(57)【要約】  コレステリック液晶表示装置は、コレステリック液晶物質層及びアクティブマトリックス・アドレッシング構成を備えたセルを備えている。アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、液晶物質を平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動するために用いられる。中間調を達成するため、アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、各ビデオ期間において複数回走査され（５０）、画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される相対時間は、画像データ（５１，５２）に応じて制御される。【選択図】図８Ａ
2009511974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つのセルおよび制御回路を備え、
前記セルは、
コレステリック液晶物質層と、
駆動電極アレイ、スイッチ・デバイス、第１アドレス線アレイ、および第２アドレス線アレイを備えたアクティブマトリックス・アドレッシング構成と、を備え、
前記駆動電極アレイは、２つの方向へ並んで配置されると共に、各駆動電極は、コレステリック液晶物質層の各部を駆動して各画素を組成し、
前記スイッチ・デバイスは、前記各駆動電極に接続し、
前記第１アレイの各アドレス線は第１の方向における前記駆動電極の各並びの前記スイッチ・デバイスに接続し、前記第２アレイの各アドレス線は第２の方向における前記駆動電極の各並びの前記スイッチ・デバイスに接続し、前記各スイッチ・デバイスは前記第１及び前記第２アレイのアドレス線の組み合わせによって個々にアドレス可能であり、
前記制御回路は、アドレッシング信号を前記アドレス線へ印加することによって、連続ビデオ期間で更新されるビデオ画像データに応じて前記画素の駆動を制御するように動作可能であり、
前記第１アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号は、前記第１アレイのアドレス線を連続的に走査して各ビデオ期間内において複数回であるＳ回の走査によって前記第１アレイ全体を走査し、
連続的に走査された前記第１アレイの各アドレス線に接続されたスイッチ・デバイスは、前記第２アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号によって、対応する画素のコレステリック液晶物質を平面状態及びホメオトロピック状態のうちの１つへ選択的に駆動する駆動信号を、対応する駆動電極へ印加し、
各画素に関して、各ビデオ期間内において前記画素が前記平面状態及び前記ホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、ビデオ画像データに応じて制御されることを特徴とするコレステリック液晶表示装置。
【請求項２】
前記第１アドレス線アレイは、複数個であるＮ個のアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、Ｎ個のアドレス線を備え、前記Ｎ個のアドレス線のそれぞれは、前記第１アレイのＮ個のグループのそれぞれのアドレス線に接続されたスイッチ・デバイスへ接続され、
前記第１アレイのアドレス線へ印加されたアドレッシング信号は、前記第１アレイのＮ個のグループのアドレス線を連続的及び並列に走査することを特徴とする請求項１に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３】
前記Ｎ個のアドレス線グループは、それぞれ同数のアドレス線を備えることを特徴とする請求項２に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１アドレス線アレイは、前記第２の方向に分離された２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、前記第２の方向における駆動電極アレイの対側から延伸する２つのアドレス線を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１アドレス線アレイの２つのグループは、それぞれ更に２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、４つのアドレス線を備え、当該アドレス線のうちの２つは、前記第１の方向における前記駆動電極の全並びの対側で、前記第２の方向における前記駆動電極アレイの各側から延伸することを特徴とする請求項４に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１アドレス線アレイは、２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、前記第１の方向における前記駆動電極の全並びの対側で延伸する２つのアドレス線を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項７】
アドレッシング電極の２つのグループは、前記第２の方向で織り交ぜられていることを特徴とする請求項６に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項８】
前記駆動電極は、複数個であるＭ個の隣接した駆動電極のグループに属するように配置され、前記Ｍ個の隣接した駆動電極の各グループに関して、前記画素が各ビデオ期間内で平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、ビデオ画像データの各ビデオ画素に応じて組み合わせられて制御されることを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項９】
前記各グループにおけるＭ個の隣接した駆動電極は同じ面積を有することを特徴とする請求項８に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１０】
前記Ｍ個の隣接した駆動電極は、異なる面積を有することを特徴とする請求項８に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１１】
前記駆動電極アレイは、前記第２の方向よりも前記第１の方向において少ない数の駆動電極を有することを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１２】
前記ビデオ期間は５０ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１３】
前記第１アドレス線アレイは、前記スイッチ・デバイスの開放及び閉鎖を制御するように接続され、前記第１アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号は、前記第１アレイのアドレス線を連続的に走査することによって連続的に走査された前記第１アレイの各アドレス線に接続されたスイッチ・デバイスを閉鎖し、前記第２アレイのアドレス線へ印加されたアドレッシング信号は、連続的に走査された前記第１アレイの各アドレス線に接続された閉鎖された前記スイッチ・デバイスを介して、対応する駆動電極を前記駆動信号で荷電することを特徴とする請求項１〜１２のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１４】
前記スイッチ・デバイスは薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１５】
前記第１アドレス線アレイは、前記薄膜トランジスタのゲートに接続し、前記第２アドレス線アレイは、前記薄膜トランジスタのソースに接続することを特徴とする請求項１４に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１６】
前記アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、更に、前記各駆動電極に接続するキャパシタを備えることを特徴とする請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１７】
前記制御回路は、前記第１および第２アレイのアドレス線に接続して前記アドレッシング信号を印加するドライバ回路と、前記アドレッシング信号を印加するドライバ回路を制御するように配置されるディジタル・コントローラと、を備えることを特徴とする請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項１８】
少なくとも１つのセルおよび制御回路を備え、
前記セルは、
コレステリック液晶物質層と、
駆動電極アレイ、スイッチ・デバイス、第１アドレス線ライン、および第２アドレス線アレイを備えたアクティブマトリックス・アドレッシング構成と、を備え、
前記駆動電極アレイは、２つの方向へ並んで配置されると共に、各駆動電極は、コレステリック液晶物質層の各部を駆動して各画素を組成し、
前記スイッチ・デバイスは、前記各駆動電極に接続し、
前記第１アレイの各アドレス線は第１の方向における駆動電極の各並びの前記スイッチ・デバイスに接続し、前記第２アレイの各アドレス線は第２の方向における駆動電極の各並びの前記スイッチ・デバイスに接続し、前記各スイッチ・デバイスは前記第１及び前記第２アレイのアドレス線の組み合わせによって個々にアドレス可能であり、
前記制御回路は、アドレッシング信号を前記アドレス線へ印加することによって、画像データに応じて画素の駆動を制御するように動作可能であり、
前記第１アレイのアドレス線へ印加されたアドレッシング信号は、前記第１アレイのアドレス線を連続的に走査することによって前記第１アレイ全体を反復して走査し、
連続的に走査された前記第１アレイの各アドレス線に接続されたスイッチ・デバイスは、前記第２アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号によって、対応する画素のコレステリック液晶物質を平面状態及びホメオトロピック状態のうちの１つへ選択的に駆動する駆動信号を、対応する前記駆動電極へ印加し、
各画素に関して、前記第１アレイのアドレス線の複数回であるＳ回走査の連続したグループのそれぞれにおいては、画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、画像データに応じて制御されることを特徴とするコレステリック液晶表示装置。
【請求項１９】
前記画像データは、静的画像を表す静的画像データであることを特徴とする請求項１８に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２０】
前記Ｓ回走査のグループの期間は、５０ｍｓ以下であることを特徴とする請求項１９に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２１】
前記画像データは、連続ビデオ期間で更新されるビデオ画像データであり、
前記第１アレイのアドレス線へ印加されるアドレッシング信号は、前記第１アレイのアドレス線を連続的に走査することによって各ビデオ期間の複数回であるＳ回走査によって前記第１アレイ全体を走査し、
各画素に関して、各ビデオ期間における前記第１アレイのアドレス線のＳ回走査の中で、画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数が、それぞれのビデオ期間内の画像データに応じて制御されることを特徴とする請求項１８に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２２】
前記ビデオ期間は、５０ｍｓ以下であることを特徴とする請求項２１に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２３】
第１アドレス線アレイは、複数個であるＮ個のアドレス線グループへ分割され、
第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、Ｎ個のアドレス線を備え、前記Ｎ個のアドレス線のそれぞれは、前記第１アレイのＮ個のグループのそれぞれのアドレス線に接続するスイッチ・デバイスに接続し、
前記第１アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号は、前記第１アレイのＮ個のグループのアドレス線を連続的及び並列に走査することを特徴とする請求項１８〜２２のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２４】
前記Ｎ個のアドレス線グループは、それぞれ同数のアドレス線を備えることを特徴とする請求項２３に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２５】
前記第１アドレス線アレイは、前記第２の方向に分離された２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、前記第２の方向における前記駆動電極アレイの対側から延伸する２つのアドレス線を備えることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２６】
前記第１アドレス線アレイの２つのグループは、それぞれ更に２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、４つのアドレス線を備え、当該アドレス線のうちの２つは、前記第１の方向における前記駆動電極の全並びの対側で、前記第２の方向における前記駆動電極のアレイの各側から延伸することを特徴とする請求項２５に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２７】
前記第１アドレス線アレイは、２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、前記第１の方向における前記駆動電極の全並びの対側で延伸する２つのアドレス線を備えることを特徴とする請求項２３又は２４に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２８】
アドレッシング電極の２つのグループは、前記第２の方向で織り交ぜられることを特徴とする請求項２７に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項２９】
前記駆動電極は、複数個であるＭ個の隣接した駆動電極のグループに属するように配置され、前記Ｍ個の隣接した駆動電極の各グループに関して、前記第１アレイのアドレス線のＳ回走査の連続したグループの各々において、前記画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、画像データの各画素に応じて組み合わせられて制御されることを特徴とする請求項１８〜２８のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３０】
前記各グループのＭ個の隣接した駆動電極は、同じ面積を有することを特徴とする請求項２９に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３１】
前記Ｍ個の隣接した駆動電極は、異なる面積を有することを特徴とする請求項３０に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３２】
前記駆動電極アレイは、前記第２の方向よりも前記第１の方向で少ない数の駆動電極を有することを特徴とする請求項１８〜３１のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３３】
前記第１アドレス線アレイは、前記スイッチ・デバイスの開放及び閉鎖を制御するように接続され、前記第１アレイのアドレス線へ印加されたアドレッシング信号は、前記第１アレイのアドレス線を連続的に走査することによって連続的に走査された前記第１アレイの各アドレス線に接続されたスイッチ・デバイスを閉鎖し、前記第２アレイのアドレス線へ印加されたアドレッシング信号は、連続的に走査された前記第１アレイの各アドレス線へ接続された閉鎖されたスイッチ・デバイスを介して、対応する駆動電極を前記駆動信号で荷電することを特徴とする請求項１８〜３２のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３４】
前記スイッチ・デバイスは、薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項１８〜３３のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３５】
前記第１アドレス線アレイは、前記薄膜トランジスタのゲートに接続し、前記第２アドレス線アレイは、前記薄膜トランジスタのソースに接続することを特徴とする請求項３４に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３６】
前記アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、更に、前記各駆動電極に接続するキャパシタを備えることを特徴とする請求項１８〜３５のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３７】
前記制御回路は、前記第１及び前記第２アドレス線アレイに接続してアドレッシング信号を印加するドライバ回路と、前記アドレッシング信号を印加するドライバ回路を制御するように配置されたディジタル・コントローラと、を備えることを特徴とする請求項１８〜３６のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項３８】
少なくとも１つのセルを備え、
前記セルは、
コレステリック液晶物質層と、
駆動電極アレイ、スイッチ・デバイス、第１アドレス線アレイ、および第２アドレス線アレイを備えたアクティブマトリックス・アドレッシング構成と、を備え、
前記駆動電極アレイは、２つの方向へ並んで配置されると共に、各駆動電極は、コレステリック液晶物質層の各部を駆動して各画素を組成し、
前記スイッチ・デバイスは、前記各駆動電極に接続し、
前記第１アレイの各アドレス線は、第１の方向における前記駆動電極の各並びの前記スイッチ・デバイスに接続し、前記第２アレイの各アドレス線は、第２の方向における前記駆動電極の各並びの前記スイッチ・デバイスに接続し、前記各スイッチ・デバイスは前記第１及び前記第２アレイのアドレス線の組み合わせによって個々にアドレス可能であり、
前記第１アドレス線アレイは、複数個であるＮ個のアドレス線グループに分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、Ｎ個のアドレス線を備え、前記Ｎ個のアドレス線のそれぞれは、前記第１アレイのＮ個のグループのそれぞれのアドレス線に接続するスイッチ・デバイスに接続し、
前記第１アレイのアドレス線へ印加されたアドレッシング信号は、前記第１アレイのＮ個のグループのアドレス線を連続的及び並列に走査することを特徴とするコレステリック液晶表示装置。
【請求項３９】
前記第１アドレス線アレイは、前記第２の方向に分離された２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における駆動電極の各全並びに関して、前記第２の方向における前記駆動電極アレイの対側から延伸する２つのアドレス線を備えることを特徴とする請求項３８に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４０】
前記第１アドレス線アレイの２つのグループは、それぞれ更に２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、４つのアドレス線を備え、前記４つのアドレス線のうちの２つは、前記第１の方向における前記駆動電極の全並びの対側で前記第２の方向における前記駆動電極アレイの各側から延伸することを特徴とする請求項３９に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４１】
前記第１アドレス線アレイは、２つのアドレス線グループへ分割され、
前記第２アドレス線アレイは、前記第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における前記駆動電極の各全並びに関して、前記第１の方向における前記駆動電極の全並びの対側で前記第２の方向における前記駆動電極アレイの同じ側から延伸する２つのアドレス線を備えることを特徴とする請求項３８に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４２】
アドレッシング電極の２つのグループは、第２の方向で織り交ぜられることを特徴とする請求項４１に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４３】
少なくとも１つのセルを備え、
前記セルは、
コレステリック液晶物質層と、
駆動電極アレイ、スイッチ・デバイス、第１アドレス線アレイ、および第２アドレス線アレイを備えたアクティブマトリックス・アドレッシング構成と、を備え、
前記駆動電極アレイは、２つの方向へ並んで配置されると共に、各駆動電極は、前記コレステリック液晶物質層の各部を駆動して各画素を組成し、
前記スイッチ・デバイスは、各駆動電極に接続し、
前記第１アレイの各アドレス線は、前記第１の方向における前記駆動電極の各並びのスイッチ・デバイスに接続し、前記第２アレイの各アドレス線は、前記第２の方向における前記駆動電極の各並びのスイッチ・デバイスに接続し、前記スイッチ・デバイスは、前記第１及び前記第２アレイのアドレス線の組み合わせによって個々にアドレス可能であり、
前記駆動電極は、複数個であるＭ個の隣接した駆動電極のグループに属するように配置されることを特徴とするコレステリック液晶表示装置。
【請求項４４】
前記各グループのＭ個の隣接した駆動電極は、同じ面積を有することを特徴とする請求項４３に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４５】
前記Ｍ個の隣接する駆動電極は、Ｓに等しい比の面積を有することを特徴とする請求項４３に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４６】
前記駆動電極アレイは、前記第２の方向よりも前記第１の方向において少ない数の駆動電極を有することを特徴とする請求項３８〜４５のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４７】
前記第１アドレス線アレイは、前記スイッチ・デバイスの開放及び閉鎖を制御するように接続され、前記第１アドレス線アレイは、閉鎖されたときの前記スイッチ・デバイスを介して前記駆動電極を荷電するように接続されることを特徴とする請求項３８〜４６のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４８】
前記スイッチ・デバイスは薄膜トランジスタであることを特徴とする請求項３８〜４７のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項４９】
前記第１アドレス線アレイは、前記薄膜トランジスタのゲートに接続し、前記第２アドレス線アレイは、前記薄膜トランジスタのソースに接続することを特徴とする請求項４８に記載のコレステリック液晶表示装置。
【請求項５０】
前記アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、更に前記各駆動電極に接続するキャパシタを備えることを特徴とする請求項３８〜４９のうちいずれか一項に記載のコレステリック液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオ画像について多用される、中間調（グレイレベル）の範囲において比較的高いコントラストの画像を提供するためのコレステリック液晶表示装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コレステリック液晶表示装置は、低電力消費及び高輝度を有する反射表示装置の一種である。コレステリック液晶表示装置は、複数の状態の間で切り替え可能なコレステリック液晶物質層をそれぞれ有する１つ又は複数のセルを使用するものである。それらの状態は安定状態である平面状態を含む。そのような安定状態では、コレステリック液晶物質層は所定の色に対応した帯域の波長を有する光を反射する。他の状態では、コレステリック液晶は光を透過し、その後光は例えば背後の黒層によって吸収されるので、光は反射されない。なお、赤、青、及び緑の光を反射可能なコレステリック液晶物質層を積み重ねることによって、フルカラー・ディスプレイを達成することができる。
【０００３】
コレステリック液晶表示装置の反射性は、周辺光に応じて一定の輝度を与える。よって、コレステリック液晶表示装置は、明るい状況、特に戸外で、高輝度を与える。そのような状況において、輝度は通常のＴＮ（ｔｗｉｓｔｅｄ  ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶表示装置と比較して極めて良好である。なお、ＴＮ型液晶表示装置の輝度は、一般的にバックライトの電力によって制限されるため、明るい状況では観察するのが困難になる。
【０００４】
画像の表示を駆動するため、表示装置は通常電極配列を有する。電極配列は、コレステリック液晶物質層の至るところで複数の画素をそれぞれの駆動信号に基づいて駆動することができる。
【０００５】
コレステリック液晶ディスプレイの開発の大部分は、液晶物質の安定状態、即ち高反射率を提供する平面状態及び低反射率を提供する焦点円錐状態を用いることに集中していると共に、中間の反射率を提供すべく平面状態及び焦点円錐状態の各々の領域を有する混合状態の範囲の使用に集中している。安定状態の使用には、低電力消費という利点がある。これは、エネルギーが状態変化を促進するためにだけ必要であり、状態変化の後では、電力を消費せずに画像を表示する安定状態を液晶が維持するからである。現在市販される全てのコレステリック液晶表示装置は、この動作モードで機能するものである。
【０００６】
このような高輝度及び低電力消費の利点にも関わらず、多くの点で性能を改善することが望ましい。
【０００７】
１つの望ましい特徴とは、コントラスト比を改善することにある。
【０００８】
また、他の望ましい特徴とは、ビデオ画像データの表示を可能にすることにある。これを達成するためには、動く画像を表示するのに十分な速度であって、好ましくは残像よりも遅い一時的なディザによって作り出されるフリッカを感知させないほどに十分に速い速度によって表示装置上に表示された画像を反復して更新することが必要である。後者の効果のためには、通常、１秒当たり少なくとも約２５フレームの表示が必要であると考えられる。なお、これは持続時間４０ｍｓのビデオ期間(２つのフィールドをインタリーブして１つのフレームを形成した後)に対応する。
【０００９】
ビデオ画像の表示を目的として、いくつかの文献が、液晶物質を安定状態において駆動しつつコレステリック液晶表示装置のニア・ビデオ又は高速応答アドレッシングを達成する手法を開示している。そのようなものの例としては以下のようなものが挙げられる。
【００１０】
特許文献１は、コレステリック液晶物質の平面状態と焦点円錐状態とを高速に切り替えるセルの具体的構造を開示する。
【００１１】
特許文献２は、パッシブアドレッシング電極配列を有する液晶セルの画素を平面状態及び焦点円錐状態へ駆動する駆動スキームを開示する。
【００１２】
関連文献である特許文献３及び特許文献４は、アクティブマトリックス・アドレッシング構成を採用したコレステリック液晶表示装置を開示する。アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、画素状態を変化させる必要があるか否かを考慮した駆動スキームを用いて液晶物質の画素を安定な平面状態及び焦点円錐状態へ駆動する。
【００１３】
しかしながら、そのような手法は、平面状態及び焦点円錐状態を用いた画像全体が更新され得る速度を改善するものではあるが、通常各々の行の更新時間が許容可能なビデオアプリケーションに対して長すぎるか、または要求された中間調を達成するために必要なリセット条件を用いることによって感知されたコントラスト比が低下してしまうといった問題が生ずる。
【００１４】
更に、おおまかに言えば、依然としてコントラスト比を改善する必要性がある。安定状態の使用は表示装置に合理的なコントラスト比を与えるが、コントラスト比は、焦点円錐状態が光を散乱して３〜４％程度の反射率を有するということによって制限される。
【００１５】
非特許文献１において、焦点円錐状態よりも低い反射率を有するコレステリック液晶物質のホメオトロピック状態を使用することによって、より高いコントラスト比を達成できることが報告された。これによると、暗状態として焦点円錐状態の代わりにホメオトロピック状態を使用することは、コントラスト比を増加させ、色域を改善する利点を有することになる。しかしながら、この文献の技術的開示を拡張すると、中間調を用いて液晶物質をどのように駆動するか、及び多くのアプリケーションにおいて、ビデオ画像に適した速度でどのように駆動するかに関する問題が残る。非特許文献１は、中間調を用いずに、５０ｍｓのフレーム期間、即ち２０Ｈｚのフレーム速度で４０行の画素を駆動するアクティブマトリックス・アドレッシングを用いることについて開示している。液晶は平面又はホメオトロピック状態へ駆動され、中間調を用いない暗及び明状態を提供する。また、アドレッシングは、ビデオ表示に対して比較的遅く、観察者がフリッカを感知するといった障害がある。
【００１６】
非特許文献２には、透明状態としてホメオトロピック状態を使用するといった類似の開示が存在する。
【００１７】
特許文献５も、コレステリック液晶表示装置を平面及びホメオトロピック状態へ駆動して、コントラスト比を改善することを開示する。しかしながら、特許文献５は、時間変調の使用によって中間調を達成できることを開示する。具体的には、各ビデオ期間において、ビデオ画像データに応じて制御される相対時間の間、画素は平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される。視覚支援の結果として、観察者はビデオ期間を通して画素の平均反射率を感知する。こうして、平面及びホメオトロピック状態で費やされる相対時間を変動させることによって中間調が達成される。適切な駆動信号を画素へ提供するため、特許文献５は直接駆動電極配列を用いることについて開示している。こうして、各画素の駆動電極が直接駆動される。これは駆動電極と同じ導電層に道を設けることによって容易に実現されるが、駆動電極間に比較的広いギャップを残して、各駆動電極のための個別の道のすべてを収容する必要がある。そのような広いギャップは充填比を低減し、これは表示装置の全体的なコントラスト比を液晶物質自体のコントラスト比よりも低下させる。この影響は、ホメオトロピック状態を用いることによって与えられたコントラスト比の改善を無効にする。この問題は、充填比が低減することに起因して、駆動電極のサイズが小さくなるにつれて顕著になる。
【００１８】
【特許文献１】米国特許第５６６１５３３号明細書
【特許文献２】米国特許第５７４８２７７号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００１／００４５９４６号明細書
【特許文献４】国際公開第０２／０８６８５５号パンフレット
【特許文献５】国際公開第２００４／０３０３３５号パンフレット
【特許文献６】国際公開第０１／８８６８８号パンフレット
【非特許文献１】Ｎａｈｍ、Ｇｏｄａ、Ｍｉｎ、Ｃｈｏｕ、Ｋａｎｉｃｋｉ、Ｈｕａｎｇ、Ｍｉｌｌｅｒ、Ｓｅｒｇａｎ、Ｂｏｓ、及びＤｏａｎｅ、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ａｃｔｉｖｅ−Ｍａｔｒｉｘ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ（非晶質シリコン薄膜トランジスタ・アクティブマトリックス反射型コレステリック液晶ディスプレイ）」、Ａｓｉａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ９８、９７９〜９８２ページ(１９９８)
【非特許文献２】カワタ、ヤマグチ、ヤマグチ、アキヤマ、及びスズキ、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（材料装置研究所）、株式会社東芝、「Ａ  ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ＬＣＤ  ｗｉｔｈ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌａｙｅｒｓ（二重コレステリック液晶層を有する高反射型ＬＣＤ）」、ＳＩＤ（情報表示装置協会）  ９７、２４６〜２４９ページ(１９９７)
【非特許文献３】Ｉ．Ｓａｇｅ、Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  Ｕｓｅｓ（液晶の応用と使用）、編集者Ｂ．Ｂａｈａｄｕｒ、第三巻、３０１ページ、１９９２、Ｗｏｒｌｄ  Ｓｉｅｎｔｉｆｉｃ
【非特許文献４】Ｗｅｓｔ及びＢｏｄｎａｒ、「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｔａｃｋｓ  ｏｆ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  Ｆｉｌｍｓ  ｆｏｒ  Ｆｕｌｌ  Ｃｏｌｏｒ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ（フルカラー・ディスプレイ用反射型コレステリック膜の積層最適化）」、Ａｓｉａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  １９９９、２０〜３２ページ
【非特許文献５】Ｄ−Ｋ  Ｙａｎｇ＆Ｚ−Ｊ  Ｌｕ、ＳＩＤ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ（技術要録）３５１ページ、１９９５
【非特許文献６】Ｊ  Ａｎｄｅｒｓｏｎ等、ＳＩＤ、９８  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ、ＸＸ１Ｘ、８０６ページ、１９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記の点を要約すると、比較的高いコントラスト比を有し、中間調の範囲において駆動可能なコレステリック液晶表示装置を提供することが望ましい。また、多くのアプリケーションについてビデオ画像に適した速度で表示装置を駆動することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１の態様によれば、少なくとも一つのセルおよび制御回路を備えるコレステリック液晶表示装置が提供される。このセルは、コレステリック液晶物質層と、駆動電極アレイ、スイッチ・デバイス、第１アドレス線アレイ、および第２アドレス線アレイを備えたアクティブマトリックス・アドレッシング構成と、を備える。駆動電極アレイは、２つの方向へ並んで配置されると共に、各駆動電極は、コレステリック液晶物質層の各部を駆動して各画素を組成する。スイッチ・デバイスは、各駆動電極に接続する。第１アレイの各アドレス線は第１の方向における駆動電極の各並びのスイッチ・デバイスに接続し、第２アレイの各アドレス線は第２の方向における駆動電極の各並びのスイッチ・デバイスに接続し、各スイッチ・デバイスは第１及び第２アレイのアドレス線の組み合わせによって個々にアドレス可能である。制御回路は、アドレッシング信号をアドレス線へ印加することによって、連続ビデオ期間で更新されるビデオ画像データに応じて画素の駆動を制御するように動作可能である。第１アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号は、第１アレイのアドレス線を連続的に走査して各ビデオ期間内において複数回であるＳ回の走査によって第１アレイ全体を走査する。連続的に走査された第１アレイの各アドレス線に接続されたスイッチ・デバイスは、第２アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号によって、対応する画素のコレステリック液晶物質を平面状態及びホメオトロピック状態のうちの１つへ選択的に駆動する駆動信号を、対応する駆動電極へ印加する。各画素に関して、各ビデオ期間内において画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、ビデオ画像データに応じて制御される。
【００２１】
よって、本発明の第１の態様は、ビデオ画像としての特定の場合について考慮したものである。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、少なくとも１つのセルおよび制御回路を備えたコレステリック液晶表示装置が提供される。このセルは、コレステリック液晶物質層と、駆動電極アレイ、スイッチ・デバイス、第１アドレス線ライン、および第２アドレス線アレイを備えたアクティブマトリックス・アドレッシング構成を備える。駆動電極アレイは、２つの方向へ並んで配置されると共に、各駆動電極は、コレステリック液晶物質層の各部を駆動して各画素を組成する。スイッチ・デバイスは、各駆動電極に接続する。第１アレイの各アドレス線は第１の方向における駆動電極の各並びのスイッチ・デバイスに接続し、第２アレイの各アドレス線は第２の方向における駆動電極の各並びのスイッチ・デバイスに接続し、各スイッチ・デバイスは第１及び第２アレイのアドレス線の組み合わせによって個々にアドレス可能である。制御回路は、アドレッシング信号をアドレス線へ印加することによって、画像データに応じて画素の駆動を制御するように動作可能である。第１アレイのアドレス線へ印加されたアドレッシング信号は、第１アレイのアドレス線を連続的に走査することによって第１アレイ全体を反復して走査する。連続的に走査された前記第１アレイの各アドレス線に接続されたスイッチ・デバイスは、第２アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号によって、対応する画素のコレステリック液晶物質を平面状態及びホメオトロピック状態のうちの１つへ選択的に駆動する駆動信号を、対応する駆動電極へ印加する。各画素に関して、第１アレイのアドレス線の複数回であるＳ回走査の連続したグループのそれぞれにおいては、画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、画像データに応じて制御される。
【００２３】
本発明の第２の態様は、一般的な状況を考慮したものであって、画像データが静的画像を表す静的画像データであった場合、または画像データが一連のビデオ期間において更新されるビデオ画像データであった場合を考慮したものである。
【００２４】
よって、本発明は画素のコレステリック液晶物質を平面及びホメオトロピック状態へ駆動することを含む。ホメオトロピック状態を暗状態として用いることによって、安定的な焦点円錐状態を用いた場合と比べてコントラスト比を改善することが可能となる。これは上記の非特許文献１で開示及び説明された理由と同じ理由による。
【００２５】
さらに、本発明は、中間調を達成する仕方と同様にアクティブマトリックス・アドレッシングを用いることを含む。駆動電極のアレイ、各駆動電極へ接続されたスイッチ・デバイス、及び各画素を個々にアドレスする２つのアドレス線アレイを用いたアクティブマトリックス・アドレッシングは、例えばねじれネマチック(ＴＮ)又は垂直整列ネマチック(ＶＡ又はＶＡＮ)を用いた他の液晶効果を用いた既知の液晶表示装置を駆動する通常の技術である。しかしながら、それらの公知の液晶では、駆動電極へ印加される電圧を変動させることによる振幅変調を用いることによって中間調を提供しているが、同様にして振幅変調を用いることによってコレステリック液晶物質を駆動しても中間調を提供できないという重要な技術上の差異がある。それ故、中間調を達成するべく平面及びホメオトロピック状態を用いた駆動のためにアクティブマトリックス・アドレッシングをコレステリック液晶物質へ直接移転して中間調を達成することはできない。実際に、上記で参照された非特許文献１は、アクティブマトリックス・アドレッシングをコレステリック液晶物質へ応用する可能性を開示しているが、中間調を介在させることなく、明状態としての平面状態及び暗状態としてのホメオトロピック状態の使用可能性を開示しているだけである。
【００２６】
それにも関わらず、本発明では中間調を達成している。これは、アドレス線アレイの１つを高速で走査することによって達成される。ビデオ画像の場合、その速度はビデオ速度よりも速く、アレイ全体が各ビデオ期間内で複数回であるＳ回の走査によって走査される。静的画像の場合、アレイ全体は反復して走査される。そして、他のアレイへ印加されたアドレッシング信号は、画像データに応じて制御されるＳ回の走査の各一連のグループ内の相対回数の走査の間、平面状態又はホメオトロピック状態へ各画素を駆動する。言い換えれば、Ｓ回の走査が行われる各一連のグループ内で平面及びホメオトロピック状態の画素によって費やされる期間がビデオ画像データによって時間変調されることから時間変調が用いられる。Ｓ回の走査が行われるグループは、フリッカ値よりも高い速度で反復する。残像により観察者はＳ回走査のグループにわたる平均反射率を有するものとして画素を感知する。感知される反射率は画像データで変調される。平面及びホメオトロピック状態で費やされる相対時間は画像データと共に変動するので、感知される反射率が変動することによって異なる中間調が提供される。
【００２７】
ビデオ画像を用いたアプリケーションでは、本発明は平面及びホメオトロピック状態を使用してコレステリック液晶表示装置をビデオ速度で駆動し、比較的高いコントラスト比を有する中間調を提供することができる。
【００２８】
更に、そのような手法は画素のサイズによって制限されないことから、小さい画素サイズ及び大きい画素サイズの双方へ等しく適用可能である。そのようなものとして、液晶表示装置は、明るい周辺光情況、特に戸外において画像を提供することが可能となっている。
【００２９】
上記の利点にも拘わらず、表示装置は、アクティブマトリックス・アドレッシング構成で使用されるスイッチ・デバイスのスピードによって制限される。そのようなスイッチ・デバイスは、駆動電極を所望の電圧へ荷電するために有限時間を取る。これによって、走査中に第１アレイの各アドレッシング線へアドレッシング信号が印加される時間が下限値として設定される。これは、各グループ内の走査回数Ｓに上限値を設定する。代わって、これは達成され得る中間調の数に上限値を設定する。そのような制限にも拘わらず、本発明は、最も簡単な形態のアクティブマトリックス・アドレッシングを用いても、有用な製品を提供することができる。より少ない画素を第２の方向に有する製品は、より高い数の中間調を達成することができる。
【００３０】
大きな数の中間調又は画素アレイを達成するため、アクティブマトリックス・アドレッシング構成について更に多くの改善がなされている。次のとおりである。
【００３１】
第１の変形例では、第１アドレス線アレイがＮ個のアドレス線グループへ分割される。ここでＮは複数を表す。第２アドレス線アレイは、第２の方向にある駆動電極の全アレイの全域における駆動電極の各全並びに関してＮ個のアドレス線を備え、Ｎ個のアドレス線のそれぞれは、第１アレイのＮ個のグループのそれぞれのアドレス線に接続されたスイッチ・デバイスに接続し、第１アレイのアドレス線に印加されたアドレッシング信号は、第１アレイのＮ個のグループのアドレス線を並列に連続して走査する。
【００３２】
この変形例によると、第１アドレス線アレイは複数のグループへ分割され、各グループに接続されたスイッチ・デバイス及び駆動電極は、第２アレイ内の別々のアドレス線に接続する。これは、第１アレイのアドレス線の複数のグループの各々が並列に走査されることを可能にする。これは、駆動電極アレイ全体をアドレスするため連続的に走査されなければならないアドレス線の数を低減する。代わって、これは各グループ内で遂行されるアレイ全体の走査回数Ｓを増加し、達成可能な中間調の数を増加し、又は逆に、第２の方向におけるディスプレイの画素数の増加を可能にする。
【００３３】
一般的に、第１アドレス線アレイがグループへ分割される仕方は様々であるが、次のように特に有利な２つの手法が存在する。第１の手法では、第１アドレス線アレイが、第２の方向に分離された２つのアドレス線グループへ分割される。この場合、第２アドレス線アレイは、第２の方向にある全駆動電極のアレイ全域における駆動電極の各全並びに関して、第２の方向における駆動電極アレイの対側から延伸する２つのアドレス線を備える。この配置は、駆動電極アレイの対側から延伸した２つのアドレス線は交差する必要がないという利点を有する。これはアクティブマトリックス・アドレッシング構成の製造を簡単にする。
【００３４】
第２の手法では、第１アドレス線アレイが２つのアドレス線グループへ分割される。この場合、第２アドレス線アレイは、第２の方向にある全駆動電極アレイの全域における駆動電極の各全並びに関して、第１の方向における駆動電極の全並びの対側で延伸する２つのアドレス線を備える。この配置では、２つのアドレス線は交差しないという利点がある。なぜなら、それらのアドレス線は駆動電極の並びの反対側に伸びるからである。これはアクティブマトリックス・アドレッシング構成の製造を簡単にする。
【００３５】
第１及び第２の手法の各々において、グループ又はビデオ期間内で遂行される走査の数は２倍になる。もちろん、これらの手法の双方が組み合わされて適用されてよく、その場合、グループ又はビデオ期間内で遂行される走査の数は４倍になる。
【００３６】
アクティブマトリックス・アドレッシング構成の第２の変形例では、駆動電極が、Ｍ個の隣接した駆動電極グループに属するように配置される。ここでＭは複数を表す。Ｍ個の隣接した駆動電極の各グループに関して、Ｓ回の走査より成る各グループ内で画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、画像データのそれぞれの画素に従って、組み合わせられて制御される。
【００３７】
この場合、駆動電極のグループが画像データのそれぞれの画素に従って組み合わせられて制御されるという点で、時間変調に加えて空間変調が使用される。これは、各グループ内の画素が所与の時点で異なる状態にあることを可能にする。ユーザはＳ回の走査より成るグループの期間にわたって画素グループの平均反射率を感知する。これは画素データの各画素に関して追加の中間調を提供する。例えば、もし駆動電極のグループが、等サイズの２つの駆動電極から構成されていれば、中間調の数は２倍になる。代替的に、もし駆動電極のグループが、異なる面積を有する２つの駆動電極から構成されるならば、中間調の数は、２よりも大きい因子だけ増加されてよい。例えば、もし面積が、単一画素から達成可能な中間調の数Ｇと同じ比であれば、中間調の数はＧの因子だけ増加される。
【００３８】
上記で言及された２つの修正を組み合わせることによって、第１の方向に十分な数の画素を有し、また良好な画像品質を提供する十分な数の中間調を有するコレステリック液晶表示装置の駆動を提供できることが示される。このコレステリック液晶表示装置は、例えば、テレビ画像に適しており、他の液晶効果のために通常採用されるアクティブマトリックス・アドレッシング構成で現在達成可能なパラメータと同じパラメータを有するスイッチ・デバイスを使用する。こうして、本発明は、テレビとしての使用に適した表示装置を提供できることが分かる。
【００３９】
さらに、コレステリック液晶表示装置は、制御回路とは別個に製造されてよいことが注意される。したがって、本発明の更なる態様によれば、上記で説明されるコレステリック液晶表示装置は分離して提供される。
【００４０】
より良好な理解を可能にするため、添付の図面を参照し、非限定的な例として、これから本発明の実施形態を説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
図１は、後述するコレステリック液晶表示装置２４で使用される単一のセル１０を示す。セル１０は層構造を有し、個々の層１１〜１９の厚さは明瞭を目的として図１で誇張されている。
【００４２】
セル１０は２つの剛性基板１１及び１２を備え、これらの基板はガラス又は好ましくはプラスチックから作られる。
【００４３】
基板１１及び１２は、それらの内面上に、それぞれアドレッシング層１３及び１４を有する。これらの層は、下記で詳細に説明されるアクティブマトリクス・アドレッシング構成を提供するものである。アドレッシング層１３及び１４は、明瞭を目的として図１では連続層として示されるが、実際には、少なくともアドレッシング層１３は、下記で説明されるような様々なコンポーネントで形成される。
【００４４】
任意的に、各々のアドレッシング層１３及び１４は、それぞれ例えば二酸化シリコンの絶縁層１５及び１６又は可能性として複数の絶縁層で被覆される。
【００４５】
基板１１及び１２は、それらの間にキャビティ２０を画定する。キャビティ２０は、典型的には３μｍ〜１０μｍの厚さを有する。キャビティ２０は液晶層１９を含み、キャビティ２０の周辺に設けられた接着剤シール２１によって密封される。こうして、液晶層１９はアドレッシング層１３及び１４の間に配列される。
【００４６】
各々の基板１１及び１２には、更に、整列層１７及び１８のそれぞれが設けられる。これらの整列層１７及び１８は液晶層１９に隣接して形成され、アドレッシング層１３及び１４のそれぞれを覆い、絶縁層１５及び１６が設けられていた場合にはそれらを覆う。整列層１７及び１８は液晶層１９を整列及び固定する。整列層１７及び１８は通常ポリアミドから作られるものであって、そのポリアミドは任意的に一定方向にこすられてよい。こうして、液晶層１９は表面固定される。もっとも、液晶層１９は、例えばポリマー又はシリカ粒子マトリックスを使用して、代替的にバルク固定されてよい。この場合、平面状態における明るさを最適化するために、そのような固定化が用いられる。
【００４７】
液晶層１９はコレステリック液晶物質を備える。そのような物質は、反射率及び透過率が変動する幾つかの状態を有する。これらの状態は、非特許文献３で説明されるように、平面状態、焦点円錐状態、及びホメオトロピック(疑似ネマチック)状態である。非特許文献３は、文献として本明細書に組み入れられ、その教示は本発明に応用されてよい。
【００４８】
平面状態において、液晶層１９は入射する光の帯域幅を選択的に反射する。反射光の波長λはブラッグの法則、即ちλ＝ｎＰで与えられる。ここで、波長λは反射された波長であり、ｎは光から見た液晶物質の屈折率であり、Ｐは液晶物質のピッチ長である。よって、原理的には、ピッチ長Ｐを選択することによって、設計上の選択として任意の色が反射される。前述したように、当業者に知られているように、正確な色を決定する多数の因子が存在する。平面状態は液晶層１９の明るい状態として使用される。
【００４９】
平面状態における液晶層１９の反射率スペクトルは、緑光の反射を例として図２で示される。反射率スペクトルは、光の反射率が略一定である波長の中央帯域を有する。これは、液晶層１９のコレステリック液晶物質の複屈折に起因し、通常軸及び異常軸に対する異なる角度での光反射に対応する。各角度の光は異なる屈折率を体験し、これは異なる波長λの反射を引き起こす。
【００５０】
全ての入射光が平面状態で反射されるわけではない。下記で更に説明されるように、３つのセル１０を採用する典型的なフルカラー表示装置２４において、全反射率は典型的には３０％程度である。液晶層１９によって反射されない光は、液晶層１９を透過する。その後透過光は、下記で詳細に説明される黒層２７によって吸収される。
【００５１】
焦点円錐状態において、液晶層１９は、平面状態と比べて透過性を有しており、入射光を透過する。厳密に言えば、液晶層１９は小さい反射率、典型的には３〜４％程度の反射率で穏やかに光を散乱する。焦点円錐状態は、本発明の表示装置２４では使用されていない。
【００５２】
ホメオトロピック状態において、液晶層１９は、典型的には０．５〜０．７５％程度の反射率を有しており、焦点円錐状態よりもより透過性を有している。液晶層を透過した光は、下記で詳細に説明される黒層２７によって吸収される。この状態は平面状態よりも暗く感知される。本発明の表示装置２４は、液晶層１９の物質を平面状態又はホメオトロピック状態へ選択的に駆動する。暗い状態としてホメオトロピック状態を用いた場合、焦点円錐状態を用いた場合と比較して、コントラスト比を増加させる利点を奏する。
【００５３】
平面状態(および焦点円錐状態)は、駆動信号が液晶層１９へ印加されていない場合に持続する安定状態である。しかしながら、ホメオトロピック状態は安定でなく、したがってホメオトロピック状態の維持は駆動信号の継続印加を必要とする。
【００５４】
制御回路２２はアドレッシング層１３及び１４に信号を供給し、その後これらのアドレッシング層は、平面状態とホメオトロピック状態とを切り替えるべく液晶層１９の至るところに駆動信号を印加する。制御回路２２及び駆動信号の実際の形態は、下記で詳細に説明される。
【００５５】
図３は、セル１０Ｒ、１０Ｇ、及び１０Ｂの積み重ねを備える表示装置２４を示す。各々のセルは、図１で示された上述のセル１０である。セル１０Ｒ、１０Ｇ、及び１０Ｂは、それぞれ液晶層１９を有し、これらの液晶層１９は、それぞれ赤、緑、及び青色の光を反射するように配列される。よって、セル１０Ｒ、１０Ｇ、及び１０Ｂは、赤セル１０Ｒ、緑セル１０Ｇ、及び青セル１０Ｂとして参照される。赤セル１０Ｒ、緑セル１０Ｇ、及び青セル１０Ｂを選択的に用いることによって、フルカラーでの画像表示を可能にするが、一般的に、表示装置は１つのセルを用いて作られてもよく、また任意の数のセル１０を用いて作られてもよい。
【００５６】
図３において、観察者が置かれる側の表示装置２４の前方は最上部にあり、表示装置２４の後方は最低部にある。こうして、前方から後方へのセル１０の順序は、青セル１０Ｂ、緑セル１０Ｇ、及び赤セル１０Ｒである。この順序は非特許文献４で開示される理由から好適なものである。もっとも、原理的には、任意の他の順序が使用されてもよい。
【００５７】
セル１０Ｒ及び１０Ｇの隣接ペア並びにセル１０Ｇ及び１０Ｂの隣接ペアは、それぞれ接着層２５及び２６によってつなぎ合わせられる。
【００５８】
表示装置２４は黒層２７を有する。黒層２７は後方に配置され、具体的には、最も後方にある赤セル１０Ｒの後面に形成される。黒層２７は、黒い塗料の層として形成されてよい。使用中、黒層２７は、セル１０Ｒ、１０Ｇ、又は１０Ｂによって反射されない入射光を吸収する。よって、セル１０Ｒ、１０Ｇ、又は１０Ｂの全てがホメオトロピック状態へ切り替えられると、表示装置は黒く見える。
【００５９】
表示装置２４は、特許文献６に開示される装置と同様の種類のものである。特許文献６は文献として本明細書に組み込まれ、その教示は本発明に応用されてよい。
【００６０】
アドレッシング層１３及び１４は、液晶層１９の領域によって組成される複数の画素を駆動するアクティブマトリックス・アドレッシング構成を提供すべく次のように形成される。
【００６１】
アドレッシング層１３は、図４及び図５で示される様々なコンポーネントで形成される。図４は幾つかの画素を示す平面図であり、図５は単一の画素に関してアクティブマトリックス・アドレッシング構成部分の詳細平面図であり、図６は図５の線ＶＩ−ＶＩに沿って取られた断面図である。図４以降の図面は、明瞭を目的として表示装置２４の一部分の領域のみを図解する。一般的に、表示装置２４は任意の数の画素を備えてよく、図４以降の図面で示される組織は表示装置２４を横切って反復される。
【００６２】
アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、駆動電極３０のアレイを備える。各駆動電極は、透明な導電物質、典型的にはＩＴОから形成される。各駆動電極３０は、各画素を組成する液晶層１９の各部分を駆動する。駆動電極３０のアレイは、２次元の長方形アレイである。よって、駆動電極３０は、図４において２つの方向、即ち水平及び垂直方向に配列される。以下、駆動電極３０の水平の並びは行と呼ばれ、駆動電極３０の垂直の並びは列と呼ばれるが、この用語は表示装置２４の具体的な方向付けを意味するものではない。
【００６３】
もちろん、駆動電極３０は他の２次元アレイを用いて配列されてもよい。換言すると、駆動電極３０は、例えば各行が相互にずらされて配置されていても良く、または駆動電極３０は他の形状であってもよい。
【００６４】
アドレッシング層１４は、共通電極として、駆動電極３０のアレイ全体を横切って延びる連続層として、すなわち全ての画素の全域を延伸する連続層として形成される。
【００６５】
原理的には、セル１０は、表示装置２４においてアドレッシング層１３及び１４のいずれか一方が前方近くに配列されてよいが、通常、アクティブマトリックス・アドレッシング構成を形成するアドレッシング層１３が後方近く配列される。
【００６６】
アドレッシング層１３は、駆動電極３０のそれぞれに接続された薄膜トランジスタ３１と共に形成される。なお、駆動電極３０は、トランジスタ３１が位置する切除領域を例外として長方形の形状である。トランジスタ３１はスイッチ・デバイスとして作用する。
【００６７】
各々の薄膜トランジスタ３１は、アドレッシング層１３において次のように配置される。基板１１の表面上に、トランジスタ３１のゲート８０が設けられる。ゲートは金属又は他の導体から形成される。ゲート８０は、絶縁物質、典型的にはＳｉＮから作られた第１のパッシベーション層８１によって覆われ、アドレッシング層１３の一部を形成する。第１のパッシベーション層８１上には、典型的にはＳｉである半導体物質のボディ８２が形成される。ボディ８２は、チャネル８１の最上部に形成されたドープ層８３を有する。チャネル８１は中央凹所８４を有し、中央凹所８４はゲート８０と整列してドープ層８３を通って伸び、半導体物質のボディ８２の中でチャネルを形成する。電流は動作中にチャネルを流れる。半導体物質のボディ８２及びチャネルの一端にあるドープ層８３上には金属又は他の導体からなるソース８５が形成される。半導体物質のボディ８２及びチャネルの他端にあるドープド層８３上には、同じく金属又は他の導体からなるドレイン８５が形成される。トランジスタ３１は第２のパッシベーション層８７によって覆われる。第２のパッシベーション層８７は、絶縁物質、典型的にはＳｉＮからなり、アドレッシング層１３の一部を形成する。駆動電極３０は、第２のパッシベーション層８７を通って伸びる接点８８によってドレイン８６へ接続される。図６で示されるトランジスタ３１の組成は、「ボトムゲート（ｂｏｔｔｏｍ−ｇａｔｅ）」組成であるが、「トップゲート（ｔｏｐ−ｇａｔｅ）」組成が用いられても良い。
【００６８】
アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、更に、アドレス線３２の第１のアレイ及びアドレス線３３の第２のアレイを備える。
【００６９】
第１のアレイのアドレス線３２は、図４において水平であって、駆動電極３０の各行の間を延伸している。アドレス線３２は、駆動電極３０のそれぞれの行に沿って全てのトランジスタ３１のゲート８０へ接続される。アドレス線３２は、金属又は他の導体から作られ、典型的には、トランジスタ３１のゲート８０と同じプロセス・ステップで堆積される。こうして、駆動電極３０の行の１つに沿う全てのトランジスタ３０は、それぞれのアドレス線３２にアドレッシング信号を印加することによって、開放及び閉鎖されることが可能となる。
【００７０】
第２のアレイのアドレス線３３は、図４において垂直であって、駆動電極３０の各列の間を延伸する。アドレス線３３は、駆動電極３０のそれぞれの列に沿って全てのトランジスタ３１のソース８５に接続される。アドレス線３３は金属又は他の導体から作られ、典型的には、トランジスタ３１のソース８５と同じプロセス・ステップで堆積される。こうして、アドレス線３３へ印加されたアドレッシング信号は、駆動電極３０に接続されたトランジスタ３１を介して駆動電極３０を荷電する。トランジスタ３１は、第１のアレイのアドレス線３２に印加されたアドレッシング信号によって閉鎖される。
【００７１】
概観すれば、トランジスタ３１のそれぞれは、第１アレイのアドレス線３２及び第２アレイのアドレス線３３を一意に組み合わせることによって、個々にアドレス可能である。アドレッシング信号の性質は下記において更に説明される。
【００７２】
追加的に、各々の駆動電極３０へ接続されたキャパシタ３４が存在する。キャパシタ３４は、更に、キャパシタ３４が接続された駆動電極３０とは異なる駆動電極３０の行に関して、第１のアレイのアドレッシング線３２へ接続される。
【００７３】
アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、基本的には、他の液晶効果、例えば、ねじれネマチック(ＴＮ)又は垂直整列ネマチック(ＶＡ又はＶＡＮ)を用いた表示装置で一般的である構造と同様の構造を有する。トランジスタ３１は非晶質シリコン(ａ−Ｓｉ)トランジスタであってよい。よって、アクティブマトリックス・アドレッシング構成は、通常の手法を使用して製造されてよい。主な改善点は、トランジスタ３１のパラメータ、例えば、物質の厚さが最適化され、より高い大きさの駆動信号、即ちねじれネマチック液晶物質の約５Ｖに対して典型的には５０〜６０Ｖ程度の駆動信号で、駆動電極３０を荷電することである。
【００７４】
アクティブマトリックス・アドレッシング構成では、薄膜トランジスタ３１をスイッチ・デバイスとして採用するが、他の種類のスイッチ・デバイスであって、例えばＭＩＭスイッチを用いることも可能である。
【００７５】
以下において、制御回路２２について詳細に説明する。最初に、ビデオ画像を表示パネル１０上で表示する場合を説明する。
【００７６】
制御回路２２は、更に図７において図示される。なお、図７では、アドレス線３２及び３３の第１及び第２のアレイが単一の線として概略的に示されている。制御回路２２は、プリント回路基板であるビデオ・ボード４１上に取り付けられたＣＰＵユニット４０によって形成される。ビデオ・ボード４１は電力供給ユニット４２から電力を受け取る。具体的には、ビデオ・ボード４１はＣＰＵユニット４０へ供給される５Ｖ供給電力４５及び６０Ｖ供給電力４６を受け取る。
【００７７】
ＣＰＵユニット４１は、ビデオ画像を表すビデオ画像データを画像源４３から受け取り、それをリアルタイムで処理する。ビデオ画像データは連続ビデオ期間にビデオ速度で更新され、典型的にはＬＣＤフォーマット又はＬＶＤＳフォーマットである。ビデオ速度はＣＰＵユニット４１によって変更されてよい。ビデオ画像データに応じて、ＣＰＵユニット４１は、アドレッシング信号をアドレス線３２の第１のアレイへ供給する行ドライバ回路４７、及びアドレッシング信号をアドレス線３３の第２のアレイへ供給する列ドライバ回路４８を制御する。これらのアドレッシング信号は、セル１０Ｒ、１０Ｇ、及び１０Ｂのそれぞれの画素をアドレスし、駆動電極３０に対して駆動信号を生成する。その結果駆動電極３０は、各画素の液晶物質を適切な反射率を有する状態に切り替えることによって、表示装置２４に画像を表示させる。
【００７８】
以下において、図８Ａ〜図８Ｃを参照して、アドレッシング信号及び駆動電極３０における結果の駆動信号の形態を説明する。
【００７９】
アドレッシング信号は第１のアレイのアドレス線３２へ印加され、アドレス線３２を連続的に走査する。図８Ａには、単一のアドレス線３２に対するアドレッシング信号の例が示されている。アドレッシング信号は持続時間ＴＡＤＤＲのアドレッシング・パルス５０の形態を取る。持続時間ＴＡＤＤＲは、対象となるアドレス線３２に接続されたトランジスタ３１の全てをオンに切り替える(即ち、閉鎖する)のに十分な大きさである。アドレッシング・パルス５０の外側では、アドレッシング信号は低レベル(典型的には０Ｖ)であり、これは対象となるアドレス線３２に接続されたトランジスタ３１をオフに切り替える(即ち、開放する)。同じ形態のアドレッシング信号が各アドレス線３２へ印加され、ずらされたパルスが各アドレス線３２を連続的に走査する。パルスは期間ＴＡＭ後に反復される。なお、アドレス線３２の第１のアレイは、期間ＴＡＭにおいてすべて走査される。こうして、Ｒを画素の行数、したがって第１のアレイにおけるアドレス線３２の数とすれば、
ＴＡＤＤＲ≦ＴＡＭ／Ｒ                                              (１)
【００８０】
アドレス線３２の第１のアレイの全体走査は反復され、各々のビデオ期間ＴＦにおける複数のＳ回の走査を提供する。したがって、
ＴＡＭ＝ＴＦ／Ｓ                                                   （２）
【００８１】
こうして、アドレッシング・パルスの持続時間ＴＡＤＤＲは、次式によってビデオ期間に関連づけられる。
ＴＡＤＤＲ≦ＴＦ／(Ｒ．Ｓ)                                         （３）
【００８２】
各行が、第１のアレイのアドレス線３２に印加されたアドレッシング信号によって走査されるにつれて、アドレッシング信号が第２のアレイのアドレス線３３へ印加され、各行の画素をアドレスする。こうして、各アドレス線３３へ印加されるアドレッシング信号は、持続時間ＴＡＤＤＲの期間ごとに更新される。アドレス線３３の各々へ印加されるアドレッシング信号のそれぞれは、第１のアレイのアドレス線３２へ印加されるアドレッシング信号によって閉鎖されているトランジスタ３１を介して、対応する画素を平面状態又はホメオトロピック状態へ駆動するのに十分な大きさの駆動信号で駆動電極３０を荷電するのに十分な大きさの駆動パルスの形態を取る。
【００８３】
画素をホメオトロピック状態へ駆動するためには、駆動電極３０上の所望の駆動信号は、比較的高い振幅の駆動パルスである。これを達成するため、アドレス線３２へ印加されるアドレッシング信号は、正の振幅のパルスである。
【００８４】
一般的に、駆動パルスの最適振幅は、使用される実際の液晶物質、液晶層１９の厚さなどのセル１０の構成、および温度などの他のパラメータのような多数のパラメータに依存して変動する。コレステリック液晶表示装置において慣例であるように、振幅は、任意の表示装置２４について実験的に最適化される。一般的に、駆動パルスは５０Ｖ〜６０Ｖの振幅を有してよいものである。アドレス線３２へ印加されるアドレッシング信号は、同じ振幅のパルスであり、駆動電極３０を荷電して駆動パルスを印加する。
【００８５】
画素を平面状態へ駆動するためには、駆動電極３０に対する所望の駆動信号は、低振幅であって、好ましくは０Ｖであるかそれに近い信号である。これを達成するため、アドレス線３２へ印加されるアドレッシング信号は、そのような低い振幅のパルスである。
【００８６】
第１のアレイの所与のアドレス線へ印加されたアドレッシング信号が除去された後、それに接続されたトランジスタ３１は閉鎖され、駆動電極３０上に現れる電圧は駆動電極３０へ接続されたキャパシタ３４によって維持され、その結果走査持続時間ＴＡＭの残りの間、画素を横断する駆動信号が維持される。
【００８７】
図８Ｂ及び図８Ｃに例が示される。図８Ｂは、第２のアレイの単一のアドレス線３３へ印加されるアドレッシング信号を示し、画素の異なる行が走査される持続時間ＴＡＤＤＲの様々な期間において、画素をホメオトロピック状態へ駆動する駆動パルスでそれぞれの駆動電極３０を荷電する高振幅パルス５１、及び画素を平面状態へ弛緩させる駆動パルスでそれぞれの駆動電極３０を荷電する低振幅パルス５２を含む。図８Ｃは、それぞれ図８Ａ及び図８Ｂのアドレッシング信号を受け取るアドレス線３２及び３３によってアドレスされる単一の駆動電極３０に生じた駆動信号を示す。
【００８８】
持続時間ＴＡＭの第１の走査において、第１のアレイのアドレス線３２が図８Ａの駆動パルス５０によって走査される間、図８Ｂで示されたアドレス線３３へ印加されたアドレッシング信号は高振幅パルス５１である。これは、持続時間ＴＡＭの全走査の間維持される高電圧へ駆動電極３０を荷電する。
【００８９】
持続時間ＴＡＭの第２の走査において、第１のアレイのアドレス線３２が図８Ａの駆動パルス５０によって走査される間、図８Ｂに示されるアドレス線３３へ印加されるアドレッシング信号は低振幅パルス５２である。これは、持続時間ＴＡＭの全走査の間維持される低電圧へ駆動電極３０を放電する。正味の効果として、駆動電極３０上に現れる駆動信号は、持続時間ＴＡＭの第１の走査において画素をホメオトロピック状態へ駆動する駆動パルス５３及び持続時間ＴＡＭの第２の走査において画素を平面状態へ駆動する低振幅パルス５４である。
【００９０】
図８Ｃで示されるように、任意の所与の駆動電極へ印加される駆動パルス５３は単極パルスである。一般的に、パルスをＤＣ均圧することによって、時間経過に伴いその特性を劣化させる液晶層１９の電解を制限することが好ましい。そのようなＤＣ均圧は、連続ビデオ期間中に極性を交代するパルスを用いて達成されてよい。
【００９１】
第２のアレイのアドレス線３３に印加されるアドレッシング信号は、画素に対するビデオ画像データに応じて、それら画素に関して制御される。具体的には、所与の画素に関するアドレッシング信号は、ビデオ期間内のＳ回の走査にわたって制御され、画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数は、ビデオ画像データに従って制御される。平面及びホメオトロピック状態の画素によって費やされる期間は、ビデオ画像データで時間変調される。ビデオ速度がフリッカ値よりも上になると、残像に起因して、観察者はビデオ期間の平均反射率である反射率を有するものとして画素を感知する。こうして、感知された反射率はビデオ画像データで変調される。
【００９２】
ビデオ期間の持続時間ＴＦを十分に短くして、画素がホメオトロピック状態と平面状態との間を交番するときの画素のフリッカを最小にすることが望ましい。ビデオ期間は通常最大でも５０ｍｓであって、より望ましくは最大３０ｍｓであり、典型的には２０ｍｓ程度である。
【００９３】
平面及びホメオトロピック状態で費やされる時間は変動するので、感知された反射率は変動して異なる中間調を与えることとなる。
【００９４】
駆動電極上の駆動信号に関して、駆動スキームは特許文献５で開示された駆動スキームと同じ基礎を有する。特許文献５の開示は本発明へ応用されてよく、その内容は文献として本明細書に組み入れられている。
【００９５】
最小反射率を提供するため、駆動電極３０の駆動信号は、ビデオ期間全体にわたって画素をホメオトロピック状態へと駆動し、したがって弛緩期間は存在しない。これは必須ではなく、各ビデオ期間に弛緩期間が存在していてもよいが、そのような弛緩期間は中間調の数を低減し、更には最小反射率及びコントラスト比を低減するため、好ましくはない。
【００９６】
最大反射率を提供する上では制限がある。この制限は、画素をホメオトロピック状態へ駆動するため駆動電極３０へ印加される駆動パルス５３について、有効最小持続時間が存在するということである。有効最小持続時間は、コレステリック液晶が平面状態からホメオトロピック状態へ遷移し、次に平面状態へ弛緩して戻る遷移に取られた時間に対応する。通常、有効最小持続時間は２〜３ｍｓ程度である。これは、任意の所与のセル１０について実験的に決定することが可能であり、その実際の値は、温度、使用される電圧、及び液晶層の厚さや例えば粘度、弾性定数、及び誘電異方性などの液晶物質の特性などのセルのパラメータに依存する。もし駆動パルスがこの有効最小持続時間よりも短い持続時間を有するならば、ホメオトロピック状態に到達することはできず、その代わりに、画素は平面状態領域と焦点円錐状態領域との混合である安定状態へ駆動される。画素はこの安定状態に維持され、ホメオトロピック状態及び平面状態の双方を活用した駆動スキームによって達成される最大平均反射率よりも低い反射率を有する。
【００９７】
よって、画素をホメオトロピック状態へ駆動するため駆動電極３０へ印加される駆動パルス５３の持続時間は、有効最小持続時間よりも上に維持される。走査の持続時間ＴＡＭが有効持続時間よりも大きい場合、これは単一の走査にも当てはまる。例えば、２１ｍｓのビデオ期間ＴＦについて、もし走査回数Ｓが４又は８であれば、走査持続時間は５．３ｍｓ又は２．６ｍｓであり、多くのセル１０について有効最小持続時間よりも上にある。この場合、最高中間調に対応する最も明るい状態を達成するため、画素はビデオ期間ＴＦの全体で平面状態へ駆動される。こうして、明レベル及び暗レベルを含む中間調の数は(Ｓ＋１)となる。
【００９８】
走査の持続時間ＴＡＭが有効最小持続時間よりも小さい場合、駆動パルス５３は単一の走査ほど短くなることができず、複数回の走査の間維持されなければならない。これは、平面状態反射率と有効最小持続時間の間駆動されるときの画素反射率との間の反射率を達成できないことを意味する。したがって、中間調反射率の線形性を維持するためには、この場合、最高中間調に対応する最も明るい状態を達成するためには、画素はビデオ期間ＴＦの全体にわたって平面状態へ駆動されず、その代わりに、最小有効持続時間を達成するのに十分な走査の間、ホメオトロピック状態へ駆動される。例えば、２１ｍｓのビデオ期間ＴＦの間、もし走査回数Ｓが１６であれば、走査の持続時間は１．３ｍｓであり、最も明るい中間調は２つの走査の駆動パルスを用いて２．６ｍｓの最小有効持続時間を達成する。同様に、２１ｍｓのビデオ期間ＴＦの間、もし走査回数Ｓが３２であれば、走査の持続時間は０．６６ｍｓであり、最も明るい中間調は４つの走査の駆動パルスを用いて２．６ｍｓの最小有効持続時間を達成する。これは２つの効果を奏する。第１に、中間調の数は(Ｓ＋１−Ｌ)の値へ低減される。ここで、Ｌは最小有効持続時間を達成するのに要求される走査数である。第２に、最高中間調の明るさは、一般的に平面状態の明るさの約６５〜７０％へ低減される。これは表示装置２４のコントラスト比を低減するが、それにも拘わらず依然として、暗状態としての安定な焦点円錐状態へ駆動して達成可能なコントラスト比よりも高いコントラスト比を達成することができる。
【００９９】
単一の駆動電極上の駆動信号は、通常、単一の駆動パルス５３から成り、このパルスは各ビデオ期間ＴＦにおいて画素をホメオトロピック状態へ駆動する。なお、これに代えて駆動信号は複数の駆動パルス５３を備えてよく、これらのパルスは各ビデオ期間ＴＦで画素をホメオトロピック状態へ駆動するが、上述のように、各駆動パルス５３は有効持続時間よりも長くなければならないという制限がある。各ビデオ期間内で駆動パルス５３の数を増加することは、観察者によるフリッカ感知を低減する利点を有する。なぜなら、ホメオトロピック及び平面状態で費やされる期間は、残像と比べて低減するからである。これは、各ビデオ期間内の駆動パルス５３の数の増加が色域を変化させるという有害効果に対して、釣り合わせられなければならない。この影響が生じる理由は、ホメオトロピック状態から安定平面状態への画素の弛緩が複雑なプロセスであり、安定平面状態のピッチ長の約２倍を有する準安定遷移平面状態を介して進行するからである(実際には、遷移平面テクスチャのピッチは、Ｋ３３／Ｋ２２ｘ最終平面状態ピッチに等しい。ここでＫ３３は液晶曲げ弾性率であり、Ｋ２２はねじれ弾性率である)。これはそれ自体において知られており、例えば非特許文献５及び非特許文献６で説明されている。増加されたピッチ長は、遷移平面状態が存続する間、反射光の色が異なることを意味し、安定平面状態へ弛緩する間、画素の色域を変化させる。この影響は、各ビデオ期間内の駆動パルス５３の数が増加するにつれて増加し、したがって遷移平面状態で費やされる期間は、ビデオ期間の持続時間と比べて増加する。
【０１００】
こうして、表示装置２４は、暗状態としてホメオトロピック状態を用いることにより、複数の中間調を有するビデオ画像の表示を可能にする駆動手法を用いた高コントラスト比を提供する。これは有利であるが、表示装置２４は、駆動電極３０を要求電圧へ荷電するための有限時間を取るトランジスタ３１の速度によって制限される。これは、アドレッシング信号が走査中に第１のアレイの各アドレス線３２へ印加される時間ＴＡＤＤＲに下限を置く。所与のビデオ期間ＴＦ及び画素の行数Ｒについて、これは走査回数Ｓ、したがって上記の式（３）に従って達成される中間調の数に上限を置く。ディスプレイの画素が少ない方向において走査が起こる場合、走査数の上限は高くなる。これは通常行方向であるが、幾つかのディスプレイにおいては列方向であり、この場合画素列が走査される。この制限にも拘わらず、アクティブマトリックス・アドレッシングの最も簡単な形態を有する有用な製品を提供することができる。
【０１０１】
画素の数が第２の方向において少ない製品は、高い数の中間調を達成することができる。典型的な控えめのパラメータに基づく１つの例は次のとおりである。この例は、他の液晶効果に基づく液晶表示装置の現在のアクティブマトリックス・アドレッシング構成に使用されるアレイ大量生産製造プロセスと同じプロセスを用いて、何が達成されるかの指摘を与える。トランジスタ３１の所与のプロセス及び設計について、更なる最適化が十分に可能であり、より良好な性能が達成される。
【０１０２】
トランジスタ３１の３つの重要なパラメータは、移動度(ここでは０．３ｃｍ２／Ｖｓを取る)、チャネル長(ここでは６μｍを取る)、及び金属バス・バー、即ち行／列抵抗率(ここでは０．２Ω／平方を取る)である。さらに、十分に荷電していない画素から生じる電圧誤差は、液晶表示装置の現在のアクティブマトリックス・アドレッシング構成よりもはるかに大きくなると仮定する。２Ｖまでの誤差は許容可能であると仮定する。薄膜トランジスタの設計において、要求電圧に的中する画素電圧の取得は困難であり、或る公差が許される。コレステリック液晶物質を駆動する場合、公差は相当に大きくてよい。なぜなら、画素をホメオトロピック状態へ駆動することを保証することだけが必要だからである。これらのパラメータを用いることによって、約１２．５μｓの最小画素アドレッシング時間(即ち、持続時間Ｔａｄｄｒの下限)が与えられる。この荷電時間と共に、２１ｍｓの一般的なビデオ期間及び２ｍｓ〜２．５ｍｓの一般的な最小有効持続時間を達成するために要求される走査数Ｌを考慮して、行数Ｒ及び走査回数Ｓ、したがって中間調の数Ｇの可能な組み合わせが、次の表に記述される。
【表１】
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【０１０３】
より大きな数の中間調又は画素行を達成する多くの方法が、次のように存在する。
【０１０４】
１つの可能性は、駆動電極３０の一層高速な荷電を可能にするトランジスタ代替技術を使用することである。薄膜トランジスタ(ＴＦＴ)の３つの主なスイッチ技術が存在する。即ち、非晶質シリコン(ａ−Ｓｉ)、多結晶シリコン(ｐ−Ｓｉ)、及び単結晶シリコン(ｘ−Ｓｉ)である。これを達成するためには、ａ−Ｓｉよりも高い移動度を有するｐ−Ｓｉ又はｘ−Ｓｉが使用されてよいが、これらの物質は高価である。
【０１０５】
将来的には、トランジスタ３１を作るプリント又は被覆プロセスが利用可能となって、コストを低減することが望まれる。これは、蒸着やフォトリソグラフィや製造プロセスでの堆積無用物質を除去するエッチングの必要性を取り去るであろう。通常のプロセスでは、この種の４〜６ステップが要求され、シリコン・ベースのトランジスタを高価にする。これは、トランジスタ３１で他の物質を使用することを可能にするであろう。しかしながら、現在、離散区域へのプリントによって堆積されるポリマー・ベースのトランジスタはずっと低い移動度を有し(上記離散区域は、エッチング・プロセスによって達成可能な区域よりもずっと大きい)、したがって現時点で有用になる見込みはない。もちろん、トランジスタ３１内の物質は半導体コンポーネント(例えば、シリコン)だけでなく、導電性及び絶縁性物質もある。低コスト・プリント・プロセスを利用するためには、プリント・トランジスタ内の上記導電性及び絶縁性物質も適応しなければならない。これは、プリント可能な導体及び絶縁体も要求され、これらが、ここで要求される高い電圧と一緒に動作しなければならないことを意味する。現在、そのような物質は未発達であるが、もし希望どおりに開発されるならば、トランジスタ３１へ応用されてよい。
【０１０６】
他の可能性は、画素内ディジタル回路を使用することである。原理的には、ディジタル・カウンタ又はＮ対２Ｎ線デコーダを画素内に含めることが可能であろう。駆動パルスの必要持続時間に対応するディジタル・データがカウンタへロードされ、カウンタはその期間中に画素を駆動する。しかしながら、３２レベル(５ビット)を達成するだけでも、何十というトランジスタ及び多数の関連相互接続配線を必要とする。原理的には、これを大きな画素へ当てはめることは可能であろうが、小さな画素、例えば１ｍｍよりも小さい画素には不適切である。そのようなアプローチは、一般的に約０．５ｍｍの画素を必要とする消費者型テレビにおいて、不適切である。さらに重要な問題は、そのような回路を実現するためには、安定なトランジスタを必要とすることである。多結晶Ｓｉのみが必要な安定性を提供することができる。ａ−Ｓｉトランジスタ又はポリマー・トランジスタは、簡単なＡＭアドレッシングには適しているが、長期間オンである状況では不安定であり、回路内の幾つかのトランジスタは、そのような状態によって悪影響を受けるであろう。更に、ＣＭОＳ回路をこれらの技術で作ることはできない。なぜなら、ＣＭОＳ回路はｎ型又はｐ型トランジスタのみを提供しており、双方を提供していないからである。ＮＭОＳ又はＰＭОＳで必要な回路を作ることは、ＣＭОＳよりも複雑であり、回路は多くの電力を消費する。
【０１０７】
他の可能性は、画素内アナログ回路を使用することである。原理的には、アナログ・アプローチに基づいて回路を設計することができる。例えば、キャパシタを可変電圧へ荷電し、一度キャパシタ電圧が或るレベルに達すると、トランジスタが状態を切り替える回路内でキャパシタに放電させ、可変電圧を可変時間へ変換させる。しかしながら、そのような回路は、コンポーネント、例えば、キャパシタ(問題は少ない)、抵抗器(大きな問題)、及びトランジスタ(重要な問題)について、高水準の均一性を必要とする。更に、もしそのような画素がａ−Ｓｉ又はポリマー・トランジスタで作られたとすれば、前述した安定性の問題がここで当てはまる。
【０１０８】
しかしながら、ここでアクティブマトリックス・アドレッシング構成への２つの変形例を説明する。これらの変形例は実現するのに簡単であり、より多数の中間調又は画素行を達成することができる。
【０１０９】
第１の変形例は、アドレス線３２の第１のアレイを、並列に走査される複数のグループへ分けることを含む。これは、アレイ全体を走査するために取られる時間ＴＡＭを低減し、持続時間ＴＦの単一ビデオ期間内に当てはめられる走査回数Ｓを増加する。これを達成するため、アドレス線３３の第２のアレイは、図４に示される配列と比べて変形され、第１のアレイのアドレス線３２の各グループに接続される分離アドレス線３３を含む。以下において、製造するのに簡単なアドレス線のレイアウトを有する第１の変形例を実現する２つの配列を説明する。
【０１１０】
第１の配列は図９に示される。第１のアレイのアドレス線３２は、列方向に分離された２つのグループ６０及び６１へ分割され(即ち、行方向の概念的分割線によって分離され)、各グループ６０及び６１は、同数のアドレス線３２を有する。それ故、第２のアレイのアドレス線３３は、図４と比べて、第１のアレイのアドレス線３２の２つのグループ６０及び６１の間にある同じ概念的分割線に沿って列方向に分割することによって変更される。結果として、第２のアレイのアドレス線３２は、列方向における画素の各並びに関して２つのアドレス線を備え、２つのアドレス線は列方向で駆動電極３０のアレイの対側から延伸し、各アドレス線は第１のアレイのアドレス線３２のグループ６０及び６１の１つへ接続される全てのトランジスタ３１へ接続される。第２のアレイには追加のアドレス線３３が存在するが、それらは駆動電極のアレイの反対側から伸びるので、規格外のアドレス線が相互に交差する必要はない。これは製造を簡単にする。
【０１１１】
さらに、第２のアレイのアドレス線３３を、列方向に分離された２つのグループへ同じように分割することが(追加的又は代替的に)可能である。これは、走査のスピードアップを助けないが、行が半分の長さになるので荷電時間が短くなり、行メタライゼーションの所与の抵抗に対して、より大きな対角線のディスプレイを達成できることを意味する。
【０１１２】
第２の配列は図１０に示される。第１のアレイのアドレス線３２は、行方向で織り交ぜられる２つのグループ６２及び６３へ分割される。各々のグループ６２及び６３は、同数のアドレス線３２を有する。第２のアレイのアドレス線３３は、図４と比べて、列方向における画素の各並びに関して２つのアドレス線３２を提供することによって変形されており、２つのアドレス線は、列方向に延伸した駆動電極３０の並びの行方向において対側で延伸する。各列に対する２つのアドレス線の各々は、第１のアレイのアドレス線３２のグループ６２及び６３の１つへ接続される全てのトランジスタ３１へ接続される。第２のアレイには追加のアドレス線３３が存在するが、それらは駆動電極３０の列の反対側で延伸するので、規格外のアドレス線３３が相互に交差する必要はない。これは製造を簡単にする。この第２の配列の欠点は、駆動電極の隣接した列の各ペアの間に２つのアドレス線３３を設けて、行方向での画素の分離を増加させる必要があることである。隣接したアドレス線３２は、更に、あまりに接近している場合には、歩留まりを低減する製造上の難点を作り出す。アドレッシング電極３２の２つのグループ６２及び６３は織り交ぜられる必要はなく、その代わりに、アドレッシング電極３２の第１のアレイが任意のやり方で分けられてよい。
【０１１３】
図９及び図１０の２つの配列の各々では、アドレス線３２の等しいサイズの２つのグループが存在するので、持続時間ＴＦの単一ビデオ期間内に当てはめられる走査回数Ｓは２倍にされる。所与の最小画素アドレッシング時間に対して、これは中間調の数及び画素の数の積を約２倍にする(ホメオトロピック状態へ駆動する駆動パルスの最小持続時間によって課される制限に従って)。
【０１１４】
図９及び図１０におけるアドレス線３２の分割方法は、組み合わせられてよく、持続時間ＴＦの単一ビデオ期間内に当てはめられる走査回数Ｓは４倍にされる。所与の最小画素アドレッシング時間に対して、これは中間調の数及び画素の数の積を約４倍にすることができる。
【０１１５】
図９又は図１０(又は組み合わせ)の修正された配列を動作させるため、２つのグループ６０及び６１又は６２及び６３(又は、組み合わせの場合には、全部で４つのグループ)が、制御回路によって並列に走査される。アドレッシング信号の形態は同じであるが、各々のグループ６０及び６１又は６２及び６３へアドレッシング信号が同時に印加されることが異なる。これは実現するのに簡単であるが、２倍(又は、組み合わせの場合には４倍)の数の列ドライバ回路４８を制御回路２２に含めることが必要であり、対応するコストが増加する。また、到着するビデオ画像データを保持する余分のフィールド記憶装置を必要とする。なぜなら、アドレス線３２のグループ６０及び６１又は６２及び６３が並列に駆動され、各グループ６０及び６１又は６２及び６３のデータが同時に利用可能でなければならないからである。
【０１１６】
第２の変形例は、単一のビデオ画素に従って制御される行方向の個々の画素をＭ個の画素から成るグループへ分けることによって、図４で示される配列を変更することである。ここでＭは複数を表す。グループ内の各画素は、図５で示されるアドレッシング構成と同じアドレッシング構成を有し、グループ内の各画素は同時に駆動される。こうして、各画素はそれ自身の駆動電極３０を有し、第２のアレイ内の分離したアドレス線３３によってアドレスされる。こうして、駆動電極３０はＭ個の駆動電極３０のグループとして配列されると考えられる。
【０１１７】
この変更は、駆動電極の数及び第２のアレイのサイズをＭの因子だけ増加させ、第１の変形例について上記で説明したように、制御回路２２に同じ変更を強要する。グループの個々の画素は十分に小さいので、観察者は画素の全グループについて平均反射率を感知する。これは、ビデオ画像データの単一ビデオ画素が画素グループによって表示されることを可能にし、上記で説明した時間変調に加えて空間変調を使用する中間調を達成する。
【０１１８】
したがって、制御回路２２は、ビデオ画像データの単一ビデオ画素に従って、画素の各グループを組み合わせて駆動するようにアドレッシング信号を制御する。具体的には、アドレッシング信号はビデオ期間内でＳ回の走査にわたって制御され、グループの画素の各々が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数が、ビデオ画像データのビデオ画素に従って、相互との関係で制御される。これは、空間変調及び時間変調の組み合わせを理由として、達成される中間調の数を増加させる。こうして、画素のグループはビデオ画素の副画素として考えられてよい。
【０１１９】
駆動電極３０、したがって単一グループ内の画素を形成する２つの方法が、図１１及び図１２で示される。
【０１２０】
図１１は、等しい面積の２つの駆動電極３０のグループ７０を示す。この場合、中間調の数は２倍にされる。一般的に、等しいサイズの駆動電極３０がＭ個存在する場合、中間調の数はＭの因子だけ増加される。
【０１２１】
図１２は、異なる面積を有する２つの駆動電極３０から成るグループ７１を示す。これらの異なる面積は、単一の画素から達成可能な中間調の数Ｇの比を有する。ここで、Ｇは近似的にＳであるか、より厳密には(Ｓ＋１−Ｌ)である。この場合、中間調の数はＧ２の値、即ち、Ｇの因子によって増加される。この理由は、より小さい画素の駆動の時間変調によって達成可能な中間調の全範囲が、より大きい画素の駆動の時間変調によって達成可能な中間調の各々の１つと組み合わせて使用されてよいためである。一般的に、この比のサイズの連続駆動電極３０がＭ個存在する場合、中間調の数はＧＭの値、即ち、Ｇ(Ｍ−１)の因子によって増加される。
【０１２２】
グループの画素を形成するこれらの方法は、例示であり、異なる面積比を有する他の配列が使用されてよい。例えば、明るさの「質量中心」が中間調と共に推移しない配列が実際に使用されてよい。
【０１２３】
第２の変形例は、第１の変形例と組み合わせて適用されてよい。アドレス線３２を４つのグループへ分ける第１の型の修正、及びＭ又はＧ(Ｍ−１)の因子によって達成可能な中間調の数の増加を達成する第２の型の修正の双方を適用することによって、上記の表で与えられる行数Ｒ及び中間調数Ｇの数字は、顕著な改善が達成される。具体的には、それは、テレビとして使用するのに十分な解像度及び十分な中間調数を有するディスプレイを提供することできる。テレビは、典型的には、４００以上の程度の行及び６４程度の中間調を必要とする。これは、ａ−Ｓｉ技術を用いて現在達成できるパラメータと同じパラメータを有するトランジスタ３１の技術を使用する場合でもそうである。
【０１２４】
制御回路２２は、表示パネル上にビデオ画像を表示する場合を上記で説明したが、制御回路２２は、表示パネル上に静的画像を表示する場合に等しく応用可能である。静的画像の場合、画像源から供給される画像データは静的画像を表す。これは、画像データが連続ビデオ期間内で更新されないことを意味する。制御回路２２は、基本的には、上記で説明された方法と同じ方法で動作するが、例外として、画像データの静的性質を考慮に入れる次の修正が行われる。
【０１２５】
アドレス線３２の第１のアレイの全体走査を反復して、ビデオ期間ＴＦ内で複数のＳ回の走査を提供する代わりに、アドレス線３２の第１のアレイの全体走査を反復して、期間ＴＦ内で複数のＳ回の走査の連続グループを提供する。この連続グループは制御回路２２によって決定される。しかしながら、第２のアレイのアドレス線３３へ印加されるアドレッシング信号は、上記で説明された方法と全く同じ方法で、Ｓ回の走査より成る各連続グループ内で静的画像データに従って画素に関して制御される。これは、Ｓ回の走査より成る各連続グループ内で、各画素が平面状態及びホメオトロピック状態へ駆動される走査の相対回数が、画像データに従って変動され、観察者は、画像データに従って変調されるビデオ期間にわたる平均反射率を有するものとして各画素を感知する効果を有する。これは、制御回路２２が、各ビデオ・フレームで更新されるときに変化しない画像を示すビデオ画像データを用いて、上記で説明されたように動作する場合に等しい。
【０１２６】
この効果は、Ｓ回の走査より成るグループが反復する速度を、フリッカ値よりも上に選択することによって達成される。これは、Ｓ回の走査より成るグループの持続時間ＴＦが十分に短く、画素がホメオトロピック状態と平面状態との間で交番するとき画素のフリッカを最小にすることを意味する。望ましくは、Ｓ回の走査より成るグループの持続時間ＴＦは高々５０ｍｓ、より好ましくは高々３０ｍｓ、及び典型的には２０ｍｓ程度である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】コレステリック液晶表示装置のセルの断面図である。
【図２】平面状態における緑コレステリック液晶の典型的反射率スペクトルのグラフである。
【図３】コレステリック液晶表示装置の断面図である。
【図４】幾つかの画素を横切るアクティブマトリックス・アドレッシング構成の一部分の平面図である。
【図５】単一画素のアクティブマトリックス・アドレッシング構成の一部分の詳細平面図である。
【図６】図５の線ＶＩ−ＶＩに沿って取ったときの、図５で示された単一画素のアクティブマトリックス・アドレッシング構成の一部分の断面図である。
【図７】表示装置の制御回路の図である。
【図８Ａ】アドレッシング信号及び駆動電極上の結果の駆動信号を同じ時間尺度で描いたグラフである。
【図８Ｂ】アドレッシング信号及び駆動電極上の結果の駆動信号を同じ時間尺度で描いたグラフである。
【図８Ｃ】アドレッシング信号及び駆動電極上の結果の駆動信号を同じ時間尺度で描いたグラフである。
【図９】第１の修正形態におけるアクティブマトリックス・アドレッシング構成の一部分の平面図である。
【図１０】第２の修正形態におけるアクティブマトリックス・アドレッシング構成の一部分の平面図である。
【図１１】各々は、異なる分割画素を示す。
【図１２】各々は、異なる分割画素を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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