KR20040052512A - 액정 장치 - Google Patents

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KR20040052512A
KR20040052512A KR10-2003-7016723A KR20037016723A KR20040052512A KR 20040052512 A KR20040052512 A KR 20040052512A KR 20037016723 A KR20037016723 A KR 20037016723A KR 20040052512 A KR20040052512 A KR 20040052512A
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KR10-2003-7016723A
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존 클리프포드 조네스
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젯비디 디스플레이스 리미티드
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Abstract

액정 장치가 제공되며, 이 장치는 배열 내의 두 개의 셀벽들(4,6) 사이에 배치된 액정 물질의 층(2)을 포함하여서, 상기 액정 물질(2)이 인가되는 전기장의 부재에서 존속할 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어느 하나를 채택할 수 있다. 상기 액정 장치는, 적절한 래칭 전압 펄스의 인가가 상기 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어느 하나를 선택할 수 있는 제 1 모드와, 전기장의 인가가 래칭된 구성에서 스위칭된 구성으로 상기 액정 물질의 층을 스위칭할 수 있으며, 상기 액정 물질의 층은 상기 인가된 전기장이 제거될 때 상기 래칭된 구성으로 되돌아갈 것인 제 2 모드인 두 개의 모드들에서 동작할 수 있다.

Description

액정 장치{Liquid crystal device}
액정 장치들(LCD들)은 한 쌍의 셀웰(cell wall)들 사이에 포함되는 얇은 층의 액정 물질을 통상적으로 포함한다. 셀웰들의 내부 표면은 어떤 물질로 보통 코팅되거나 액정에 어느 정도의 표면 배열을 주기 위해 어떤 방법으로 적절히 적응된다. 그러면 액정의 벌크(bulk)는 셀벽들의 표면 배열 특성들과 액정층의 두께 및 액정 물질의 타입과 같은 다양한 다른 요소들에 따르는 구성을 채택한다. 하나 또는 둘의 셀벽들 상의 광학적으로 투명한 전극 구조들은 전기장이 액정층에 인가되도록 한다.
전형적인 액정 디스플레이 장치는 두 개 이상의 액정 구성들이 적합한 전기장들의 적용에 의해 선택될 수 있도록 설계된다. 다른 액정 구성들은 광학적으로 구별되도록 설계되어 광학적 콘트라스트가 액정 장치로부터 얻어질 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 폴라라이저들(polarisers) 사이에 적절히 배열된 액정 장치는 광의 전송이 시스템을 통과하도록 할 제 1 구성과 그것을 방지할 제 2 구성을 가질 수 있다.
액정 분자들이 하나의 안정된 구성을 채택할 수만 있는 단안정 액정 장치들이 공지되고 있다. 전기장의 적용은 액정 분자들의 구성을 왜곡할 수 있지만, 일단 전기장이 제거되면 액정이 어떤 특성 시간(통상적으로 10여 밀리초 내지 몇 초)후에 그것의 단일 안정 구성으로 복귀하여 릴렉스(relax)할 것이다.
트위스트된 네마틱(TN) 및 수퍼-트위스트된 네마틱(STN) LCD들은 단안정 장치들의 예들이다. TN 및 STN 장치들은 적합한 전압의 인가에 의해 "온"상태로 스위칭될 수 있고 인가된 전압이 어떤 레벨 아래로 떨어질 때 "오프" 상태로 복귀하는 스위칭이 있을 것이다. 용어 "온" 및 "오프"는 디스플레이의 관찰된 광학적 전송에 필연적으로 관련된 것이 아니라 각각 높은 전압(즉, 스위칭) 및 낮은 전압(즉, 비-스위칭)의 인가에 관련된다. 이들 장치들이 단안정이므로, 전력의 손실은 이미지의 손실로 이른다.
멀티 픽셀 TN 및 STN 수동 매트릭스 디스플레이들은 장치가 멀티플렉싱되도록 하는 상부 및 하부 셀 표면들 상에 로우 및 칼럼 전극들의 스트립들을 사용하여 구성될 수 있다. 로우 및 칼럼 전극들에 인가되는 구동 전압들은 다수의 분리 RMS 전압 레벨들이 디스플레이의 각각의 픽셀에 인가될 수 있도록 선택된다. 전형적인 TN 장치의 광학적 전송은 IEEE Trans ED 21 1974 페이지 146-155에 Alt 및 Pleschko에 의해 상세히 설명되는 바와 같은 문턱 전송 방식으로 RMS 전압과 같이 비-선형적으로 변화한다. RMS 방법들을 사용하여 어드레싱될 수 있는 픽셀들의 최대 수는 TN 또는 STN의 광학적 전송 대 전압 특성들에 의해 규정되고, 실무에서 크로스-토크 효과 및 제조 오차들에 기인하여 약 500 라인들의 정보 보다 상당히 많은 라인들의 정보를 갖는 수동 매트릭스 STN 디스플레이들을 생성하는 것이 어렵다고 증명되었다. 또한, 웰시(walsh) 함수들과 같은 다른 직교 함수들이 TN 및 STN 디스플레이들을 수동적으로 어드레싱하기 위해 사용될 수 있다는 것을 증명하였다.
TN LCD 내의 각각의 픽셀에 인접하여, 박막 트랜지스터(TFT) 또는 다른 그러한 비-선형 소자들(예를 들어 백-투-백 다이오드, 강유전성 층들 등)과 같은 구동 소자를 통합하는 것은 어드레싱될 수 있는 픽셀들의 총 수를 상당히 증가시키는 것으로 발견되었다: 그러한 디스플레이들은 액티브 매트릭스로 불린다. TN 디스플레이에 통합될 수 있는 픽셀들의 증가된 수에 부가적으로, 액티브 매트릭스 TN 장치들은 멀티플렉싱된 TN 또는 STN 디스플레이들과 비교하여 많은 다른 장점들을 갖는다; 즉, 상대적으로 낮은 동작 전압 요구, 넓은 온도 동작 범위 및 그레이 스케일을 제공할 수 있는 능력에서 장점들을 갖는다. TFT들이 스위칭될 수 있는 속도는 디스플레이 내의 로우 및 칼럼을 통해 빠른 순차 스캐닝을 허용하여 고속, 비디오 레이트, 동작을 허용한다. TFT를 사용하여 각각의 픽셀이 고립됨에 따라, 크로스-토크의 효과는 액티브 매트릭스 장치들에서 효과적으로 제거된다.
많은 단안정 장치들은 그레이 스케일이 액정 물질의 층에 인가되는 전압의 크기를 제어하여 얻어지도록 한다. 쉐도우 전송 대 전압 특성을 갖는 TN 액정 구성을 선택하는 것과 중간 전송 레벨을 생성하기 위해 구동 전압을 인가하는 것은 그레이 스케일이 액티브 매트릭스 TN 장치들에서 얻어지도록 한다. 또한 전하의 보유를 허용하여 제한된 시간의 기간 동안 액정 양단의 전기장을 유지하는 저장 캐패시터는 픽셀과 함께 포함될 수 있다. TN 액티브 매트릭스 장치에서 액정은 단안정이고 픽셀 양단의 전기장이 감소함에 따라 그것의 릴렉스되는 구성을 향해 돌아갈 것이다. 그러므로, 액티브 매트릭스 TN 디스플레이 상의 이미지의 유지는 각각의 픽셀의 규칙적인 업데이트를 요구하고 따라서 전력의 연속적인 공급을 요구한다.
액티브 매트릭스 TN 장치들은 랩탑 컴퓨터들, 컴퓨터 모니터들, 휴대용 TV 등을 위한 상업적 디스플레이들에서 오늘날 일반적으로 사용되고 비디오 프레임 업데이트 레이트들에서 그레이 스케일의 다중 레벨들로 동작할 수 있는 장치들이 당업자에게 알려져 있다. 액티브 매트릭스 LCD 기술의 더욱 상세한 검토들이 준비되었다: 예를 들어 M5-1-35, 캘리포니아, 센 디에고 컨벤션 센터, 1996년 5월 13일, 볼륨 1, 세미나 강의 노트들, 정보 디스플레이를 위한 공동체, 알,지,스테왈트 (1996) 액티브 매트릭스 LCD를 보라.
또한, 프린팅 기술들 또는 유체 셀프-어셈블리를 사용하여 장치 기판들에 전송되는 반도체 회로들의 사용은 두 개 이상의 디스플레이 픽셀들을 어드레싱할 수 있는 별개의 반도체 회로들의 형성을 허용한다. 그러한 장치들의 검토들이 2000년 9월 25-28, 미국 플로리다 팜 비치에서 열린 (2000) 20회 국제 디스플레이 리서치 회의의 회보, 415-418페이지, 알.지.스테왈트에 주어진다.
미국 06120588은 전자-포레틱(phoretic) 잉크들이 TFT들과 결합하여 어떻게 사용될 수 있는지 설명하였다. TFT 액티브 매트릭스의 사용은 그것의 상태들 사이에 상당한 문턱값을 갖지 않는 전자-포레틱 잉크로부터 크로스-토크 효과를 제거한다. 이들 장치들은 또한 20회 IDRC의 회보 84-87페이지, 케이.어문드센 및 피 들자익(2000)에 설명된다.
LCD 장치의 또 다른 알려진 타입은 쌍안정 장치이다. 쌍안정 LCD에서, 액정 물질은 인가되는 전기장의 부재에서 두 가지 다른 그리고 안정한 구성들을 채택할 수 있다. 쌍안정 LCD들의 조사는 고속 멀티플렉싱능력과 이미지들을 저장할 수 있는 그들의 고유 능력에 의해 주로 고무되었다. 이것은 비싼 액티브 매트릭스 백-플레인을 가지고 라인이 어떤 시간에 수동 어드레싱을 하도록 하는 장치들의 필요성을 부정한다.
쌍안정 액정층에 적합한 전기장들의 응용은 소위 "레칭(latching)"이라 불리는 그것이 존재할 수 있는 두 안정 구조 사이의 스위칭을 유발한다. 이하, "레칭"은 인가된 전압이 제거된 후에 상태가 남도록 한 안정 구조에서 다른 안정 구조로 액정을 변경하는 것을 의미하는 것으로 주어지며, 반면 "스위칭"은 단안정 스위칭 효과를 포함하는 액정의 구성으로 어떤 필드(field) 유발된 변경을 의미한다.
쌍안정 액정 장치들은 수동 매트릭스 기술들을 사용하여 거의 배타적으로 어드레싱된다; 이 디스플레이들은 장치가 멀티플렉싱되도록 하는 상부 및 하부 셀 표면들 상에 로우 및 칼럼 전극들의 스트립들을 사용하여 구성된다. 전력의 부재에서 이미지들을 저장하는 고유 능력은 잠재적으로 복잡한 이미지들이 어떤 시간에 라인을 구성하도록 허용되고 또한 낮은 전력 소모가 요구되는 응용들에서 예를 들어 랩탑 컴퓨터들, PDA들 및 모바일 전화 장치들에서 쌍안정 장치들이 매력적이게 한다.
쌍안정 액정 디스플레이들의 예들은 엔 에이 클라크 및 에스 티 라저월, Appl. Phys. Lett., 36, 11, 899'(1980)에 의해 설명되는 바와 같은 표면 안정화된 강유전 액정(SSFLC) 장치들을 포함한다. 강유전 액정 장치들은 일반적으로 수동적으로 어드레싱되지만, FLC 물질들이 두 안정 구성들 사이에서 래칭할 수 있는 극도로 빠른 속도 때문에, 이들은 또한 매우 빠른 프레임 시간을 갖는 장치들을 생성하기 위해 액티브 매트릭스 백플레인과 결합된다; 예를 들어 제이, 쥬 및 엠.에이. 핸드스치, (2000) 20회 IDRC 13-17페이지의 회보를 보라.
또한, 의사 쌍안정 방식으로 콜레스테릭 디스플레이(cholesteric display)를 동작시킬 수 있는 것이 앞서 증명되었다(US5604616을 보라). 이 디스플레이는 높은 전압의 인가에 의해 제 1 안정 상태에서 제 2 안정 상태로 전자적으로 래칭될 수 있다. 이 장치가 일단 제 2 상태로 래칭되면 그 상태에서 효과적으로 "동결(frozen)"되고 액정 물질의 등방성 온도 위로 장치를 가열하여 제 1 안정 상태를 신뢰성있게 재선택하는 것만 가능하다. 제 1 및 제 2 안정 상태들은 다른 정도의 전체 트위스트를 소유하는 트위스트된 네마틱 구성들이다. 네마틱 모드라 불리는 모드로 장치를 동작시키는 것은 안정 상태들 중 하나로부터 장치의 RMS 스위칭을 허용한다. 그러므로 US5604616의 장치는 진짜 쌍안정 동작의 혜택을 제공하지 않는다. 예를 들어, 그러한 장치는 전기적 전력의 공급이 없는 상태에서 지속되는 이미지들이 단지 전기적 어드레싱 기술들을 사용하여 수많이 기록되고 그 다음 재기록되도록 한다.
또한 네마틱 액정이 채택될 수 있고 플렉소일렉트릭(flexoelectric) 결합 또는 치랄(chiral) 이온들의 사용을 통해 두 가지 안정 상태들 사이에서 스위칭될 수 있다는 것이 특허출원 WO 91/11747("Bistable electrochirally controlled liquid crystal optical device") 및 WO 92/00546("Nematic liquid crystal display withsurface bistability controlled by a flexoelectric effect")에 보여진다.
WO 97/14990은 제니탈(zenithally) 쌍안정 장치(ZBD)가 어떻게 주어진 설계의 그레이팅(grating)을 사용하여 구성되어 네마틱 액정 분자들이 동일 방위각적 플레인에서 두 개의 안정 프리틸트(pretilt) 각도들을 채택할 수 있는지를 교시한다. 이들 상태들 중 하나는 높은 프리틸트 상태이고 반면 다른 하나는 낮은 프리틸트 상태이며 채택될 수 있고 두 개의 안정 액정 구성들 중 하나 사이에서 쉽게 스위칭될 수 있는 장치가 개시된다. WO99/34251은 트위스트된 네마틱 구성에서 네거티브 유전체 이방성 물질을 갖는 다른 ZBD 장치를 교시한다. 특허 출원 GB0017953.1은 쌍안정 보다는 멀티-안정을 개시하는 제니탈 안정 장치를 개시한다.
ZBD의 두 가지 안정 액정 구성들은 전기적 신호들을 구동하는 것을 제거한 후에도 지속되고, (우드 등의 SID 다이제스트 2000을 보라) 장치는 기계적 충격에 높은 저항을 가지며 낮은 구동 전압(<20V)에서 10여 마이크로초 래칭 시간을 제공하고 높은 수준의 멀티플렉싱력을 허용한다. 또한 브라이언-브라운 등의 (1998) 아시아 디스플레이 회보의 1051-1052페이지를 보면 그레이 스케일이 픽셀의 부분적 스위칭을 허용하는 췰프드 그레이팅(chirped grating)을 사용하여 성취될 수 있음이 개시된다.
비록 쌍안정 장치들이 저전력 및 저 비용 응용에 이상적이지만, 또한 다크와 라이트 상태들 사이에서 수많은 그레이 레벨들을 갖기 위한 어떤 응용들(비디오 이미지들을 디스플레이하는 것과 같은 응용들)에서 요구된다. 그레이 스케일은 시간적 및/또는 공간적 디더(dither)를 사용하여 진짜 쌍안정 장치들에서 성취될 수 있으며 여기서 그레이 레벨들의 인식이 시청자가 인식하는 것보다 더 빠른 레이트로 각각의 픽셀을 "온" 및 "오프" 스위칭하여 제공되거나 각각의 픽셀을 두 개 이상의 가중된 서브-픽셀 영역들로 분할하여 제공된다.
그러나 쌍안정 디스플레이 장치들에 공간적 및/또는 시간적 디더 기술들을 사용하는 것은 복잡성을 증가시키고, 따라서 장치들의 유닛 비용을 증가시킨다. 예를 들어 공간적 디더는 로우 및 칼럼 구동기들의 수를 증가시키고 더 얇은 트랙들을 요구하고 따라서 패널에서 트랙 저항 및 저항성 전력들 손실을 증가시키고 또한 그레이 스케일 응답의 선형성을 보장하기 위해 더욱 정교한 에칭을 요구한다. 당업자에게 알려진 수동적으로 어드레싱되는 쌍안정 장치들이 비디오 이미지들을 이동하는 것과 그레이 레벨들의 높은 수를 생성하는 그들의 능력에서, 적어도 현재에 대해, 다소 제한된것은 이들 이유들 때문이다.
본 발명은 액정 장치에 관한 것이며 특히 두 가지 별개의 모드들 중 하나로 동작할 수 있는 액정 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술 ZBD의 개략적인 예시를 보여준다.
도 2는 종래 기술 ZBD의 스위칭 특성들을 보여준다.
도 3a 및 3b는 본 발명에 따른 장치의 전압 응답 대 전송이다.
도 4는 종래 기술 TN 액티브 매트릭스 장치의 개략적인 도시이다.
도 5a 및 5b는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 장치를 보여준다.
도 6은 수동 어드레싱 체제를 도시한다.
도 7은 인가된 RMS 전압 및 래칭 전압과 ZBD 테스트 셀의 전송에서의 변화와의 비교를 보여준다.
도 8은 도 7을 참조하여 설명된 테스트 셀에 대한 전송 대 RMS 전압을 보여준다.
도 9는 본 발명에 따른 매트릭스 멀티플렉싱된 액정 디스플레이의 평면도를 보여준다.
도 10은 도 9의 디스플레이의 단면도를 보여준다.
본 발명의 목적은 위에 설명한 액정 장치들과 관련된 단점들의 일부를 경감하는 것이다.
본 발명의 제 1 양상에 따르면, 액정 장치는 어떤 배열의 두 개의 셀벽들 사이에 배치된 액정 물질의 층을 포함하여 상기 액정 물질이 인가된 전기장의 부재에서 존속할 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어떤 하나를 채택할 수 있으며, 상기 액정 장치는 두 개의 모드들에서 동작할 수 있다; 즉, 적절한 래칭 전압 펄스의 인가가 상기 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어떤 하나를 선택할 수 있는 제 1 모드와, 전기장의 인가가 래칭된 구성에서 스위칭된 구성으로 액정 물질의 층을 스위칭할 수 있으며, 상기 액정 물질의 층은 상기 인가된 전기장이 제거될 때 상기 래칭된 구성으로 되돌아갈 것인 상기 제 2 모드이다.
그러므로, 본 발명의 제 1 양상에 따른 장치는, 제 1 (멀티-안정) 모드에서 동작할 때, 장치의 연속적인 전기적 어드레싱의 필요 없이 이미지들을 저장할 수 있는 장점을 갖는다. 이미지가 저장되면, 상기 장치를 요구되는 상태로 래칭하여 제거(또는 대안적인 이미지 기록)될 수 있다. 위에 설명한 바와 같이 장치에 이미지를 기록( 및 요구에 따라 재기록)할 수 있는 능력과 이 이미지가 그후 전력의 부재에서 지속되도록 하는 능력이 장치의 전체 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 이것은 장치가 랩탑 컴퓨터들, PDA들, 디지털 카메라들, 전자 화상 프레임들, 모바일 전화들 등과 같은 휴대용 장비에 통합될 때 특히 유리하다.
또한 본 발명에 따른 장치는 제 2 모드에서 동작할 때, 안정(즉, 래칭된) 액정 구성들 중 어떤 하나에서 "스위칭된 구성"으로 스위칭될 수 있다. 스위칭된 액정 구성은 전력이 장치에 인가되는 동안 존속할 것이지만, 액정은 인가된 필드가 제거될 때 안정 액정 구성으로 되돌아가며 소멸할 것이다. 제 2 모드 동작은 제 1(즉 멀티안정)모드에서 동작으로부터 얻을 수 있는 것 보다 더 많은 수의 그레이 레벨들 또는 더 빠른 스위칭 레이트를 제공할 것이다. 다시 말해, 순간적인 액정 상태들 사이의 스위칭은 이미지들을 디스플레이하는데 사용될 수 있지만 그러한 이미지들은 주기적인 업데이팅이 요구된다.
그러므로 본 발명에 따른 장치는 단지 멀티-안정 또는 단안정 장치들과 일반적으로 관련된 장점들의 일부를 제공한다. 예를 들어, 낮은 전력 동작은 제 1 모드에서의 동작에 의해 성취될 수 있으며 빠른 이미지 업데이팅 및/또는 증가된 수의 그레이 레벨들 등은 제 2 모드에서의 동작에 의해 얻어질 수 있다.
유리하게는, 액정 디스플레이 장치가 제 2 모드에서 동작하기 전에 특정 안정 구성으로 래칭된다. 일반적으로, 선택된 상태는 제 2 모드에서 필드에 의해 유발된 것과 가장 비슷하지 않은 상태이다.
양호하게는, 배열이 액정 물질이 3개 이상의 안정 액정 구성들 중 어느 하나를 채택할 수 있도록 된다. 전압 펄스들을 래칭하는 것은 그러면 3개 이상의 안정 구성들 중 어떤 것 사이에서 스위칭하기 위해 제공된다.
편리하게는, 배열이, 액정 물질이 두개의 안정 액정 구성들 중 하느 하나를 채택할 수 있도록 된다. 다시 말해, 장치가 쌍안정하고 두개의 안정 액정 구성들 중 어느 것이든 적합한 래칭 전압 펄스들의 인가에 의해 선택될 수 있다.
유리하게는, 표면 정렬 그레이팅이 두 개의 안정 액정 구성들을 제공하기 위해 적응되는 적어도 하나의 셀벽의 내부 표면상에 제공된다. 제니탈 쌍안정성을 제공하는 표면 정렬 그레이팅들은 종래 기술에 개시된다. 예를 들어 WO97/14990을 보라.
편리하게는, 액정 물질이 네마틱 액정 물질을 포함한다.
양호하게는, 액정 장치가 제 1 셀벽의 내부 표면상에 제공되는 표면 정렬 그레이팅과 제 2 셀벽의 내부 표면상에 제공되는 평면 표면 처리를 포함할 수 있으며, 상기 배열은 안정 액정 구성들 중 하나가 트위스트된 네마틱(TN) 구성이 되도록 된다.
다시 말해, 표면 정렬 그레이팅에 의해 유발된 두 개의 안정 정렬 구성들 중 하나는 하나의 셀벽에 액정의 실질적으로 평면 정렬을 제공하고 다른 셀벽 상의 호모제노우스(homogenous) 표면 처리는 상기 벽에 액정의 실질적으로 평면 정렬을 유발한다. 하나의 셀벽에서 표면 정렬 그레이팅에 의해 유발된 실질적으로 평면 정렬의 인-플레인(in-plane) 정렬 방향은 다른 셀벽에서 호모제노우스 표면 처리에 의해 유발된 인-플레인 정렬 방향과 실질적으로 다르도록 적응되어서 채택된 안정 액정 구성들 중 하나는 트위스트된 네마틱 구성된다.
여기서 트위스트된 네마틱(또는 TN) 구성의 용어는 액정이 하나의 셀벽에서의 방향에서부터 다른 셀벽에서의 제 2 방향으로 트위스트되는 구성을 의미한다. 이 용어는 소위 수퍼 트위스트(STN) 구조들 등을 포함한다.
편리하게는, 트위스트된 네마틱 구성에서 제 1 셀벽에서 제 2 셀벽로의 액정 물질의 트위스트는 45°보다 크거나 90°보다 크거나 180°보다 크거나 270°보다 크다.
유리하게는, 상기 장치가 제 2 모드에서 동작하기 전에 트위스트된 네마틱 구성으로 래칭된다.
이 방법으로, 제니탈 쌍안정 장치가 하나의 안정 액정 구성이 트위스트된 네마틱(TN) 구성이 되면서 제공된다. 이 TN 구성은 종래 기술에 설명된 단안정 TN 구조들에서의 방법과 유사하게 RMS 전압에 응답하여 스위칭할 것이다. 다시 말해, 전기적 펄스에 의해 두 가지 쌍안정 상태들 중 하나로 래칭될 수 있고 단안정 TN 장치와 같은 방법으로 인가된 전압들에 응답하여 또한 스위칭될 수 있는 장치가 제공된다. TN 장치들의 장점들은 그러므로 전기적으로 래칭된 쌍안정 동작의 장점과 결합된다.
유리하게는, 액정 장치는 제 1 셀 벽의 내부 표면상에 제공되는 표면 정렬 그레이팅과 제 2 셀벽의 내부 표면상에 제공되는 호메오트로픽(homeotropic) 표면 처리를 포함하고, 상기 배열은 안정 액정 구성들 중 하나가 수직적으로 정렬된 네마틱 구성이 되도록 된다.
다시 말해, 하나의 셀벽의 내부 표면상의 표면 정렬 그레이팅은 이것이 실질적으로 호메오트로픽 정렬을 유발하고 다른 셀벽 상의 표면 처리가 액정의 실질적인 호메오트로픽 정렬을 유발하도록 적응되어서, 채택된 안정 액정 구성들 중 하나는 수직적으로 정렬된 네마틱(VAN) 구성이다.
당업자는 수직적으로 정렬된 네마틱 구조의 용어가 전체 장치를 통한 액정 다이렉터(director)가 장치의 셀벽들에 실질적으로 수직적인 방향으로 방향이 정해진다는 것을 의미한다는 것을 이해할 것이다. 다시 말해, 네마틱 액정은 수평 셀벽들을 기준으로 수직적으로 정렬된다.
편리하게는, 장치는 제 2 모드에서 동작하기 전에 수직적으로 정렬된 네마틱 구성으로 래칭된다.
양호하게는, 액정 물질은 네마틱(또는 긴 피치 콜레스테릭)물질을 포함한다. 통상적으로는, 액정 물질이 콜레스테릭 액정 물질을 더 포함할 수 있다. 유리하게는, 액정 물질이 무게로 콜레스테릭 액정 물질을 0.02% 보다 작게 포함할 수 있다.
유리하게는, 액정층 두께 대 액정 물질의 피치의 비가 0.25보다 크거나/ 및1.25보다 작다.
콜레스테릭 도팬트의 포함은 90°보다 큰 트위스트를 갖는 트위스트된 네마틱 구조가 쉽게 성취되도록 할 것이다. 90°보다 큰 트위스트를 갖는 TN 구조는 STN 유사 가파른 전자-광학 스위칭 문턱값을 줄 것이다. 이 가파른 문턱값은 크로스-토크 효과를 감소시키고 많은 수의 라인들이 연속적인 모드에서 수동적으로 어드레싱되도록 한다.
양호하게는, 액정 물질이 네거티브 유전체 이방성(negative dielectric anisotropy) 또는 대안적으로 포지티브 유전체 이방성을 가진다.
양호하게는, 셀벽들이 전기장을 액정에 인가하기 위한 전극들을 포함하고, 상기 전극들은 어드레싱 가능한 픽셀들의 매트릭스를 형성하도록 배열된다.
편리하게는, 장치가 제 1 셀벽 상에 형성된 로우 전극들과 제 2 셀벽 상에 형성된 칼럼 전극들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 셀벽들은 수동적으로 어드레싱 가능한 픽셀들의 어레이를 정의하도록 배열된다. 그후 디스플레이는 적절한 로우 및 칼럼 전압 파형들의 인가에 의해 멀티플렉싱될 수 있다.
유리하게는, 장치가 전기장을 각각의 개별 픽셀에 독립적으로 인가하는 수단을 포함한다. 다시 말해, 액티브 백플레인이 제공될 수 있다.
편리하게는, 전기장을 각각의 개별 픽셀에 독립적으로 인가하는 수단이 박막 트랜지스터 소자를 포함하고 이 소자는 이와 연관된 저장 캐패시터를 유리하게 가질 수 있다. 저장 캐패시터는 전하가 저장되게 하여 전기장이 어떤 시간 기간 동안 액정 양단에 유지된다; 액티브 매트릭스 단안정 장치들에 관련하여 위에서 설명한이유들 때문에 그러한 전하 저장이 제 2 모드에서 장치 동작성에 유리하다.
또 다른 양호한 실시예에서, 장치는 두 개 이상의 디스플레이 픽셀들을 어드레싱할 수 있는 적어도 하나의 별개의 반도체 회로를 포함한다. 그러한 반도체 회로들은 알.지. 스테왈트, 미국 플로리다 팜 비치에서 2000년 9월 25-28일에 열린 (2000) 20회 국제 디스플레이 조사 회의의 회보 415-418페이지에 설명되어 있다.
양호하게는, 장치가 제 1 모드 동작 및 제 2 모드 동작이 픽셀들의 그룹들 또는 다른 픽셀들 상에 동시에 사용될 수 있도록 적응된다.
유리하게는, 제 2 모드에서 동작될 픽셀들이 제 2 모드의 동작에 앞서 미리 정해진 안정 액정 구성으로 래칭(즉 블랭킹)될 수 있다.
디스플레이 장치의 주어진 부분은 그러므로 제 1 모드에서 동작될 수 있고 반면 다른 부분은 제 2 모드에서 동작된다. 디스플레이의 경우에, 이것은 장치의 어떤 영역들이 제 1 모드에서 디스플레이의 남은 부분을 동작시켜 어느 정도까지 전력을 보존하면서 더 높은 스위칭 속도 또는 제 2 모드 동작의 그레이 레벨들의 증가된 수와 같은 장점을 취하도록 한다. 예를 들어, 랩탑 컴퓨터 디스플레이는 디스플레이의 윈도우 또는 정의된 영역에서만 이동 또는 높은 해상도 이미지를 보여주도록 요구될 수 있다.
편리하게는, 장치에 인가되는 구동 전압들은 실질적으로 내내 d.c. 발란싱된다. 이것은 액정 물질의 열화를 방지한다.
양호하게는, 제 2 모드가 비디오 레이트(즉, 50 이상의 초당 프레임들) 및/또는 적어도 64 또는 256 그레이 레벨들로 이미지들을 디스플레이하도록 적응된다.또한 제 2 모드는 흑백 애니메이션이 디스플레이 되도록 더 낮은 레이트(예를 들어, 초당 10프레임들)로 동작될 수 있다.
또 다른 양호한 실시예에서, 장치는 다른 액정 구성들 사이를 구별하기 위해 적어도 하나의 폴라라이저(polariser)를 포함한다. 당업자는 하나 이상의 폴라라이저들이 어쩌면 부가적인 광학적 소자들(예를 들어 리탈데이션 필름(retardaion film)들 등)과 결합하여 배열될 수 있고 그래서 광학적 콘트라스트가 다양한 액정 구성들에 대해 얻어질 수 있는 다양한 방법 또는 방법들을 알 것이다. 또한, 염료가 폴라라이저를 제공하는 것에 부가적으로 또는 그 대신에 액정 물질에 또한 포함될 수 있음을 알 것이다.
유리하게는, 장치가 반사 수단을 더 포함하고 장치가 반사 모드에서 동작하도록 구성된다. 반사 수단은 거울같은 반사 층 또는 다른 셀벽 상의 확산기와 결합된 한 셀벽 상의 반사 층을 포함할 수 있다.
액정 디스플레이 장치는 칼라 필터 소자들을 부가적으로 포함할 수 있다. 대안적으로 칼라 반사기들 또는 칼라있는 흡수기들 또는 칼라있는 폴라라이즈드가 요구에 따라 사용될 수 있다. 그러므로 칼라 디스플레이 장치가 얻어질 수 있다.
양호하게는, 장치는 제 1 모드 또는 제 2 모드 동작을 선택하는 수단을 더 포함한다.
예를 들어, 고정 화상들과 비디오 신호들에 관련된 정보 사이에 차별을 두는 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어 컴퓨터 화면의 페이지 상에 문자의 영역들이 저장 모드로 어드레싱될 수 있으며 이동 이미지들은 연속 모드로 어드레싱 된다. 대안적으로 상기 수단은 디스플레이될 데이터의 형식을 고려하여 동작 모드를 선택할 수 있다. 예를 들어, 장치가 시간을 디스플레이할 때 이것은 연속 모드로 초를 항상 디스플레이할 수 있지만, 분과 시간과 다른 정보(예를 들어 날짜, 아이콘 등)는 저장 모드에서 디스플레이할 수 있다.
또한 한 라인의 정보(예를 들어 현재 편집되고 있는 문장의 라인)가 제 2 모드에서 업데이트되고 그동안 디스플레이의 나머지는(즉, 편집되고 있는 처리에 있지 않는 문장) 제 1 모드를 사용하여 디스플레이되도록 장치를 동작시킬 수 있다. 당업자는 적절하게 제 1 모드 또는 제 2 모드 동작을 선택하기 위한 신호들이 디스플레이용 이미지 데이터를 구성하도록 사용되는 그래픽 하드웨어 및/또는 소프트웨어로부터 어떻게 유도될 수 있는지를 알 것이다. 이 기술은 제 1 모드(즉, 래칭) 동작동안 실질적으로 콘트라스트가 감소되는 장치들에 대해 특히 유리하다.
본 발명의 제 2 양상에 따라, 정보 디스플레이 장치는 본 발명의 제 1 양상에 따라 액정 장치를 전자적으로 어드레싱하도록 적응되는 마이크로프로세서 유닛을 포함한다. 정보 디스플레이 장치는 랩탑 컴퓨터, PDA, 디지털 카메라, 전자 화상 프레임, 모바일 전화 등일 수 있다.
본 발명의 제 3 양상에 따라, 액정 장치를 동작시키는 방법은 다음을 포함한다; 상기 액정 물질은 인가된 전기장의 부재에서 존속할 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어떤 하나를 채택할 수 있도록 배열되는 액정 장치를 취하는 단계; 및 제 1 모드 또는 제 2 모드에서 상기 장치를 동작시킬지 여부를 결정하는 단계를 포함하고, 이로써 상기 제 1 모드 동작에서 상기 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중어떤 하나는 적절한 래칭 전압의 인가에 의해 선택될 수 있으며, 상기 제 2 모드 동작에서 전기장의 인가는 액정 물질의 층을 래칭된 구성에서 스위칭된 구성으로 스위칭할 수 있으며, 여기서 액정 물질의 상기 층은 상기 인가되는 전기장이 제거될 때 상기 래칭된 구성으로 복귀할 것이다.
편리하게는, 상기 액정 장치는 복수의 픽셀들을 포함하고 상기 픽셀들의 단지 일부가 상기 제 2 모드에서 동작된다.
유리하게는, 상기 액정 물질은 상기 제 2 모드에서 동작하기 전에 특정 안정 구성으로 래칭된다.
양호하게는, 상기 방법이 적합하게 구성된 제니탈 쌍안정 장치 상에 수행된다.
따라서, 본 발명은 두 가지 모드들에서 동작 가능한 액정 디스플레이 장치를 제공하며, 여기서 제 1 모드는 멀티-안정 모드로서 이미지들이 전기장의 부재에서도 지속되고, 제 2 모드는 적절한 전기장들이 상기 장치에 인가될 때 제 1 모드보다 애니메이션 이미지들을 디스플레이하는 능력 및/또는 원하지 않는 콘트라스트 변화들 없이 어드레싱하는 것 및/또는 더 빠른 스위칭 속도 및/또는 더 많은 수의 그레이 레벨들을 제공한다.
다시 말해, 액정 장치(LCD)는 다음을 포함한다; 두 개의 셀벽들 사이에 포함되는 액정 물질의 층 및 여기에 전기장을 인가하는 수단, 액정층의 다른 구성들을 광학적으로 구별하는 수단, 여기서 상기 LCD가 전기장의 영향하에 상기 장치의 광학적 전송 특성들이 제어되는 방식으로 변경되도록 적응되고, 여기서 다른 전기장들은 복수의 전송 레벨들을 생성하고, 여기서 액정 물질의 층은 또한 쌍안정이어서 인가되는 필드가 없는 조건에서 상기 액정 물질이 두 구성들 중 어느 하나를 채택하고 여기서 적합한 극성, 크기 및 방향의 전압 펄스의 인가가 상기 액정 물질이 그것의 두 가지 쌍안정 상태들 중 어느 하나로 래칭하도록 한다.
또한, 본 발명은 두 가지 모드들에서 액정 장치를 동작시키는 방법을 제공하며, 상기 방법은 두 개 이상의 안정 액정 구성들이 선택될 수 있도록 래칭 모드에서 장치를 동작시키는 단계를 포함하고, 상기 안정 액정 구성들은 인가된 전압의 부재에서 지속되며; 상기 방법은 전기장의 인가가 복수의 순간 액정 구성들을 제공하도록 제 2 모드에서 장치를 동작시키는 단계를 부가적으로 또는 대안적으로 포함하며, 이에 의해 래칭 모드에서 상기 LCD를 동작시키는 단계가 상기 LCD를 안정 구성으로 스위칭하기 위해 수행되어 상기 선택된 안정 구성이 연속적으로 전력을 소모하는 요구없이 지속할 것이다.
본 발명은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, WO99/34251에 설명된 타입의 제니탈 쌍안정 장치가 보여진다. 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 액정 물질(2)의 층은 제 1 유리벽(4)과 제 2 유리벽(6) 사이에 센드위치된다. 제 1 유리벽(4)은 호메오트로픽 계면활성제로 코팅된 쌍안정 표면 정렬 그레이팅(8)으로 코팅된다; WO97/14990과 WO99/34251에 기술된 바와 같이, 그러면 그레이팅 표면의 근처의 액정이 무결함 또는 결함 정렬 구성 중 어느 하나를 채택할 수 있다. 제 2 유리 셀벽(6)이 예를 들어 제 2 유리벽(6)에 네마틱 액정 물질(2)의 평면 표면 정렬을 유발하기 위해 다음으로 고무화되는 폴리머로 코팅하여 처리된다.
표면 정렬 그레이팅에 의해 유발되는 무결함 및 결함 구조들은 도 1a 및 1b에 각각 도시된다.
도 1a의 무결함 구조에서 네마틱 액정이 표면 정렬 그레이팅(8)과 액정(2) 사이의 인터페이스에서 상기 그레이팅의 로컬 표면에 실질적으로 수직이 되기 위해방향이 정해질 것이다. 액정 셀의 전체 두께와 비교하여 그레이팅 액정 인터페이스의 짧은 거리내에, 액정이 실질적으로 호메오트로픽 정렬 구조를 채택할 것이다. 액정의 홈오제노우스 정렬은 제 2 유리벽(6)에서 유발되고 그후 스플레이된(splayed) 액정 구조가 채택된다.
도 1b의 결함구조에서, 소위 결함들 또는 디스클리네이션(disclination)들은 오목 및 볼록 결함 사이트들의 근처에 형성될 것이다. 결함 쌍의 형성의 결과는 액정 셀의 전체 두께와 비교하여 그레이팅 액정 인터페이스의 짧은 거리내에서 네마틱 액정이 실질적으로 호메오트로픽 구조보다 낮은 프리틸트를 갖는 구조를 채택할 것이다. 이 구조에서 60°트위스트된 구조가 형성되고 이는 평면 틸트를 벗어나는 낮은(통상적으로 약 20°)틸트를 갖는다.
WO99/34251은 네거티브 유전체 이방성을 갖는 네마틱 물질로부터 형성될 때 그러한 구조가 원하지 않는 RMS 전압 효과를 어떻게 감소시키고 쌍안정 수행을 어떻게 향상시키는지를 기술한다.
도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 장치의 스위칭 특성들이 결함과 무결함 상태들 사이에서 장치를 스위칭하기 위해 필요한 스위칭 펄스의 전압 및 폭을 묘사하는 그래프의 형식으로 제시된다. 이것은 다른곳에서 더욱 상세히 기술된다(예를 들어 WO97/14990, WO99/34251을 보라).
크로스된 폴라라이저들의 쌍 사이에 도 1에 도시된 타입의 장치를 배치하는 것은 예를 들어, 광학적 콘트라스트가 도 1b의 트위스트된 결함 상태와 도 1a의 스플레이된 무결함 상태 사이에서 성취되도록 한다. 당업자에게는 얻어진 콘트라스트를 최대화하기 위해 주어진 복굴절의 액정 물질에 대해 셀 두께를 어떻게 최적화하는지에 대해 즉시 명확할 것이다. 또한 당업자는 복수의 대안적인 광학적 시스템들이 결함 및 무결함 상태들의 광학적 특성들을 탐사하기 위해 사용될 수 있다는 것을 알 것이다.
위에 설명된 바와 같이, 쌍안정 장치들로 풀 칼라 이미지들에 대해 필요한 256 그레이 레벨들을 성취하는 것이 어려우며 이것을 성취하기 위한 하나의 수단은 공간적인 디더를 사용하는 것이다. 예를 들어, 심지어 각각의 픽셀이 단지 2 개의 본질적인 레벨들을 가진다해도 비율 1:2의 로우들과 비율 1:4의 칼럼들의 디지털 가중들은 8레벨이 성취되도록 한다. 중간(또는 동류)레벨이 가능하다면 각각 비율 1:3 및 1:9의 로우들과 칼럼들을 가중하는 것은 최대 81 그레이 레벨들이 성취되도록 한다. 이것은 풀 칼라 응용들에 대해 여전히 부족하다. 비율 1:4의 로우들과 비율 1:16의 칼럼들을 가중하는 것에 의해 4번째 레벨이 가능하다면 256 정적인 그레이 레벨들을 디스플레이하는 것이 가능하게 된다.
그러나, 이 방식에서 공간적인 디더를 사용하는 것으로는 많은 문제들이 있다. 이것은 로우 구동기들의 수와 칼럼 구동기들의 수를 두배로 하고 전체 모듈 비용에 주요 비용을 나타낸다. 또한 얇은 트랙들을 따르는 손실은 상당하게 된다. 예를 들어, 250μm 픽셀 피치와 10μm 최소 에치로, 4 레벨 ZBD는 13.5 μm의 최소 서브-픽셀 폭을 요구한다. 비록 제조가 가능하다해도, 큰 패널에 대한 트랙 저항이 실제로 매우 높게 될 수 있고 라인 아래에 신호의 상당한 손실이 있다. 또한, (특히 최하위 비트 상의)에칭 에라들은 비-선형 또는 그레이 레벨들의 손실로 이끌 수있다.
디스플레이 장치들을 위한 또 다른 중요한 요구는 보통 약 50Hz의 프레임 레이트의 비디오 동작에 대한 필요이다. 액정 물질과 셀 갭이 적합하게 빠른 광학적 응답을 주도록 선택된다면, 트랜지스터 스위치의 빠른 속도에 기인하여 TFT 구동 LCD로 비디오 동작이 쉽게된다. ZBD와 같은 쌍안정 디스플레이 장치로, 프레임 레이트가 두 요소들에 의해 규정된다: 이 두 요소들은 라인들의 수로 곱해진 라인-어드레스-시간과 광학적 응답 시간의 더 느림이다. 그러므로 많은 수의 라인들을 갖는 매우 복잡한 디스플레이들에 대해서는 비디오 레이트(즉, 50Hz) 동작을 성취하는 것이 어렵다. 디스플레이의 어드레싱 가능한 로우들의 수의 적어도 두배가 있을 수 있기 때문에 이 상황은 공간적 디더를 사용하는 경우 최악이다.
본 발명은 종래 기술의 ZBD 장치들과 공통적으로 두 개의 안정 ZBD 상태들 중 어느 하나로 래칭할 수 있는 장치를 제공한다; 이것은 쌍안정 또는 이미지 저장 모드에서 동작할 수 있다. 또한, 본 발명의 장치는 서브-래칭 전압들에서 RMS 전압 응답을 보이도록 또한 설계된다; 즉, 이것이 서브-래칭 또는 연속 모드에서 또한 동작한다. 다시 말해, 이 장치는 쌍안정 장치와 RMS 모드 둘 다로서 동작될 수 있다. 이 장치 동작의 듀얼 모드는 단안정할 수 있는 동작의 모드 따라서 전기적 어드레싱과 쌍안정 장치들이 상당히 구별되는 종래 기술에서의 현재 사상과 반대로 동작한다.
도 3a를 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 전압 대 전송 응답 특성이 보여진다. 곡선(14)은 셀의 벌크에서 액정의 RMS 응답을 나타내고 표준 TN 응답과 동류이다. 곡선(16)은 장치 래칭이 결함에서 무결함 상태로 됨에 따라 전송에서의 변화를 나타내고 곡선(18)은 장치 래칭이 무결함에서 결함 상태로 됨에 따른 전송에서의 변화를 나타낸다. 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이, 본 발명에 다른 장치들은 쌍안정 스위칭(즉, 래칭)과 RMS 스위칭(즉, 액정의 서브-래칭 전압 유발된 왜곡)이 분리되어 둘 다가 단일 장치에서 구별적으로 개발될 수 있도록 설계된다.
도 3a에 도시된 움직임 타입은 위의 도 1을 참조하여 설명된 타입의 트위스트된 네마틱 ZBD 기하학을 사용하여 성취된다. 그러나, 도 1을 참조하여 설명된 ZBD 장치와 달리 본 발명의 장치의 액정 물질의 유전체 이방성은 양호하게는(비록 필수는 아니지만) 포지티브이다. 단안정 표면은 제니탈 쌍안정 표면의 결함 상태에서의 방향에 수직으로 배열된 낮은 프리틸트 평면 호모제네어스 정렬을 갖는다. 이 예에서의 장치는 크로스된 폴라라이저들 사이에 배치될 때 일반적으로 화이트 모드로 동작한다. 결함(낮은 틸트) 상태로 일단 블랭킹되면, 전체 픽셀이 액정의 벌크에서 트위스트된 네마틱 구조에 기인하여 전송성으로 나타난다.
(RMS 응답이기 때문에 포지티브이든 네거티브이든) TN 변환 전압(V1) 보다 더 높은 전압의 인가는 다이렉터가 어떤 표면에서 하챦은 변화로 셀의 벌크에서 재방향 설정하게 한다. 전형적인 TN 전송 특성은 약 ±V2의 다크 상태로 포화시킨다. V1과 V2에 대한 전형적인 값들은 각각 1.5V 및 4.5V이다.
RMS 모드에서 액정에 인가된 단극 펄스가 무결함 상태로 래칭을 유발하기 위해 정확한 신호라 해도, 장치는 V2가 표면의 어떤 래칭을 유발하기에 충분하지 않도록 설계된다; 즉, 결함에서 무결함 구성으로 래칭을 생성하는 것은 τV3보다 더큰 전압 펄스가 인가되는 것을 요구한다. 충분한 전압과 기간의 펄스(즉, 이 경우에 τV3보다 더 큰 펄스)가 장치에 인가될 때 래칭이 발생하고 반면에 RMS 응답은 RMS 전압 레벨에만 순전히 의존하고 극성과는 무관하다는 것을 알아야 한다.
d.c. 발란싱을 (대략) 보장하기 위해, 장치는 예를 들어 각 프레임의 시작에서 적절한 네거티브 펄스를 사용하여 래칭될 수 있다. 또한 이것은 정확한 안정 상태가 에러를 감소시키는데 도움을 주기 위해 각 프레임의 시작에 재기록되는 것을 보장한다.
도 3b를 참조하면, 전압 대 전송 응답이 쌍안정 그레이팅이 비대칭 래칭 응답을 제공하도록 설계되는 장치에 대해 주어진다; 그러한 그레이팅 설계가 어떻게 얻어지는지에 대한 교시는 종래 기술 예를 들어 WO97/14990에서 발견된다. 곡선(14)은 셀의 벌크에서 액정의 RMS 응답을 나타내고 표준 TN 응답과 동류이다. 곡선(17)은 결함에서 무결함 상태로 장치가 래칭함에 따른 전송에서의 변화를 나타내고 곡선(19)은 무결함에서 결함 상태로 장치가 래칭함에 따른 전송에서의 변화를 나타낸다.
이 장치에서, 무결함 상태에서 결함 상태로의 래칭은(즉, -τV3보다 작은 전압의 펄스를 인가) RMS 응답을 개발하는데 요구되는 전압 펄스와 유사한 크기로 얻어질 수 있다. 이 방식에서, 장치는 실질적인 d.c. 발란싱을 유지하면서 어드레싱될 수 있다.
그러므로 본 발명의 장치는 연속적인 업데이트 모드 또는 이미지 저장 모드인 두 가지 모드들 중 어느 하나로 동작될 수 있다. 그러므로 본 발명은 풀 칼라비디오 동작을 할 수 있고 진짜 이미지 저장을 갖는 장치의 극도로 낮은 전력 소모를 갖는 디스플레이를 제공할 수 있다. 또한 당업자는 본 발명의 장치의 사용이 예를 들어 공간적 라이트 변조기, 광학적 셔터 등과 같은 방사의 변조가 요구되는 어떤 응용에서 유리하다고 증명될 수 있다는 것을 즉시 알 수 있을 것이다.
디스플레이는 이들 모드들이 분리된 전압/전하 동작 범위들을 갖도록 설계된다. 이것은 LC 물질(예를 들어 탄성 특성들, 유전체 이방성), 그레이팅 설계(예를 들어 그레이팅 피치, 깊이, 모양), 표면 엔코링(anchoring) 특성들 및 셀 갭의 선택을 통해 이루어져서 두 가지 쌍안정 상태들로 래칭이 전송에서 변화들에 대해 포화 전압보다 더 큰 전압에 대해 발생한다. 연속적인 업데이트 또는 저장 모드에 대한 상대 전압들 요구의 제어가 가능한데, 그 이유는 ZBD 디스플레이의 래칭이 (플렉소-전기 폴라리제이션과 연관된) 필드 효과인 반면에 전송의 동적인 RMS 응답은 전압 효과이므로 셀 갭과 독립적이기 때문이다.
일단 디스플레이가 저장 모드로 스위칭되면, 정보의 마지막 프레임이 프레임 저장으로부터 판독되지만, 복잡성의 적합한 레벨로 인코딩되고(예를 들어 B/W 또는 제한된 수의 그레이 레벨들) 디스플레이가 다시 블랭킹되고 픽셀들에 대해 +τV4를 초과하는 전압들로 선택적으로 기록되어 다른 안정 상태로 래칭된다. 그러면 이 이미지는 장치가 전력으로부터 단절된다 해도 프레임의 다음 업데이트까지 보유될 것이다. 이것은 디스플레이에 전력 오프에서 자동적으로 이루어질 것이다.
본 발명을 구현하기 위해 TFT 액티브 매트릭스가 사용될 수 있으며 도 4는 전형적인 종래 기술 TFT TN 장치(20)를 보여준다. 4개의 TFT 구동된 픽셀들은 로우전극들(30,32) 및 칼럼 전극들(34,36)과 같이 22,24,26,28로 도시된다. 도시된 장치는 일반적으로 화이트 모드(즉, 칼럼 전압이 0인 경우 픽셀이 화이트로 남는다)로 동작한다. 그레이 레벨들은 칼럼 전극들에 인가되는 신호들의 진폭 변조에 의해 성취될 수 있다.
액티브 매트릭스 디스플레이 내의 각각의 픽셀과 연관된 트랜지스터는 일반적으로 게이트 연결(38)과 구동 연결(40)인 두 개의 전기적 입력 연결들을 갖는다. 게이트 연결(38)로 적합한 전압의 인가는 구동 연결(40) 상에 존재하는 전압을 투명 픽셀 전극(22)에 공급한다. 또한 TFT를 형성하기 위해 사용되는 하나 이상의 층들에서 그레이팅 정렬 구조(즉, 액정 물질에 어느 정도의 정렬을 줄 수 있는 구조)를 형성하는 것이 가능하다.
액티브 매트릭스 디스플레이들은 공통 로우 전극들에 연결된 로우내의 각각의 픽셀 트랜지스터의 게이트 연결들 및 공통 칼럼 전극에 연결된 칼럼내의 각각의 트랜지스터의 구동 연결들과 전형적으로 배열된다. 그러므로 구동 전압의 단일 칼럼으로의 인가와 결합하여 단일 로우로 게이트 전압의 인가는 구동 전압이 개별적인 픽셀의 액정층 양단에 인가되도록 한다. 도 4의 4 픽셀 구동을 어드레싱하는 적합한 구동 및 게이트 전압 펄스들이 또한 도시된다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 장치를 구동 하기에 적합한 TFT 어드레싱 스킴들이 주어진다.
도 5a는 연속적인 업데이트 모드에서 본 발명에 따른 듀얼 모드 장치(50)의 동작에 필요한 액티브 매트릭스 어드레싱 스킴들을 보여준다. 전압 펄스가 게이트연결(38)에 인가되는 어떤 기간 동안, 구동 연결(40)에 인가되는 전압이 픽셀(22)의 전극에 인가된다.
도 5a에 도시된 구동 스킴을 사용하면, 픽셀(22)이 액정을 원하는 구성으로 스위칭하는 전압이 인가되기 전에 초기에 하나의 쌍안정 상태(즉, 블랭킹)로 래칭되는 것이 보여질 수 있다. 이상적으로는 픽셀이 RMS 전압의 다음 인가 상에 광학적 콘트라스트의 최고 변화를 제공할 안정 상태로 블랭킹된다. 이 모드에서 장치는 TN 장치와 유사한 방식으로 동작한다; 어떤 전압(래칭 전압 τV3 아래)이 액정 구성의 왜곡을 유발할 것이다. 이 전압이 쇠퇴함에 따라 액정이 초기(즉, 블랭킹) 안정 구조를 향해 릴렉스될 것이다.
본 발명에 따른 장치의 픽셀들은 칼럼 전압이 결코 τV3을 초과하지 않고 따라서 다른 도메인으로의 래칭이 발생하지 않는 것을 보장하면서 종래 기술에서와 같이 순차적으로 각각의 로우가 기록될 수 있다. 종래의 TFT 구동 스킴들과 달리, 칼럼 전압들의 극성은 모든 프레임들에서 (전체 DC 발란싱을 주기 위해 프레임부터 프레임까지 극성을 변경하는 것보다) 동일하게 유지된다. 당업자는 d.c. 발란싱이 항상 얻어질 수 있는 다양한 메커니즘들 예를 들어 가변 전압 블랭킹 펄스 또는 d.c. 발란싱 프리-펄스의 사용을 이해할 것이다.
도 5b는 이미지 저장 모드에서 본 발명에 따른 듀얼 모드 장치(50)의 동작에 요구되는 액티브 매트릭스 어드레싱 스킴들이 도시된다. 도 5b에 도시되는 구동 스킴을 사용하여, 픽셀(22)이 액정을 다른 상태로 래칭하는 전압이 인가되기 전에 하나의 쌍안정 상태(즉, 블랭킹)로 초기에 기록된다는 것을 볼 수 있다. 저장모드에서, 블랭킹은 연속 모드에 대한 것과 같이 이루어질 것이지만, 다른 상태로 래칭될 픽셀들에 대해 요구되는 다음 구동 전압이 래칭이 발생하도록 τV3을 초과해야 한다. 도 5b에 도시된 예에서, 이들 픽셀들에서 칼럼 전압은 τV4보다 높아서 픽셀의 래칭의 완성이 성취된다.
저장 모드에서 동작하는 장치에 대해, 또한 저장된 동류의 그레이 스케일을 주는 것이 가능할 것이다. 예를 들어, 칠프드 그레이팅 구조(chirped grating structure)는 브라이언-브라운 등 (1998) 아시아 디스플레이의 회보 1051-1052페이지에 기술되는 바와 같이 사용될 수 있다. 또한 서브-픽셀화는 공간적 디더를 제공하기 위해 제공될 수 있다. 사실, 당업자는 쌍안정 장치에서 동류의 그레이 스케일을 얻기 위해 사용되는 기술들(예를 들어 부분적 스위칭 영역의 개발)이 또한 저장 모드에서 동작하는 본 발명에 따른 장치에서 그레이 스케일을 얻기 위해 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 유사하게, 시간적 디더가 연속적인 모드 동작동안 그레이 스케일을 제공하기 위해 인가될 수 있다는 것을 당업자는 알 것이다.
연속적인 업데이트 모드에서 동작할 때, 본 발명에 따른 디스플레이가 프론트-릿 반사 모드(front-lit reflective mode)에서 사용될 것이다. 저장모드에 대해, 디스플레이가 전력을 더욱 보존하기 위해 어떤 조명없이 반사 모드에서 동작하도록 요구할 것이다. 그러므로, 액정층이 반사 모드에서 동작하기 위해 이상적으로 재단될 것이다. 그러나, 장치의 정확한 동작 환경에 의존하여 또한 장치는 전송 모드에서 동작하도록 최적화될 수 있다. 그러한 목적들을 위한 장치를 최적화하는 기술들은 당업자에게 잘 알려져 있을 것이다.
본 발명의 한 실시예에서, ZBD 표면의 아래에 침착된 TFT와 프론트 표면에의 칼라 필터 플레이트를 갖는 내부 라이트 제어 반사기를 갖는 단일 내부 반사기 폴라라이저가 제공된다. 대안적으로, 리어 표면상의 거울같은 반사 플레이트가 패널의 프론트에서 확산 시트와 연결하여 사용될 수 있다. ZBD 그레이팅이 액티브 또는 공통 플레이트들 중 어느 하나에 위치될 수 있지만, 제조의 용이성을 위해 그레이팅이 공통 플레이트 상에 제조되는 것이 선호될 수 있다. 대안적으로, 요구되는 그레이팅 프로파일 특성들은 TFT를 처리하는데 사용되는 마스크된 단계들 중 하나와 동시에 제조될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 ZBD 테스트 셀을 수동적으로 어드레싱하는 기술이 보여진다. 테스트 셀은 1.5μm 셀 갭을 가지고 상업적으로 활용 가능한 네마틱 액정 물질 MLC 6204로 채워진다. 곡선(60)은 결함(즉, TN) 상태에서 무결함 상태로 장치를 완전히 래칭하기 위한 쌍극 펄스의 주어진 기간에 대해 요구되는 전압을 보여주고 곡선(62)은 래칭의 착수를 보여준다. 그러므로 부분적인 래칭 영역(64)이 정의된다.
위에 설명된 바와 같이, 수동 매트릭스 디스플레이들은 각각 상부 및 하부 셀 표면상에 위치되는 로우 및 칼럼 전극들의 스트립들을 사용하여 전형적으로 구성된다. 이것은 어드레싱 가능한 픽셀 소자들의 매트릭스를 제공한다. 그러므로 단일 픽셀의 액정 양단에 인가되는 결과 전압이 단순히 관련 칼럼 및 로우 전극들에 인가되는 전압들과의 차이이다. 전형적으로 스트로브 파형들은 로우들에 순차적으로 인가되고, 반면 데이터 파형들(예를 들어 선택 또는 비 선택 파형)은 칼럼들에순차적으로 인가된다. 이 방식으로, 디스플레이 내의 각각의 픽셀이 차례로 어드레싱(또는 멀티플렉싱)될 수 있다. 이 타입의 멀티플렉싱 기술들은 당업자에게 잘 알려져 있다.
그러므로, 스트로브 파형이 특별한 픽셀의 응답을 정의하기 위해 데이터 파형들의 변화와 결합될 수 있다. 11V 진폭의 400μs 쌍극 스트로브 펄스를 취하는 것과, 이것을 유사한 기간의 -1V와 +1V 데이터 펄스들과 결합하는 것은 각각 12V(도 6의 pt B)와 10V(도 6의 pt A)의 관련 픽셀에서 결과 전압 펄스를 생성할 것이다. 동일한 스트로브 펄스에 대해, -2.7V 및 +2.7V 데이터 펄스들의 인가는 각각 13.7V(도 6의 pt C)와 8.3V(도 6의 pt D)의 관련 픽셀에서 결과 전압 펄스들을 생성할 것이다. 그러므로 ±1V의 데이터 전압들이 연속 모드 동작(즉, pt A 및 B)을 제공하기 위해 사용될 수 있으며 ±2.7V의 데이터 전압들이 선택 및 비 선택 래칭을 제공하는 결과 펄스들을 제공한다 것을 알 수 있다.
도 7을 참조하면, 0.9μm의 피치를 갖는 쌍안정 그레이팅을 사용하여 형성된 ZBD 테스트 셀의 전송에서의 변화가 도시된다. 라인(80)은 500μs 기간의 다양한 크기 래칭 전압 펄스들의 인가로 (임의의 유닛들에서) 셀의 전송에서의 변화를 보여준다. 라인(82)은 인가된 RMS 스위칭 전압으로 전송에서의 변화를 보여준다. 두 경우들에서, TN 상태가 측정을 취하기 전에 선택된다.
도8을 참조하면, 도 7을 참조하여 설명되는 테스트 셀에 대한 전송(임의의 유닛들) 대 RMS 전압 데이터가 확장된 시각으로 도시된다. 그러므로 90%와 10% 전송이 각각 0.7V(Voff로 불림) 및 1.6V(Von으로 불림)의 RMS 전압들의 인가로 이 테스트 셀에 대해 발생할 것임을 알 수 있을 것이다.
도 7 및 8을 기준으로 보여지는 연속적인 RMS 스위칭에 대한 전자-광학 응답을 취하는 것은, 멀티플렉싱될 수 있는 라인들의 최대 수(nmax)가 다음식을 사용하여 추정될 수 있다:
(1)
데이터(Vd) 및 스트로브(Vs) 신호들은 대략 다음식에 의해 관련된다:
(2)
도 8에 보여지는 결과들에 대해 식 (1) 및 (2)는 nmax=2와 Vd=0.71Vs를 추정한다. 원하지 않는 래칭없이 동작하기 위한 연속 모드에 대해 다음 조건이 유지될 것이다:
τc(Vs+Vd) < τsVth(3)
여기서 Vth는 기간(τs)의 펄스에 대한 래칭 진폭에 대한 문턱값이고, τc는 연속 모드 펄스의 기간이다.
도 7의 결과를 취하고 τc=τs=500μs를 선택하여, 두 로우들이 Vs<0.586Vth라면 원하지 않는 래칭을 유발하지 않고 (예를 들어 애니메이션을 보이기 위해) 연속적으로 어드레싱될 수 있다. 이 경우(Vth=22V)에서, Vs=12.5V, Vd=8.8V이고 저장 모드로 래칭하는데 요구되는 데이터 VD는 9.5V보다 더 크야 한다. 다른 전압들이 τs, Vth및 Vs의 적절한 조정에 의해 선택될 수 있음을 이해할 것이다.
도 9 및 10을 참조하면, 본 발명에 따른 수동적으로 어드레싱되는 디스플레이가 도시된다.
액정 셀(101)은 예를 들어 유리 및/또는 플라스틱인 어떤 적합한 물질일 수 있는 벽들(103, 104) 사이에 담긴 액정 물질의 층(102)에 의해 형성된다. 또한 장치가 반사모드에서 동작될 것이라면 실리콘 또는 금속이 사용될 수 있다. 셀을 통하는 적절하게 분배되는 스페이서(105; spacer)들은 벽들을 요구되는 거리만큼 분리시켜 유지한다. 예를 들어 SnO2, 인듐 틴 산화물(ITO) 또는 알루미늄일 수 있는 스트립 같은 로우 전극들(106)이 하나의 벽(103) 상에 형성되고 유사한 칼럼 전극들(107)이 다른 벽(104)에 형성된다. m-로우 및 n-칼럼 전극들로 이것은 로우 및 칼럼 전극의 교차에 의해 형성되는 mxn 매트릭스의 어드레싱 가능한 소자들 또는 픽셀들을 형성한다.
로우 구동기(108)는 각각의 로우 전극(106)에 전압을 공급한다. 유사하게 칼럼 구동기(109)는 각각의 칼럼 전극(107)에 전압을 공급한다. 인가된 전압들의 제어는 전압원(111) 및 클락(112)에 연결된 제어 로직(110)에 의해 수행된다.
셀의 어느 측면은 특정 액정 배열에 따라 있다면 인접 벽(103,104) 상에 정렬 방향(R)에 실질적으로 45°의 각도로 그리고 그들의 폴라리제이션 축이 서로에대해 실질적으로 교차되면서 배치될 수 있는 폴라라이저들(113, 113')이다. 부가적으로 예를 들어 스트레치된 폴리머의 하나 이상의 광학적 보상 층들(117)은 셀벽과 폴라라이저 사이의 액정층(102)에 인접하여 부가될 수 있다. 물론, 당업자는 하나의 폴라라이저 또는 폴라라이저를 전혀 없이 사용하여 구현될 수 있는 다른 실시예들이 있음을 알 것이다.
부분적으로 반사하는 미러(116)는 라이트 소스(115)와 같이 셀(101) 뒤에 배열될 수 있다. 이들은 디스플레이가 반사로 보이게 하고 침침한 환경 조명으로 뒤로부터 빛나게 한다. 전송하는 장치에 대해 미러(116)가 생략될 수 있다. 대안적으로 내부 반사 표면이 내부 알루미늄 전극과 같이 사용될 수 있다.
어셈블리 전에 적어도 하나의 셀벽들(103, 104)에는 쌍안정 프리틸트를 제공하기 위해 표면 정렬 그레이팅이 제공된다. 다른 표면에는 평면 틸트된 또는 호메오트로픽 단안정 표면 또는 다른 쌍안정 표면이 제공될 수 있다. 쌍안정 프리틸트를 제공하는 표면 정렬 그레이팅 구조들은 위에 설명된 기술들의 변화를 사용하여 제조될 수 있다.
비록 위의 실시예들이 포지티브 물질을 사용하여 동작하는 90°트위스트된 ZBD 셀의 사용을 개시하지만, 당업자는 복수의 대안적인 ZBD 구성들이 사용될 수 있다는 것을 즉시 알 것이다. 예를 들어, 콜레스테릭 도팬트가 90°보다 큰 트위스트를 유발하기 위해 네마틱 액정 물질에 부가될 수 있다. 이것은 "STN-유사" 가파른 전자-광학 스위칭 문턱값을 제공하고 많은 수의 라인들이 연속 모드에서 수동적으로 어드레싱되도록 한다. 전형적인 액정 혼합물에 대해 이것은 네마틱 호스트에0.02% 보다 적은 콜레스테릭 첨가물을 요구할 것이다(통상적으로 d=셀 간격이고 P가 네마틱/콜레스테릭 혼합물의 자연 피치인 경우 d/P<1.25로 주어진다).
네거티브 물질은 호메오트로픽 단안정 표면과 결합하여 사용될 수 있다; 그러면 블랭킹 펄스가 무결함 상태로 래칭하기 위해 선택되어야 하고 연속 모드가 수직적으로 정렬된 네마틱(VAN) 셀로서 동작할 것이다.
또한 평면(또는 틸트된 평면) 단안정 표면(예를 들어 고무화된 폴리머)이 하이브리드(무결함) 상태 및 원하지 않는 평면(결함) 상태를 갖는 쌍안정 장치를 제공하기 위해 쌍안정 표면 정렬 그레이팅에 반대로 사용될 수 있다. 포지티브 또는 네거티브 유전체 이방성을 갖는 액정 물질이 이 구성에서 사용될 수 있다. 셀 간격과 액정 바이리프린젠스(birefringence)는 하이브리드 상태가 1/4 파-플레이트로서 동작하고(즉, λ/4의 광학적 방해물을 제공), 평면 상태는 1/2 파-플레이트(즉, λ/2의 광학적 방해물을 제공)로서 동작하도록 재단될 수 있다. 그러면 디스플레이는 정렬 방향에 45°로 정렬된 크로스된 폴라라이저들 사이에 이것을 배치시켜 전송 모드로 동작될 수 있다. 대안적으로, 거울 및 단일 폴라라이저가 반사 모드 동작에 제공될 수 있다.
당업자는 대안적인 ZBD 장치들이 제공될 수 있고, 본 발명이 그러한 ZBD 장치들에만 적용되는 것이 아니라는 것을 알 것이다. 복수의 안정 구성들을 갖고 스위칭이 또한 발생할 수 있도록 구성되는 장치들이 본 발명에 따라서 동작될 수 있다.

Claims (38)

  1. 액정 장치에 있어서,
    배열 내의 두 개의 셀벽들(cell walls) 사이에 배치된 액정 물질의 층(a layer of liquid crystal material)을 포함하고, 상기 액정 물질은 인가된 전기장의 부재에서 존속할 두 개 이상의 안정 액정 구성들(stable liquid crystal configurations) 중 어느 하나를 채택할 수 있으며,
    상기 액정 장치는,
    적절한 래칭 전압 펄스(latching voltage pulse)의 인가가 상기 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어느 하나를 선택할 수 있는 제 1 모드와,
    전기장의 인가가 래칭된 구성에서 스위칭된 구성으로 상기 액정 물질의 층을 스위칭할 수 있으며, 상기 액정 물질의 층은 상기 인가된 전기장이 제거될 때 상기 래칭된 구성으로 되돌아갈 제 2 모드인 두 개의 모드들에서 동작할 수 있는, 액정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제 2 모드에서 동작하기 전에 특정 안정 구성으로 래칭되는, 액정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배열은, 상기 액정 물질이 3개 이상의 안정 액정 구성들 중 어느 하나를 채택할 수 있도록 되는, 액정 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배열이, 상기 액정 물질이 두개의 안정 액정 구성들 중 어느 하나를 채택할 수 있도록 되는, 액정 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    두 개의 안정 액정 구성들을 제공하는 표면 정렬 그레이팅(surface alignment grating)이 적어도 하나의 셀벽의 내부 표면상에 제공되는, 액정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액정 물질이 네마틱 액정 물질(nematic liquid crystal material)을 포함하는, 액정 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    제 1 셀벽의 내부 표면상에 제공되는 표면 정렬 그레이팅과,
    제 2 셀벽의 내부 표면상에 제공되는 평면 표면 처리(planar surface treatment)를 포함하고,
    상기 배열은, 상기 안정 액정 구성들 중 하나가 트위스트된 네마틱 구성이되도록 되는, 액정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 트위스트된 네마틱 구성의 상기 액정 물질의 트위스트는 45°보다 큰, 액정 장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 트위스트된 네마틱 구성의 상기 액정 물질의 트위스트는 90°보다 큰, 액정 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제 2 모드에서 동작하기 전에 상기 트위스트된 네마틱 구성으로 래칭되는, 액정 장치.
  11. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    제 1 셀 벽의 내부 표면상에 제공되는 표면 정렬 그레이팅과,
    제 2 셀벽의 내부 표면상에 제공되는 호메오트로픽(homeotropic) 표면 처리를 포함하고,
    상기 배열은, 상기 안정 액정 구성들 중 하나가 수직적으로 정렬된 네마틱 구성이 되도록 되는, 액정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 제 2 모드에서 동작하기 전에 상기 수직적으로 정렬된 네마틱 구성으로 래칭되는, 액정 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 물질은 네마틱(또는 긴 피치 콜레스테릭 ; long pitch cholesteric)물질을 포함하는, 액정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 액정 물질은 콜레스테릭 액정 물질을 더 포함하는, 액정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 액정 물질은 무게로 콜레스테릭 액정 물질을 0.02% 보다 작게 포함하는, 액정 장치.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    액정 물질의 피치 대 액정층 두께의 비가 0.25 내지 1.25의 범위 내에 포함되는, 액정 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 물질은 포지티브 유전체 이방성(positive dielectric anisotropy)을 갖는, 액정 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액정 물질은 네거티브 유전체 이방성을 갖는, 액정 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 셀벽들은 전기장을 상기 액정에 인가하기 위한 전극들을 포함하고, 상기 전극들은 어드레싱 가능한 픽셀들의 매트릭스를 형성하도록 배열되는, 액정 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    제 1 셀벽 상에 형성된 로우 전극들과 제 2 셀벽 상에 형성된 칼럼 전극들을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 셀벽들은 수동적으로 어드레싱 가능한 픽셀들의 어레이를 규정하도록 배열되는, 액정 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    전기장을 각각의 개별 픽셀에 독립적으로 인가하는 수단을 포함하는, 액정 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    전기장을 각각의 개별 픽셀에 독립적으로 인가하는 상기 수단은 박막 트랜지스터 소자를 포함하는, 액정 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    저장 캐패시터가 각각의 상기 박막 트랜지스터 소자와 연관되는, 액정 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    두 개 이상의 픽셀들을 어드레싱할 수 있는 적어도 하나의 별개의 반도체 회로를 포함하는, 액정 장치.
  25. 제 19 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 제 1 모드 동작 및 상기 제 2 모드 동작이 픽셀들의 그룹들 또는 서로 다른 픽셀들 상에 동시에 사용될 수 있도록 되어있는, 액정 장치.
  26. 제 19 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 모드에서 동작될 픽셀들이 상기 제 2 모드에서 동작하기 전에 미리 정해진 안정 액정 구성으로 블랭킹(blank)되는, 액정 장치.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치에 인가되는 구동 전압들은 실질적으로 내내 d.c. 발란싱되는, 액정 장치.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 모드는 비디오 레이트로 이미지들을 디스플레이하는, 액정 장치.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 모드는 256 그레이-레벨(grey-level)들로 이미지들을 디스플레이 하는, 액정 장치.
  30. 제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 다른 액정 구성들 간의 구별을 위해 적어도 하나의 폴라라이저(polariser)를 포함하는, 액정 장치.
  31. 제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 반사 수단을 더 포함하고, 상기 장치는 반사 모드에서 동작하도록 구성되는, 액정 장치.
  32. 제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    칼라 필터 소자들을 더 포함하는, 액정 장치.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 모드 또는 제 2 모드 동작을 선택하는 전자 수단을 더 포함하는, 액정 장치.
  34. 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 따른 액정 장치를 전자적으로 어드레싱하는 마이크로프로세서 유닛을 포함하는 정보 디스플레이 장치.
  35. 액정 장치를 동작시키는 방법에 있어서,
    인가되는 전기장의 부재에서 존속할 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어느 하나를 액정 물질이 채택할 수 있도록 배열되는 액정 장치를 취하는 단계; 및
    제 1 모드 또는 제 2 모드에서 상기 장치를 동작시킬지 여부를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 모드 동작에서 상기 두 개 이상의 안정 액정 구성들 중 어느 하나는 적절한 래칭 전압의 인가에 의해 선택될 수 있으며,
    상기 제 2 모드 동작에서 상기 전기장의 인가는 액정 물질의 층을 래칭된 구성에서 스위칭된 구성으로 스위칭할 수 있으며, 액정 물질의 상기 층은 상기 인가된 전기장이 제거될 때 상기 래칭된 구성으로 복귀할, 액정 장치 동작 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 액정 장치는 복수의 픽셀들을 포함하고 상기 픽셀들의 단지 일부가 상기 제 2 모드에서 동작되는, 액정 장치 동작 방법.
  37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
    상기 액정 물질은 상기 제 2 모드에서 동작하기 전에 특정 안정 구성으로 래칭되는, 액정 장치 동작 방법.
  38. 제 35 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 제니탈 쌍안정 장치(zenithal bistable device)를 동작하는 방법.
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Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2419215A (en) * 2004-10-14 2006-04-19 Magink Display Technologies In Display device
EP1810273B1 (en) 2004-11-10 2008-12-31 Magink Display Technologies Ltd. Drive scheme for a cholesteric liquid crystal display device
WO2007030717A2 (en) * 2005-09-09 2007-03-15 Wms Gaming Inc. Wagering game system with bistable lcd display
GB0520763D0 (en) * 2005-10-12 2005-11-23 Magink Display Technologies Cholesteric liquid crystal display device
KR101189217B1 (ko) * 2006-02-07 2012-10-09 삼성디스플레이 주식회사 액정 표시 장치
US8952612B1 (en) 2006-09-15 2015-02-10 Imaging Systems Technology, Inc. Microdischarge display with fluorescent conversion material
DE102009054991A1 (de) * 2009-12-18 2011-06-22 Endress + Hauser GmbH + Co. KG, 79689 Display
TWI423215B (zh) 2010-11-10 2014-01-11 Au Optronics Corp 雙穩態顯示器之驅動方法
US20120220220A1 (en) * 2011-02-24 2012-08-30 Ontario, Canada) Communications system providing device status information based upon near field communication (nfc) and related methods
US8547623B2 (en) 2011-11-22 2013-10-01 Sharp Kabushiki Kaisha Dual-mode electrowetting display device
TWI471658B (zh) * 2012-04-09 2015-02-01 Chunghwa Picture Tubes Ltd 膽固醇液晶顯示器及其驅動方法
CN102662268A (zh) * 2012-04-26 2012-09-12 华映光电股份有限公司 胆固醇液晶显示器及其驱动方法
US10708575B2 (en) 2012-06-25 2020-07-07 Sharp Kabushiki Kaisha Display system with diffuse and specular reflective modes
US9679506B2 (en) 2012-06-25 2017-06-13 Sharp Kabushiki Kaisha Multiple function display system
GB2508845A (en) * 2012-12-12 2014-06-18 Sharp Kk Analogue multi-pixel drive
US10699612B2 (en) 2014-10-27 2020-06-30 Sharp Kabushiki Kaisha Display system with specular reflective mode
CN110785694B (zh) 2017-05-08 2023-06-23 瑞尔D斯帕克有限责任公司 用于定向显示器的光学叠堆
US20200142232A1 (en) * 2017-07-14 2020-05-07 Applied Materials, Inc. Electrically controllable optical device, method for operation thereof, and system including an electrically controllable optical device
TW201921060A (zh) 2017-09-15 2019-06-01 美商瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司 用於可切換定向顯示器的光學堆疊結構
EP3707554B1 (en) 2017-11-06 2023-09-13 RealD Spark, LLC Privacy display apparatus
CN111919162B (zh) 2018-01-25 2024-05-24 瑞尔D斯帕克有限责任公司 用于隐私显示器的触摸屏
JP7291444B2 (ja) 2018-01-25 2023-06-15 リアルディー スパーク エルエルシー ディスプレイデバイスおよび視野角制御光学素子
JP7495027B2 (ja) 2018-03-22 2024-06-04 リアルディー スパーク エルエルシー 光導波路、バックライト装置およびディスプレイ装置
US10823990B2 (en) 2018-05-16 2020-11-03 Sharp Kabushiki Kaisha Bistable switchable liquid crystal private device
EP3814680A4 (en) 2018-06-29 2022-05-04 RealD Spark, LLC PRIVACY DISPLAY OPTICAL STACK
US11073735B2 (en) 2018-07-18 2021-07-27 Reald Spark, Llc Optical stack for switchable directional display
US11287677B2 (en) 2019-01-07 2022-03-29 Reald Spark, Llc Optical stack for privacy display
WO2020167680A1 (en) 2019-02-12 2020-08-20 Reald Spark, Llc Diffuser for privacy display
TW202102883A (zh) 2019-07-02 2021-01-16 美商瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司 定向顯示設備
KR20220074941A (ko) 2019-10-02 2022-06-03 리얼디 스파크, 엘엘씨 프라이버시 디스플레이 기기
EP4058830A4 (en) 2019-11-13 2024-01-24 RealD Spark, LLC DISPLAY DEVICE WITH EVEN OFF-AXIAL BRIGHTNESS REDUCTION
EP4073560A4 (en) 2019-12-10 2024-02-21 RealD Spark, LLC REFLECTION CONTROL OF A DISPLAY DEVICE
US11191146B2 (en) 2019-12-18 2021-11-30 Reald Spark, Llc Control of ambient light for a privacy display
EP4143631A4 (en) 2020-04-30 2024-05-29 RealD Spark, LLC DIRECTION INDICATOR
WO2021222606A1 (en) 2020-04-30 2021-11-04 Reald Spark, Llc Directional display apparatus
EP4143632A1 (en) 2020-04-30 2023-03-08 RealD Spark, LLC Directional display apparatus
TW202204818A (zh) 2020-07-29 2022-02-01 美商瑞爾Ｄ斯帕克有限責任公司 光瞳照明裝置
CN116209945A (zh) 2020-07-29 2023-06-02 瑞尔D斯帕克有限责任公司 用于可切换定向显示器的背光源
US11892717B2 (en) 2021-09-30 2024-02-06 Reald Spark, Llc Marks for privacy display
CN118160028A (zh) * 2021-10-27 2024-06-07 新辉开公司 用于双稳态和多稳态显示器的高阻抗驱动器及驱动其的方法
WO2023154217A1 (en) 2022-02-09 2023-08-17 Reald Spark, Llc Observer-tracked privacy display
US11892718B2 (en) 2022-04-07 2024-02-06 Reald Spark, Llc Directional display apparatus

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5274484A (en) * 1991-04-12 1993-12-28 Fujitsu Limited Gradation methods for driving phase transition liquid crystal using a holding signal
GB9521106D0 (en) 1995-10-16 1995-12-20 Secr Defence Bistable nematic liquid crystal device
FR2741165B1 (fr) * 1995-11-10 1998-01-30 Ist Naz Fisica Della Materia Dispositif d'affichage bistable a base de cristaux liquides nematiques autorisant des teintes de gris
GB9615817D0 (en) 1996-07-26 1996-09-04 Secr Defence Liquid crystal device with greyscale
JP3529999B2 (ja) * 1997-02-06 2004-05-24 株式会社リコー 液晶セルおよびその駆動方法
GB9727142D0 (en) 1997-12-24 1998-02-25 Secr Defence Bistable nematic liquid crystal device
EP1451800A1 (en) * 2001-11-22 2004-09-01 Koninklijke Philips Electronics N.V. Bistable liquid crystal device having two drive modes

Also Published As

Publication number Publication date
AU2002317277A1 (en) 2003-01-02
CN1636236A (zh) 2005-07-06
WO2002103666A2 (en) 2002-12-27
US7019795B2 (en) 2006-03-28
JP2004533647A (ja) 2004-11-04
EP1504437A2 (en) 2005-02-09
US20040141107A1 (en) 2004-07-22
GB0114998D0 (en) 2001-08-08
WO2002103666A3 (en) 2004-05-27

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