呼ばれる。行の作動の順番(最初にn−1、次にn、その次にn+1など)は走査方向46を決定する(図3を参照のこと)。
発明者は、画素Pのスイッチングを行うためにフローの使用が、結果として、画素Pのスイッチングがアドレス指定方法の間に隣の画素に作成されたフローにも敏感であり、これらのフローが切り替えられるべき画素内で拡散するということに気付いた。隣の画素に起因するこれらのフローの交差は、画素Pの固有のフローと共に、画素Pのスイッチングを妨害する。Pの隣の画素は、その隣の画素のフローによって画素Pのスイッチングを妨害する傾向がある画素であり、そして、フロー方向18に沿って画素Pのどちらかの側に位置している画素58として定義される(図5)。ブラッシング方向40が行に直交するとき、フロー方向18はブラッシング方向と略平行である。フロー方向への隣の画素は、画素Pの列m上でPのいずれかの側に位置している画素である。
BiNemディスプレイのアドレス指定中に、一方がテクスチャTに切り替えられるよう求める画素の2つエッジに、Uに切り替わるフィールドが現れる可能性がある。この不良は、図5において、Tに切り替わる画素で明らかである。これらの画素において、たとえば、画素Pで、ブラッシングに、したがって、フロー18の方向に垂直である画素のエッジ60は、Tに切り替わるのではなく、Uに切り替わったことがわかる。図5において、Tに切り替えられた画素は、明るい陰影で示され、Uに切り替えられた画素は暗い陰影で示されている。
最初にすべてが状態Tに設定されている画素の実施例から始めて、隣接画素から生じるフロー、すなわち、補助フローが切り替えられるべき画素に拡散する様子を第一に説明する。
図8は、図7aにおいて参照されているセルの4点での液晶vのxに応じた速度zの平均を時間の関数として示している。このフローは、図7bに示されているように、1ボルトの一定信号に加えられた3ボルトの段差から形成された補助信号Vauxによって作られる。段差は厚さが1.5μmのセルにおいて、対応する行(n+1〜n+4)によって、行nに位置している画素Pと接触している4個の隣の画素58に同時に印加される(図7)。図8では、曲線1は、画素Pから十分に離れている距離、たとえば、補助信号を受信する4個の隣の画素の側で、画素Pの中心に対して2.5画素の距離における平均速度を与える。曲線2は、補助信号を受信する隣の画素の側に位置している画素Pのエッジにおける平均速度を与える。曲線3は画素Pの中央における平均速度を与える。曲線4は、補助信号を受信する隣の画素の反対側に位置している画素Pのエッジにおける液晶の平均速度を与える。図8は数値シミュレーションの結果である。
同様にして、補助信号の突然のスイッチオフ(立ち下がりエッジ)によって、補助降下フローが生成される。図9aは、上記の4個の隣の画素に印加された補助スロット信号Vauxによって画素Pの中央に生じさせられた平均速度vを時間の関数として示している。補助信号を形成する4ボルトのスロット信号は、図9bに示されているように、1ボルトの信号によって事前に上昇させられた上記の隣の画素に64μsに亘って印加される。
図10aは、図10bに示された補助信号の印加前に実効電圧Vrmsの数個の値に対する隣の画素の中央における平均速度を時間の関数として示している(曲線1:Vrms=0V、曲線2:Vrms=0.7V、曲線3:Vrms=1V、曲線4:Vrms=1.4V)。図10bに示されているような補助信号は、上述のように4個の隣の画素に印加された、10Vの、64μsの長さをもつスロット信号である。補助信号より前に印加された平均電圧Vrmsは、分子に予備的な段差を加える。この段差はVrmsの値の関数である。
補助信号の立ち上がりエッジによって誘発される補助段差フローは、(xに応じて)正であり、したがって、(−xに応じて)画素Pにおけるマスタープレート20の付近での降下と反対向きであり、この降下フローが単独で画素PのTへの移行を生じさせるであろう。
図12は、Vpから0への降下が補助信号を用いないTへの移行のため必要な降下VTminよりΔVだけ大きい状態で、画素PのTへの移行を阻止する補助段差フローの振幅を示している。この曲線上で、補助信号の有効性が分かる。この場合、VTmin=16Vである。VP=20Vに対し、ΔV=4Vである。図12の曲線は、Tへの移行を停止する0.3mm/sの速度を示している。図6では、20Vの電圧降圧Vpは−8mm/sのフローを作り出すことがわかった。−8mm/sのフローは、このようにして、0.3mm/sの補助フローによって対抗される。
部分的かつパッシブなアドレス指定の場合
本発明のこの第1の実施形態は、従来のディスプレイでは見えていたエッジ効果を除去するために用いられ、図13および14に図示されている。
18は、降下フローの方向(ここでは、ブラッシング方向と平行)である。
60は、エッジ効果を示す。
100は、テクスチャTへ移行されるゾーンを示す。
任意ではあるが、nおよびn+p−1はこのゾーン100の終端行である。
それぞれ、図13において102は、ゾーン100の外側に位置づけられアドレス指定されていないテクスチャUのゾーンを示し、図14において104は、ゾーン100の外側に位置づけられアドレス指定されていないテクスチャTのゾーンを示す。
前述のパラグラフに記載されたように2段階アドレス指定の間に(しかし、今度はスクリーンの全体(行1からN)を指定)、前述したエッジ効果60は終端行1およびNにおいて当然見えている。
文献[1]:米国特許第6327017号
文献[2]:I.Dozov et al, “Recent improvements of bistable nematic displays switched by anchoring breaking (BiNem)”, Proceeding SID 2001, p224−227
文献[3]:P. Martinot Lagarde et al, SPIE vol. 5003(2003), p25−34
文献[4]:M. Giocondo, I. Lelidis, I. Dozov, G. Durand, Eur. Phys. J.AP5, 227(1999)
文献[5]:I. Dozov, Ph. Martinot−Lagarde, Phys. Rev. E., 58, 7442(1998)
文献[6]:仏国特許第2835644号
文献[7]:米国特許出願公開第2006−0022919号明細書
文献[8]:米国特許第7067180号
文献[9]:国際公開第2004/104980号パンフレット
Claims (24)
- 交差した行と列とに配置された画素のマトリクスを含み、各画素のフレームを構成する2個の電極(50,52)の間での電気信号の印加によって制御される液晶分子の状態のスイッチングがブラッシング方向に近い特有の方向(18)にフローを生成し、分子同士が実質的に平行である一様または僅かにねじれている状態(U)および±180°〜±15°の範囲内のねじれによって前記一様の状態と異なる状態(T)の2つの安定状態を有する、双安定ネマティック液晶ディスプレイの制御の方法であって、
少なくともいくつかの前記画素(P)の状態のスイッチングを制御するために、スイッチングが電気制御信号によって制御されるべき前記画素(P)のフロー方向における少なくとも1個の隣の画素(58)に、補助電気信号を印加するステップを具備し、
前記補助電気信号の振幅はアンカーリング破壊電圧未満であり、前記補助電気信号の立ち下がりエッジは、前記画素(P)の前記電気制御信号の立ち下がりエッジに対して時間的に先行するか、または、前記電気制御信号の立ち下がりエッジと同時であり、それにより、制御されるべき前記画素(P)のスイッチングを助ける、方法。 - 少なくとも1個の隣の画素(58)に印加される前記補助電気信号が、前記隣の画素に、前記方向に平行である補助フローを生じさせ、制御されるべき前記画素(P)のスイッチングを制御することを可能にするように設計されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記補助電気信号が複数個の隣の画素(58)に同時に印加されることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 少なくとも1個の隣の画素(58)に印加される前記補助電気信号は、前記隣の画素の2個の電極の間に印加され、並びに、行電極と列電極との間に印加される電圧により形成される信号であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1個の隣の画素(58)に印加される前記補助電気信号が単極信号であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1個の隣の画素(58)に印加される前記補助電気信号が双極信号であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記画素(P)の一様または僅かにツイステッド状態(U)へのスイッチングを助けるため、前記補助電気信号の立ち下がりエッジが前記電気制御信号の前記立ち下がりエッジより時間的に先行して設けられることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記画素(P)のツイステッド状態(T)へのスイッチングを助けるため、前記補助電気信号の立ち上がりエッジが前記電気制御信号の前記立ち下がりエッジと時間的に同時にまたは時間的に先行して設けられることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ディスプレイの基板(10,20)の前記ブラッシング方向(40)が行電極(52)に垂直であり、前記補助電気信号が、前記列電極(50)に印加され、前記電気制御信号の前記立ち下がりエッジに対して時間的に先行するように設けられる信号を含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記補助電気信号が制御されるべき前記画素(P)に隣接した少なくとも1個の行電極(52)に印加される信号を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記電気制御信号の前記立ち下がりエッジに対する前記補助電気信号のエッジの時間的なシフトが室温で0と数十μsとの間にあることを特徴とする、請求項1〜10のうちのいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つのディスプレイの行を、選択された状態への、ツイステッド状態(T)への切り替えを制御するために、前記補助電気信号は、振幅がアンカーリング破壊電圧未満であり、立下りエッジが前記電気制御信号の立ち下がりエッジに対して時間的に先行するか、または、それと同時であり、少なくとも1つの隣の行に印加される信号であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも1つのディスプレイの行を、選択された状態への、ツイステッド状態(T)への切り替えを制御するために、前記補助電気信号は、振幅がアンカーリング破壊電圧未満であり、立下りエッジが前記電気制御信号の立ち下がりエッジに対して時間的に先行するか、または、それと同時であり、複数の隣の行に印加される信号であることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- ディスプレイの複数行を、選択された状態への、ツイステッド状態(T)への切り替えを制御するために、前記補助電気信号は、振幅がアンカーリング破壊電圧未満であり、立下りエッジが前記電気制御信号の立ち下がりエッジに対して時間的に先行するか、または、それと同時であり、少なくとも1つの隣の行に印加される信号であることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法がアクティブアドレス指定を用いてディスプレイに適用されることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 2本の隣接行nとn+1とが2個の別々のドライバに接続されるように、インターレース型行電極(n,n+2,...n+p−1;n+1,n+3,...n+p−2)に交互に接続された2個の制御回路またはドライバ(D1,D2)を用いることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくともある特定の動作シーケンスの間に、最初に作動信号をある特定の行に同時に印加し、次に補助電気信号をある特定のその他の行に同時に印加するため、前記2個のドライバ(D1,D2)が用いられることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 所与のテクスチャ(T)へ行(nからn+p−1)を集団的に切替え、2つのサブステップ(E’1、E”1)にわけられたステップ(E1)を含むアドレス指定方法を備え、
第1のサブステップ(E’1)の間に、第1のドライバ(D1)は、前記集団的な切替えを必要とし該第1のドライバ(D1)に接続された複数の行(n、n+2、... n+p−1)に、前記テクスチャ(T)への移行のために信号(112)を同時に送信し、かつ、前記第1のドライバ(D1)に接続された他の行に信号Vmを同時に送信し、一方、前記第2のドライバ(D2)は、前記集団的な切替えを必要とし該第2のドライバ(D2)に接続された複数の行(n+1、n+3、... n+p−2)に、前記テクスチャ(T)への移行のために信号(112)を同時に送信し、前記第2のドライバ(D2)に接続された他の行に信号Vmを同時に送信し、
次に、第2のサブステップ(E”1)において、第1のドライバ(D1)は、前記集団的な切替え(nおよびn+p−1)によって関連し該ドライバに接続された終端行に、前記テクスチャ(T)への移行のために信号(112)を同時に送信し、かつ、前記第1のドライバ(D1)に接続された他の行に信号Vmを同時に送信し、一方、前記第2のドライバ(D2)は、前記集団的な切替え(nおよびn+p−1)によって関連する前記終端行の隣の行(n−1、および/またはn+1;n+p−2および/またはn+p)に、補助電気信号(110)を同時に送信し、前記第2のドライバ(D2)に接続された他の行に信号Vmを同時に送信する、ことを特徴とする請求項16または17のいずれか一項に記載の方法。 - 少なくともある特定の動作シーケンスの間に、時間的に重なり合う電気制御信号をそれぞれの行に印加するため、前記2個のドライバ(D1,D2)が用いられることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
- 交差した行と列とに配置された画素のマトリクスを含み、各画素のフレームを構成する2個の電極(50,52)の間での電気制御信号の印加によって制御される液晶分子の状態のスイッチングが特定の方向(18)にフローを生成し、分子同士が実質的に平行である一様または僅かにねじれている状態(U)および±180°〜±15°の範囲内のねじれによって前記一様の状態と異なる状態(T)の2つの安定状態を有する、双安定ネマティック液晶ディスプレイであって、
少なくともいくつかの前記画素(P)の状態のスイッチング制御のために、スイッチングが電気制御信号によって制御されるべき画素(P)のフロー方向における少なくとも1個の隣の画素(58)に補助電気信号を印加する手段を備え、
前記補助電気信号の振幅はアンカーリング破壊電圧未満であり、前記補助電気信号の立ち下がりエッジは、前記画素(P)の前記電気制御信号の立ち下がりエッジより先行するか、または、前記電気制御信号の立ち下がりエッジと同時である補助電気信号を印加し、それにより、制御されるべき前記画素(P)のスイッチングを助けることを特徴とする双安定ネマティック液晶ディスプレイ。 - 約180°のねじれによって異なる2つの安定したテクスチャ(U,T)をもつ双安定ネマティック液晶ディスプレイを構成することを特徴とする、請求項20に記載のディスプレイ。
- 前記ディスプレイの表示領域の外側に位置する行電極および/または列電極、および/または、エッジブロックを含むことを特徴とする請求項20または21に記載のディスプレイ。
- 前記ディスプレイの表示領域の外側に位置する行電極および/または列電極、および/または、エッジブロックを含み、前記行電極および/または前記列電極、および/または、前記エッジブロックの状態は製造中に決定されることを特徴とする請求項20から22のいずれか一項に記載のディスプレイ。
- 前記ディスプレイの表示領域の外側に位置する行電極および/または列電極、および/または、エッジブロックを含み、前記行電極および/または前記列電極、および/または、前記エッジブロックの状態は、2段階アドレス指定方法の第1の段階の間に印加される前記補助電気信号によって制御されることを特徴とする請求項20から22のいずれか一項に記載のディスプレイ。
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