(57)【要約】  液晶ディスプレイを作動する電子装置、システム及び方法が、液晶ディスプレイ上での画像の焼きつきに取り組むように用いることができる機構を提供する。この機構は、液晶及び絶縁物質の配置の形態で提供され、この配置が、持続するような画像の焼きつきを視覚的に許容できる最大時間よりも小さい又は等しい減衰時定数を有する。付加的装置、システム、及び方法も開示する。
2013531274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁物質を有する構造に結合された液晶を含み、前記液晶と前記絶縁物質との組合せが前記液晶ディスプレイ上に持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さい又は等しい減衰時定数を有する液晶ディスプレイと、
を備えた装置。
【請求項２】
前記液晶がネマチック液晶を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記液晶ディスプレイが強誘電性液晶を収容するセルを含み、前記セルは前記絶縁物質と結合され、前記絶縁物質は配向層の一部である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記強誘電性液晶はイオンによりドープされている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記セルは、前記強誘電性液晶に加えて、減衰時定数に著しく寄与する抵抗性の物質を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記配向層は静電容量を有し、前記強誘電性液晶が電気抵抗を有し、前記減衰時定数が、前記強誘電性液晶の前記電気抵抗と、前記配向層の前記静電容量と関連した静電容量との積のおよそ2分の1である、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記減衰時定数が、前記強誘電性液晶を実質的に対照的なディスプレイ状態の間で切り換える時間よりも大きい、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記減衰時定数は、画像の焼きつきが液晶ディスプレイの視聴者に分かる最小の時間よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記減衰時定数は、1秒の30分の1よりも小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
基板の画素のアレイと、
前記アレイの画素を有する電気回路における２つの配向層の間に配置された強誘電性液晶であって、強誘電性液と２つの配向層との配置により前記電気回路における動作に関連した減衰時定数を有し、前記減衰時定数がディスプレイ上に持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さい又は等しい前記強誘電性液晶と
を備えた装置。
【請求項１１】
前記減衰時定数は、人間の視覚によって感知される画像の焼きつきの検知のための最小の時間よりも小さい又は等しい、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
各配向層は、ポリイミドで形成され、かつ、前記強誘電性液晶は20GΩ・cmよりも小さい又は等しい電気抵抗を有する、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記電気回路は、パルス幅変調を前記配置に適用するソースを含んでいる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記電気回路は、前記画素が約10%から約90%までの範囲におけるデューティーサイクルによりオン状態にあるように、信号を前記画素に適用するソースを含んでいる、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
前記減衰時定数は、前記配向層の静電容量及び前記強誘電性液晶の電気抵抗により本質的に設定され、前記強誘電性液晶の電気抵抗はイオンの電荷の動きによって少なくとも部分的に制御される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１６】
前記強誘電性液晶は、イオンによってドープされたベース強誘電性液晶を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
基板と、
基板の画素のアレイと、
前記アレイの上方の第１配向層と、
第１配向層上の強誘電性液晶と、
前記強誘電性液晶上の第２配向層と、
前記第２配向層に結合された導体であって、前記第１配向層と前記第２配向層との間に配置された前記強誘電性液晶によって前記第１配向層及び前記第２配向層にわたる信号を動作可能に付与するように配置され、前記強誘電性液と２つの配向層との配置が、前記アレイの画素による動作に関連した減衰時定数を有し、前記減衰時定数がディスプレイ上に持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さい又は等しい前記導体と、
を備えた装置。
【請求項１８】
前記減衰時定数は、人間の視覚によって感知される画像の焼きつきの検知のための最小の時間よりも小さい又は等しい、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記基板は、シリコン基板を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記導体は、透明な導体を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記透明な導体は、インジウムスズ酸化物（ITO）を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記強誘電性液晶は、イオンによりドープされたベース強誘電性液晶を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
強誘電性液晶ディスプレイを形成する方法であって、
基板上の画素のアレイの上方に前記強誘電性液晶を配置するステップであって、前記強誘電性液晶が電気抵抗を有し、
前記強誘電性液晶の上方に前記配向層を配置するステップであって、前記配向層は静電容量を有し、前記配向層とともに配置されている前記強誘電性液晶は、回路内の動作に関する減衰時定数を有し、前記減衰時定数がディスプレイ上に持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さい又は等しい、
を備えた方法。
【請求項２４】
前記強誘電性液晶を配置するステップが、上部電気抵抗よりも小さい電気抵抗を有する前記強誘電性液晶を配置するステップを含み、上部電気抵抗は、前記配向層として選択された厚みを有する選択された物質を使用することに関連する静電容量により、及び前記減衰時定数により決定される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記強誘電性液晶を配置するステップが、イオンによりドープされたベース強誘電性液晶を配置するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記強誘電性液晶を配置するステップが、頂部及び底部を有する領域において前記強誘電性液晶を配置するステップを含み、前記領域は、前記頂部を前記底部と接続する抵抗要素を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記方法は、前記減衰時定数が、画像の焼きつきが前記液晶ディスプレイの人間の視聴者にそれと分かる最小時間と同等かそれよりも小さくなるように、前記配向層の物質及び厚みを選択するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記物質を選択するステップは、ポリイミドを選択するステップを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
液晶ディスプレイに駆動波形を適用するステップであって、前記液晶ディスプレイは、前記減衰時定数が前記液晶ディスプレイ上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さい又は同等であるように、回路内の動作に関する関連した減衰時定数を有する
を備えた方法。
【請求項３０】
前記減衰時定数は、画像の焼きつきが前記強誘電性液晶ディスプレイの視聴者にそれと分かる最小時間よりも小さい又は等しい、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
液晶ディスプレイは、配向層に結合された前記強誘電性液晶を含むセルを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記強誘電性液晶は、イオンによりドープされたベース強誘電性液晶を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記強誘電性液晶ディスプレイ上の画像の流れを発生させるステップと、
画像補足物を、流れのうちの２より大きいN個画像ごとに1つ挿入するステップと、を更に備える、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
駆動波形を適用するステップは、パルス幅変調を適用するステップを更に備える、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記駆動波形が前記画素を約10%から約90%までの範囲におけるデューティサイクルによりオン状態にさせるように、セルの照明を維持するステップを更に備える、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本特許出願は、2010年6月4日に出願された米国特許出願第12/794267号からの優先権の利益を主張し、この米国特許出願を参照により本明細書に包含する。
【０００２】
液晶は、単純なアルファニューメリックディスプレイからコンピュータディスプレイ及びテレビ放送までの範囲に広がるディスプレイに広く使用されている。ネマチック液晶は、これらの用途の大多数に使用されているが、強誘電性液晶（FLC）の性能メリットにより、電子ビューファインダー及びピコプロジェクタにおける使用が見出され、シリコンマイクロディスプレイの液晶において採用されるに至っている(Clark, N.A., C. Crandall, M.A. Handschy, M.R. Meadows, R.M. Malzbender, C. Park, and J.Z. Xue, FLC microdisplays, in Ferroelectrics, 2000, 246, p. 97-110, and Handschy, M.A. and B.F. Spenner, The future of pico projectors, in Information Display. December 2008. p. 16-20を参照)。高速な切り替え速度により、FLCは、フレームシーケンシャルカラー作動モードによく適しており、フレームシーケンシャルカラー作動モードにおいて、各画素があらゆる範囲の色を再現することができる（Handschy, M.A. and J. Dallas, 9.5L: Late-News Paper: Scalable Sequential-Color Display Without ASICs, SID Symposium Digest of Technical Papers, 2007.38(1): p. 109-112を参照）。ディスプレイ表示されるべき画像は、これらの赤、緑及び青の成分に分けられ、そして３つの個別の単色画像がクイックシーケンスでディスプレイ表示される。（反射又は透過で作動する）ディスプレイは、赤、緑又は青の光に対応することによって同期して照らされている。十分に高速でディスプレイ表示されるとき、視聴者は、個々の単色画像に気づいていないが、フルカラー画像としてともに合体されている画像を代わりに見ている。これはすなわちフルカラー画像を生じるように同時に作動される、赤、緑及び青の画素の別々の組を収めているより一般的なディスプレイとは対照的である。このより一般的なタイプのディスプレイにおいて、画像解像度が、典型的に、画素の総数の3分の1であり、フレームシーケンシャルカラーディスプレイにおいては、解像度が画素の総数に等しく、より高い品質の画像を生じる結果となる。
【０００３】
強誘電性タイプの液晶などの液晶ディスプレイの１つの現象は、「画像の焼きつき」と呼ばれ、「光学のヒステリシス」又は「ゴースト画像」としても知られており、駆動電圧が強誘電性液晶（FLC）画素から除去された後に、長期間持続して画面上に表示される残存画像を示す。液晶内に存在するイオンは、画像の焼きつきの課題に寄与すると信じられている。一般的に、一連の画像の間に画素に加えられる平均（直流）電圧は零ではなく、正確な値は、画像の内容に依存し、且つ画素毎に変わる。零ではない平均電圧が、画像の焼きつきを激しく生じさせるが、平均電圧を零にさせる直流バランスモードでの動作では、画像の焼きつきを減少させることができる。直流バランスとは、逆の極性の電圧が、液晶画素に即時に適用され、画像の焼きつきの原因である残余電荷を中性化させることを助けるように、ディスプレイ電圧に適用される方法を示している。しかしながら、この作動モードは、逆の極性の電圧が加えられるとき、平衡段階中に切られるFLCによって変調される光を供給するLEDを必要とし、これによって装置の光の出力を減少させる。例えば、米国特許第6075577号を参照されたい。
【発明の概要】
【０００４】
電圧の適切なパターンをディスプレイの画素に適用すること、及び交差される偏光子を使用するFLC光学状態の結果パターンを示すことによって、画像がFLCディスプレイ上で生成されている。標準的なビデオシステムにおいて、ディスプレイ表示される画像は、1秒ごとに60フレームの速度で変化している。特定の条件の下で、画像は、一定時間の間「焼付いた」状態になり、続いて起こる画像がディスプレイ表示されるとき、焼付いた画像はこれらの後の画像上に重ね合わされることを意味する。
【０００５】
本発明の実施形態は、添付図面の図において、例示的であり限定でないやり方で示される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】種々の実施形態における液晶ディスプレイを有する装置を示す。
【図２Ａ】種々の実施形態における強誘電性液晶セルを示す。
【図２Ｂ】種々の実施形態における抵抗要素を含む液晶を示す。
【図３】種々の実施形態における２つの配向層の間に強誘電性液晶を有する強誘電性液晶セルの単純化された等価回路を示す。
【図４】種々の実施形態における使用される物質と強誘電性液晶と配向層に使用される層の構造的特徴との選択に基づいて図３の等価回路から導かれる等価回路を示す。
【図５Ａ】種々の実施形態においてデューティーサイクルが10%から90%までの範囲で変化する画素の電極に適用される駆動波形の理想化された例示を示す。
【図５Ｂ】種々の実施形態において図５Ａの駆動波形に対応し、強誘電性液晶層に現れる電圧の例を示す。
【図６】種々の実施形態における正及び負の駆動電圧に対する強誘電性液晶の光軸配向を示す。
【図７Ａ】種々の実施形態において、正及び負の駆動電圧についての光軸配向に対して、イオン伝導率が加えられている強誘電性液晶セル及びイオン伝導率が加えられていない強誘電性液晶セルに対する駆動波形デューティサイクルを示すグラフである。
【図７Ｂ】種々の実施形態において、図７Ａの強誘電性液晶セルについてのデューティサイクルに対して、正の電圧についての光軸配向と、負の駆動電圧についての光軸配向との間の差異を示すグラフである。
【図８Ａ】種々の実施形態において、加えられる駆動セル電圧、強誘電性液晶セル電流及び光学応答の測定値に対して、イオン伝導率が加えられていないベース強誘電性液晶についての時間を示す。
【図８Ｂ】種々の実施形態において、加えられる駆動セル電圧、強誘電性液晶セル電流及び光学応答の測定値に対して、図８Ａのものと同様のものであるがイオン伝導率が加えられているベース強誘電性液晶についての時間を示す。
【図９Ａ】図８Ａ用に使用される駆動波形よりも高い周期を有する駆動波形において、加えられる駆動セル電圧、強誘電性液晶セル電流及び光学応答の測定値に対して、図８Ａのイオン伝導率が加えられていないベース強誘電性液晶についての時間を示す。
【図９Ｂ】図８Ｂ用に使用される駆動波形よりも高い周期を有する駆動波形において、加えられる駆動セル電圧、強誘電性液晶セル電流及び光学応答の測定値に対して、図８Ｂのイオンドープされたベース強誘電性液晶についての時間を示す。
【図１０Ａ】種々の実施形態において、強誘電性液晶に適用されるデューティサイクルを低イオン濃度により変更した結果を示す。
【図１０Ｂ】種々の実施形態において、強誘電性液晶に適用されるデューティサイクルを高イオン濃度により変更した結果を示す。
【図１１Ａ】種々の実施形態において、１組の偏光子を有する、強誘電性液晶の作動の例示を示す。
【図１１Ｂ】種々の実施形態において、１組の偏光子を有する、強誘電性液晶の作動の例示を示す。
【図１２】種々の実施形態において、強誘電性液晶を作動させるための要素の例示を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の詳細な説明は、添付図面を参照し、図示の方法により本発明の種々の実施形態を示している。これらの実施形態は、当業者がこれら及び他の実施形態を実施可能なように、十分に詳細に記述されている。他の実施形態が、利用されてもよく、構造、論理、及び電気的な変更がこれらの実施形態になされてもよい。いくつかの実施形態が、1つ又はそれ以上の他の実施形態と組み合わされて、新しい実施形態を形成するとき、種々の実施形態は、必ずしも相互に矛盾しない。従って、以下の詳細な説明は限定的な意味に取られるべきでない。
【０００８】
図１は、液晶ディスプレイ102を有する装置100の実施形態を示している。液晶ディスプレイ102は、液晶105と絶縁物質110との組み合わせが液晶ディスプレイ上に持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さい減衰時定数を有するような絶縁物質110を有する構造に結合された液晶105を備えている。この減衰時定数は、液晶105と絶縁物質110とに関連する電荷が、加えられる電界に関し蓄積することができ或いは放電されることができる零ではない時間である。液晶ディスプレイ102は、ネマチック液晶であってもよい。液晶ディスプレイ102は、強誘電性液晶であってもよい。強誘電性液晶はセルの一部であってもよく、このセルにおいては強誘電性液晶が絶縁物質に結合され、絶縁物質が、配向層の一部となっている。
【０００９】
減衰時定数は、液晶105と関連する抵抗を設けることによって実現でき、液晶105と絶縁物質110の組合せによって、液晶ディスプレイ上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる範囲にある減衰時定数を提供する。この範囲は、約1秒から約2秒である。この範囲は、約1秒より短くてもよい。この減衰時定数は、画像焼きつきが液晶ディスプレイの人間の視聴者に分かる最小時間よりも小さくすることができる。この減衰時定数は、1秒の30分の1以下とすることができる。
【００１０】
これらの範囲を得るために、液晶105に関する抵抗を調整するために異なるアプローチを用いることができる。ベース液晶に組み込まれた沢山の様々な物質を有する液晶105を用いることができる。強誘電性液晶は、強誘電性液晶の伝導率、従って抵抗を調整するためにイオンでドープされることができる。他のアプローチでは、液晶105が、液晶に加えて抵抗性の物質を含み、且つ液晶105及び絶縁物質110の組合せの減衰時定数に著しく貢献する、構造の範囲に配置されている。若しくは、所定の液晶に対し、ある絶縁物質が絶縁物質110として選択され、この絶縁物質では、液晶105及び絶縁物質110の組合せが視覚的に許容できる範囲内で減衰時定数を生じるような静電容量を、絶縁物質が有する。非限定的な例示として、強誘電性液晶のための配向層として構成された絶縁物質は、減衰時定数が、強誘電性液晶の電気抵抗と、配向層の静電容量と関連する静電容量との積の約半分であるような、静電容量を有する。この配向層の静電容量に関連する静電容量は、構造の設計及び構造の物質構成要素の選択により配向層の静電容量に設定されることができる。減衰時定数は、また、液晶ディスプレイに対する他の作動パラメータより大きい又は等しいように選択できるが、同時に液晶ディスプレイ上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる範囲内にある。減衰時定数は、強誘電性液晶をほぼ対照的なディスプレイ状態間で切り替えるための時間よりも大きくなるように選択されている。
【００１１】
液晶ディスプレイ102は、強誘電性液晶ディスプレイ102として実現することができる。強誘電体の液晶ディスプレイ102は、沢山のセルを含むことができ、各セルは配向層110に結合された強誘電性液晶105を含んでいる。FLCは、平均して、自身を互いに平行に整列させる細長い分子から構成されている。この方向は、液晶のダイレクタと呼ばれる。FLCから形成されたフィルムは、光学複屈折を示し、FLC分子の配向とおよそ平行な光軸を有する。これらの分子はスメクティック層に自己組織する、すなわち、これらの分子自身を層又は平面において整列させる傾向を有する。これらの分子の軸が、通常、FLC混合物の分子の性質によって決定される量だけ上記層から傾けられる。この特徴的な角度は、FLCの傾き角度θTとして知られている。傾きの方向は任意であり、許容できる配向の範囲が錐を形成する。さらに、FLCは、電気的なダイポールモーメントを有し、ダイポールモーメントは、前記長い分子の軸線と垂直であり、且つスメクティック平面と平行である。電界は、トルクをFLCダイポールに付与するように用いられて、分子軸線を錐上のいかなる位置にも設けることができる。FLCの境界における配向層は、物質の異方性によって特定のダイレクタ配向を誘導するようなFLC分子の初期配向を決定する物質である。
【００１２】
種々の実施形態において、強誘電性液晶ディスプレイ102のセルは、そのディスプレイ上に持続するように焼きつく画像を視覚的に受け入れられる最大時間よりも小さい減衰時定数を有する。この減衰時定数は、人間の視覚においてディスプレイを見ている個人が映像焼きつきが発生していることに本質的に気づかない、人間の視覚で感知される焼きつき画像の検知の最小時間よりも小さいか同程度である。
【００１３】
強誘電性液晶ディスプレイ102は、回路120が配置されている基板103上に構成されている。強誘電性液晶ディスプレイ102は、しばしばチップと称される単一集積回路に組み込まれている強誘電性液晶及び配向層を有するセルのアレイを含んでいる。チップ上での強誘電性液晶及び配向層の合体によって強誘電性液晶ディスプレイ102を構築することに用いられる種々のマイクロエレクトロニクス製造技術の使用が可能となる。この構築には配向層110の上方に光学出力のための窓130を配置することが含まれている。
【００１４】
減衰時定数が配向層の静電容量と強誘電性液晶層の電気抵抗との積の約半分になるように強誘電性液晶及び配向層の選択及び製造がなされている。減衰時定数は、1秒の30分の1よりも小さくすることができる。さらに、減衰時定数は、強誘電性液晶をディスプレイ状態間で切り替えるための時間よりも大きくすることができる。強誘電性液晶及び配向層の減衰時間の選択及び強誘電性液晶及び配向層の選択は、強誘電性液晶ディスプレイ用のアプリケーションに依存している。
【００１５】
マルチプル機構が画像焼きつきに寄与することができ、FLC配向層インターフェースにおける電荷の蓄積が、配向層でのダイレクタ配向において変化し、プレチルトを変化させ、場合によってはダイレクタ滑り動作における変化をさせる。印加電圧に応答したFLC層の表面における電荷の蓄積に関し、画像焼きつきの出現によって判断されるように、蓄積された表面電荷の成長及び減衰の時定数が、概して数分から数時間までの範囲内で変動する。この課題に対抗するために、FLCディスプレイは、たいてい各画像及びその補完物を連続で示す（すなわち、暗い画素が明るくされ且つ逆の場合も同じ）ように操作されている。このプロセスがFLCディスプレイの各画素によって経験される平均電圧が零であることを本質的に確実にするように行われる。結果として、電荷蓄積時間がフレーム周期と比較して長いと仮定すると、電荷は蓄積されないであろう。この案のデメリットは、ここで直流補償と呼ばれる、視聴者によって実質的に見られないように画像補足物の表示中に照明が消されることである。50%デューティサイクルは、実効ディスプレイ輝度を半分だけ減少させる結果となる。デューティサイクルは、液晶が画像を表示させるように駆動される時間の比率として定義されている。これはディスプレイを照明することが望ましいとされる最大時間である。種々の理由により、液晶が画像を表示させるように駆動される全周期にわたってディスプレイを照明させることは望ましくない可能性がある。
【００１６】
種々の実施形態において、FLCにおいて又はFLC配向層インターフェースにおいてイオンを除去する以外に、FLCが、ベースFLCをドープしてその伝導率（抵抗）を調整するように加えられるイオンとともにベースFLCとして形成されている。FLCディスプレイは、画像の焼きつきを除去するために必須ではないが、代わりに、画像の焼きつきの減衰時間を押し込めるように、形成され且つ操作されることができ、この減衰時間は、人間の視覚で感知される画像の焼きつきの検知のための最小時間より小さいか同程度であり、ゼロ時間ではない。人間が対象物を直視して視覚的に気づく時間を人間の視覚の存続時間τvisionと称する。人間の視覚の存続時間は、種々の理由により1秒のおよそ30分の1を中心とした範囲内で変わる。画像の焼きつきの減衰時間を、そのようなタイムフレームに押し込めることによって、画像の焼きつきを除くよりもむしろ隠している。FLCディスプレイ、或いは他の液晶ディスプレイは、画像の焼きつきの減衰時間を、このディスプレイの人間の視聴者にそれと分かる画像焼きつきの最小時間と同程度かそれよりも短くするように押し込めるように構成され且つ作動されている。変形例として、構造により与えられる減衰時間が、FLCディスプレイ上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容される最大時間内にあってもよい。実効ディスプレイ輝度は許容できないレベルの焼きつく画像を導くことなく50%よりも大きいデューティサイクルを可能にすることによって増大されている。
【００１７】
図２Ａは強誘電性液晶セル206の1実施形態を例示している。FLCセル206は、2つの配向層210-1及び配向層210-2の間のFLC205を含んでいる。FLC205及び配向層210-1及び配向層210-2が、基板上の画素のアレイ222の画素224とともに電気回路内に配置されている。FLC205及び2つの配向層210-1及び210-2の配置が、電気回路においての作動に関し、液晶ディスプレイ上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間にと同等かそれよりも小さい減衰時定数を有するようにFLC205及び配向層210-1及び配向層210-2の合成及び構造が選択されている。この減衰時定数は、張り付いている画像が液晶ディスプレイの人間の視聴者にそれと分かる最小時間よりも小さくなっている。
【００１８】
配向層210-1は、アレイ222上に配置され、電界221が、画素224と接触子215との間で、配向層210-2に加えられる電位（V）223によって、FLC205及び2つの配向層210-1及び210-2の配置を横断して発生されている。例えば、電界221が、接触子215に加えられる1.65V及び画素224に加えられる0V又は3.3Vによりおよそ±1.65V/μmとして加えられる。他の電界は、適切な電圧を接触子215及び画素224に加えることによって用いられてもよい。基板203上の電気回路は、パルス幅変調をFLC205及び2つの配向層210-1及び210-2の配置に適用するソースを含むことができる。
【００１９】
透明な電導性物質が、接触子215のために使用されることができる。透明な電導性物質は、ITOと呼ばれるインジウムスズ酸化物のような透明な電導性酸化物(TCO)を備えていてもよい。他のTCOが用いられてもよく。FLCセルは光の通路用の窓230を含んでいてもよい。図２におけるFLCセル206の表示が、FLCセル206の種々の領域を基材203の一部上で分けられた層として示している。しかしながら、これらの層は、基材203上で統合されるセルとして形成でき、基材203が、FLCセル206が統合される構成要素であることによって、追加の電気回路を含むことができる。基板203上で統合される回路の金属被覆を用いて、所望の電位223を発生させる適切なソースに電位223が加えられる。基材203が相補型MOS(CMOS)製造技術によって形成されたVLSI（超大規模集積）回路であってもよい。シリコン基材は、基材203のために用いられることができる。アルミニウムパッドが、その上にFLCが配置されるCMOS VLSI電気回路上に配置されていてもよい。このアルミニウムパッドは、FLCセル206用の反射面を提供することができる。シリコンの下に横たわる回路を使用するFLCディスプレイは、FLCOSディスプレイと呼ばれている。シリコン以外の物質が、用途に応じて基材として使用されることもできる。
【００２０】
図２Ｂは、抵抗要素208-1...208-Nを収容する液晶205-1を例示する。抵抗要素208-1〜208-Nは、液晶205-1の頂面と底面との間に延びるように配置されている。抵抗要素208-1〜208-Nを有する液晶205-1が調整された抵抗を有する液晶を効率的に提供する。さらに、液晶205-1は、液晶205-1を効率的にドープして調整された伝導率（抵抗）を有する液晶205-1を提供する追加の物質を任意に含んでいてもよい。液晶205-1は、強誘電性液晶を実現することができる。抵抗要素208-1〜208-Nは、液晶205-1と互換性がある物質及び形によって形成され且つ、液晶205-1の機能的活動に好ましくは影響を及ぼさない。液晶ディスプレイの設計において抵抗要素208-1〜208-Nを用いることにより、追加のパラメータとして、関連したディスプレイ上で持続するように焼きつく映像の許容できるレベルに関する減衰時定数を設定するために用いられることを可能にする。
【００２１】
抵抗要素208-1〜208-Nは、透明な電導性層211-1を他の透明な電導性層211-2に結合するように液晶205-1を事実上突き抜けるように構成されている。透明な電導性層211-1及び211-2を結合する液晶205-1における 抵抗要素208-1〜208-Nのそのような配置が、液晶205を置き換えている図２Ａに示す構造において使用されている。各抵抗要素208-j(各jは1からNまでの間)が、アレイ222の異なる画素224に割り当てられる。さらに、電導性層211-1及び211-2が各それぞれの画素224について、画素224に対するパターンセクション内に整列された抵抗要素208-jがあるようにアレイ222のパターンと一致するパターンに形成されている。例示のパターンが示されるが、図２Ａのアレイ222における正方形には限定されない。抵抗要素208-jが画素224の中心で整列されてもよい。抵抗要素208-jは画素の中心上に位置決めされることに限定されないが、アレイ222のそのそれぞれの領域内における画素より上のいかなる位置に位置決めしてもよい。
【００２２】
図３は２つの配向層の間でFLCを有するFLCセルの単純化された等価回路320を示し、そのようなFLCセル206は図2に示されている。各配向層は、並列に接続された抵抗RA及び静電容量CAとして示されている。同様に、FLC層は、非線形の履歴に依存した抵抗器と並列の静電容量CFとして示されることができる。FLCの伝導率への主な寄与は、イオンの電荷キャリヤの動き(RIによって示される)及びFLCの分極電荷の流れ(RPによって示される)による。FLCの抵抗に寄与するイオン電荷流は、その体積におけるイオン化速度及び再結合速度によって、表面によるイオンの吸着/放出の動力学によって、及びFLC層の厚さ内のイオン/ソース密度を空間的に変更する時間依存によって、影響を受ける。イオン電荷流用のこれらの機構及びそれらの相対的な重要性は温度によって大きく変わる。
【００２３】
配向層用の物質及びFLC用の物質は、配向層の抵抗がFLCのものよりもはるかに大きいように選択されている。そのような場合には、配向層の抵抗RAは等価回路320においてRA=∞に設定でき、これにより抵抗RAは等価回路320から省略されることができることを有効に示している。配向層はFLCと比較して大部分は薄くなっている。例えば、配向層の厚みは、典型的には20nmであるが、FLCの厚みは800nmであってもよい。他の厚みが用いられることも可能である。そのような厚みの違いにより、配向層の静電容量CAがFLCの静電容量CFよりもおよそ１乃至２桁大きくなっている。さらにFLCが切り替わる事象の後に、分極が切り替える電流がゼロに近くなり、FLCの伝導率がイオン電荷キャリヤの動きによって支配され、この伝導率は等価回路においてRIによって示されている。
【００２４】
図４は、FLC及び配向層として、使用される物質、及び使用される層の構造的特徴の選択に基づいて図３の等価回路320から導かれる等価回路420を示している。CA>>CF, RA≒∞, 及びRI< <RP,の結果として、対象の電気的な時定数への第1近似は1/2RICAである。変形例として、2つの配向層が異なる静電容量を有していてもよく、C1Aは1つの独立の配向層の静電容量を示し、C2Aはその他の独立の配向層の静電容量を示す。CF,CAより著しく大きいこれらの静電容量を用いて、前記時定数1/2RICAにおいて、CA=2/(1/C1A+1/C2A)を示す。時定数1/2RICAは、FLCの物質及び配向層の選択、例えばこれらの層の厚みのような構造的な特徴の選択、又はこれらの選択の組み合わせにより調整されることができる。例示の実施形態では、1/2RICAは、選択されたベースFLCのイオンの不純物が混じっていないバージョンのものと比較してRIを低くするために、イオン化された混合物を選択されたベースFLCに加えることによって調整できる。イオン化された混合物は、イオン対の分子を含み、1つの分子が陽イオンであり、前記対の他の分子が陰イオンである。例えば、以下のイオン対混合物は、ベースFLCにおいてドーパントとして用いられることができる。以下図示するもの又はこれらのいかなる混合物も含む。
【化１】
2013531274.tif 000003
【化２】
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【化３】
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【化４】
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【化５】
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【化６】
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【００２５】
FLC混合物において混合されるイオン対の濃縮は、約0.05wt%から約0.15wt%までである。他のイオンドーピング及び/又は濃縮が使用されてもよい。
【００２６】
FLCセルは、電気的な高域フィルターとして作動し、駆動波形の高周波数成分がFLCによって影響を受けるが、配向層静電容量が、直流成分を遮断する。FLC抵抗にわたって印加される平均電圧は、この単純化された状況においてはゼロにでき、従って、電荷の蓄積を防いでいる。実際には、FLCセル等価回路のハイパス特性が、完全なセルに適用される駆動波形が直流平衡でないときでさえFLC層に直流平衡を強制するようになっている。
【００２７】
適用される波形の直流成分が変化するときはいつも、例えば、関連するマイクロディスプレイによって示されている画像を変化させることにより、FLC抵抗にかかる直流電圧が一時的にゼロでなくなるが、1/2RICAに等しい時定数により減衰してゼロに戻る。この時定数は、配向層の静電容量及び強誘電性液晶の電気抵抗によって本質的に設定され、強誘電性液晶の電気抵抗はイオンの電荷の動きにより制御されている。ベースFLCを選択することにより及び/又は選択されたベースFLCをイオンでドープすることにより、例えば、RIは、1/2RICA<1/30秒と設定するように調整され、（「焼付く」画像を表示する）直流期間が、視聴者に目で識別できないであろうほど十分に速く減衰してなくなる。
【００２８】
強誘電性液晶を、上部電気抵抗、又は閾値電気抵抗よりも小さい電気抵抗を有するFLCセルに配置することができ、上部電気抵抗は、配向層として選択された厚みを有する選択された物質を用いることにより決められた静電容量による及び、液晶ディスプレイ上に持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さいか同等であるように設定された減衰時定数による、両方により設定されている。減衰時定数は、画像の焼きつきが液晶ディスプレイの人間の視聴者に分かる最小の時間よりも小さくされている。変形例として、所定のRIを有する所定のFLCに対し、この減衰時定数は、所望の減衰時定数を生じさせるCAの値を選択することにより調整される。選択されるCAの値は、配向層用の物質及び/又は配向層の1つ又はそれ以上の構造的な特徴の選択により得られる。考慮される構造的な特徴は配向層の厚みであってもよい。
【００２９】
FLC及び配向層の特徴事項の選択のための他の考察においては、ディスプレイ状態（例えば明から暗へ、実質的に対照的なディスプレイ状態を含んでいる）の間において液晶を切り替えるために、時間τSWよりも実質的に長い時間がかかるように、減衰時定数、1/2RICA、を選択することも含まれている。別の状況では、FLCは、完全に切り替えられ、且つ画像がデータ表示されないこともある。適切な時定数のためにこれらの2つの要素を組合わせることにより、条件、τSW<1/2RICA<τvision、がFLC及び配向層に対する物質及びサイズを選択するために用いられる。
【００３０】
20nmまでの厚み及び4までの誘電率を有する一般的なポリイミド配向層の静電容量CAはおおよそ200nF/cm2である。典型的なFLCOSフレーム周期であるτSW=1/720s、及びτvision=1/30sの間、RIの値は、1cm2のセル領域に対し14kΩ<RI<0.3MΩの範囲に設定されている。その厚みが1μmのオーダーにある典型的なFLC層については、イオンの電荷キャリヤの動きによるFLCの電気抵抗ρ1は、140MΩ・cm<ρ1<3GΩ・cmの範囲に対応すべきである。実際に、時定数上限の30分の1秒は、過度に厳しい可能性があり、すなわち、時定数上限は、1秒の大部分の間持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる可能性があり、ρ1〜20GΩ・cmと同じ大きさの電気抵抗が許容できる可能性がある。
【００３１】
FLCOSディスプレイの画素内のFLCは、主にバイナリ特性がある。2つの利用可能なディスプレイ状態は、適当な偏光光学システムを使用して見るとき、明状態及び暗状態である。それにもかかわらず、最適な暗状態が駆動電圧振幅によりいくぶん変わるので、FLCOSディスプレイに関するアナログ応答及び正確な偏光子配向の度合いがある。グレースケールは、画素が（明状態に）付けられるほんのわずかな時間を制御することによって達成される。この画素が、視聴者が平均輝度を見るのみであるような高速度で付けたり消したりされる。10%のデューティサイクルは、ほとんど暗いように見え、50%デューティサイクルはグレーに見えるが、100%デューティサイクルは最大輝度を生じる。これは、パルス幅変調（PWM）グレースケールとして知られている。パルス幅変調のバリエーションを使用することもできる。例えば、正のパルスが、１セットの正パルスの基礎を成す基礎正パルスを含みながら、可変の振幅を持つ波形として生成される。
【００３２】
図５Ａは、10%から90%までの範囲内で変動する電気デューティサイクルを有する画素の電極に付与される駆動波形の理想化された例を示している。図５Ｂは、図５Ａの駆動波形に対応するFLC層にわたって発生する電圧の例を示している。FLCにわたって発生する電圧は、駆動電圧に等しく、その直流成分が除去され、すなわち、各波形の時間平均電圧は零である。セルの高域特性により、図５Ｂに示すように、駆動波形の交流部分のみがFLC層にわたって発生している。理想化されていないセルすなわち実際のセルにおいては、図５Ｂの「直流を取り除いた」場合において示される急激な電圧変位が回路時定数1/2RICAにより丸められるであろう。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、光学システムが、正の電圧が名目上明状態を生じさせ且つ負の電圧が対照的な暗状態を表面上生じさせ、及び照明が連続してついているように配置されていることが仮定されている。もしFLCが、完全な切り替え又は駆動電圧において両極性を変化させるように即時に応答するならば、次いで、デューティサイクルがディスプレイ輝度を明らかにさせるようにより正確に一致するであろう。
【００３３】
図５Ｂに示すように、図５Ａに示す波形を適用する実際の限界は、FLCにかかる切り換え電圧の主要な（最も長く続いている）部分が、直流が除去されており、電気的なデューティサイクルの端として零に向かう傾向がアプローチされている（例えば、5%又は95%）という事実による。図５Ａ及び図５Ｂの10%デューティサイクルを考慮すると、駆動波形の-1部分（図５Ａ）によりFLC層（図５Ｂ）にわたる電圧が-0.2まで減らされるが、駆動波形の+1部分が1.8になる。従って、その電圧がFLCを、暗状態にさせ、より効率的でなくなるようにさせている。FLCが、完全に切り換えられるまでに至らず且つ切り替えに明らかにより長い時間かかるという現象を発明者がFLC切り替え実験の測定において観察している。電気デューティサイクルが減少されるにつれて、閾値が、FLCがもはや効率的に駆動されないその暗状態にまで到達される。電気デューティサイクルが100%に向かって上昇するにつれて、類似した状況が発生する。0%又は100%のデューティサイクルにおいて、FLC層に零ボルトが適用され、典型的な対照的FLCセルは、明状態及び暗状態（FLCのUP及びDOWNドメイン状態）の無作為に分配された小片部に分けられる。
【００３４】
デューティサイクル端の課題は、照明を連続的に付けたままにさせないことによって改良されている。例えば、電気デューティサイクル<10%又は>90%が、一般的には使用できないような10%デューティサイクル駆動波形の負の電圧部分中において、FLCが、適当な暗状態にわずかに切り換えることを仮定する。光源を全ての時間付けたままにする代わりに、10%デューティサイクル波形によって駆動されるとき、画素が暗く見え、各サイクルの10%-90%部分の間にのみ光源を付けることができる。駆動波形デューティサイクルが10%から90%まで増大するにつれて、明るさが直流補償法を用いるときに得られる最大値よりも大きい最大値まで単調に増大する。この例示において、照明は駆動波形サイクルの80%の間（80%光学デューティサイクル）ついており、直流補償された駆動装置を使用するとき、80/50=1.6の場合には潜在的な明るさ利得を与える時間の50%のみ照明がついている。
【００３５】
フルカラー画像を示すFLCOSディスプレイにおいて使用される駆動波形は、上記例示のものよりもより複雑であるが、PWMグレースケールのその使用においては基本的に異なることがない。上記機構は、FLCOSディスプレイにおいて実行されることができる。種々の実施形態において、直流補償の度合いを減らすことができる。この減少は、ディスプレイ上に示されている画像ストリームに関して得られ、画像補足物がN個の画像ごとのうち１つに挿入され、ここでNは2より大きい。N=2は直流補償に対応するであろうことに注意されたい。Nが増大されるにつれて、10%電気デューティサイクルに対して上記に与えられた理由により適切な暗状態が得られない限界、を越える限界が存在することになる。
【００３６】
種々の実施形態において、FLCセルのための減衰時間が、イオンによってドープされたベースFLCを形成することによって、イオンドーパントがベースFLCの切り替えに反対に影響しないようなレベルまで調整されることができる。伝導率を向上させるイオン物質を加えた試験と、イオン物質を加えていない試験とが、光軸回転に関して実行されている。図６は、正の駆動電圧及び負の駆動電圧に対しFLC光軸配向θ+及びθ-、を示している。
【００３７】
図７Ａは、光軸配向θ+及びθ-に対して、イオン伝導性が加えられているFLCセル及びイオン伝導性が加えられていないFLCセルに対する駆動波形デューティサイクルを示すグラフである。図７Ｂは、光軸配向（θ+及びθ-）に対するデューティサイクルにおける違いを、イオン伝導率が加えられているFLCセル及びイオン伝導率が加えられていないFLCセルの２つの場合の間でより強調した違いとして示すグラフである。これらの試験において、１つのセルが加えられたイオン伝導率を有していないベースFLC(MX13058とラベル付けされている)で満たされ、且つ他のセルは、イオンドープされたベースFLC（MX12918とラベル付けされ、MX12918はMX13058のイオンドープされたバージョンである）で満たされていた。両方のセルはFLCOSダミーであった、FLCOSダミーは、物理的構造において製品マイクロディスプレイと類似であるが、CMOS VLSI電気回路は製品マイクロディスプレイのシリコンにおいて通常存在していない。これらのセルは、図５Ａにおいて示されるように、電気デューティサイクルが10%から90%までの範囲内で変動し、一般的なFLCOSマイクロディスプレイフレームレートである720Hzの周波数で±1.8Vの振幅を有する波形によって駆動されていた。正の駆動電圧及び負の駆動電圧に対するそれぞれのFLC光軸位置θ+及びθ-は、最大の設定時間を可能にするように各電圧変位の直前に測定されていた。
【００３８】
イオンドープされたFLCは、電気的デューティサイクルの端が近づくとき、ドープされていないFLCと比較して減少された光軸回転を示している。FLCの完全な切り替えによる干渉を最小にしながら、同時に、ドーパント濃度が、画像焼きつきの減少を感知するのに有効な度合いを有するように相対的に最小に保たれていたので、光軸位置上の伝導率の効果は、この例示における極端なものではない。
【００３９】
図８Ａは、加えられる駆動セル電圧（曲線820-A）、FLCセル電流（曲線810-A）及び光学応答（曲線830-A）の測定値に対して、イオン伝導率が加えられていないベースFLC（MX13058）のための時間を示している。図８Ａに対し、時間は、曲線810-A、曲線820-A及び曲線830-Aに対し200μs/divと示されている。曲線820-Aについて、電圧は1V/divとディスプレイ表示されている。曲線830-Aについて、電圧は、200mV/divとディスプレイ表示されている。曲線810-Aについて、電流モニタースケール係数は、1mA/Vであり、これが200mV/divの座標スケールでディスプレイ表示されている。
【００４０】
図８Ｂは、加えられる駆動セル電圧（曲線820-B）、FLCセル電流（曲線810-B）及び光学応答（曲線830-B）の測定値に対して、イオンドープされた同様のベースFLCセル（MX12918）のための時間を示している。図8Bに対し、時間は、曲線810-B、曲線820-B及び曲線830-Bに対し200μs/divと示されている。曲線820-Bについて、電圧は1V/divとディスプレイ表示されている。曲線830-Bについて、電圧は、100mV/divとディスプレイ表示されている。曲線810-Bについて、電流モニタースケール係数は、1mA/Vであり、これが200mV/divの座標スケールでディスプレイ表示されている。
【００４１】
図８Ａ及び８Ｂに示されているどちらの場合においても、駆動波形は、2ms周期を有する±1.8Vの四角い波（50%デューティサイクル）である。光学応答は、交差された偏光子を使用するとき光検出器によって見られる光強度であり、これらの場合における各セルは、各セルが実質的に対照的な状態を有する明状態と暗状態との間よりもむしろ２つの等しく明るいディスプレイ状態の間で切り替えるように、配向されている。光軸は偏光子配向の左及び右に対照的に向きを変える。観測される光軸の範囲はイオンなしで40°までであり、イオンを有りで39°までであった。
【００４２】
２つのFLC（イオン伝導性が加えられている及びイオン伝導性が加えられていないFLC）に対する図８Ａ及び図８Ｂのプロットは本質的には同じであるように見える。電圧が（FLCセルの典型的な）極性を変化させるとき、FLCの偏光子の方向の切り替えにより２つの電流ピークが見られ、その後、電流（このスケールでは0まで）及び光学応答が、極性が再び反転されるまで基本的に一定である。これが、ユニット領域ごとのイオン電荷流の量が2PSと比較して小さく、PSがFLCの自然発生的な分極密度である。この発見は、FLC切り替えによる顕著な干渉を避けるためにドーパント濃度を低く保つことに関する上記見解により構成されている。
【００４３】
図９Ａは、図８Ａ用の駆動波形よりも高い周期を有する駆動波形において、加えられる駆動セル電圧（曲線920-A）、FLCセル電流（曲線910-A）及び光学応答（曲線930-A）の測定値に対して、イオン伝導率が加えられていないベースFLC（MX13058）のための時間を示している。図９Ａに対し、時間は、曲線910-A、曲線920-A及び曲線930-Aに対し20ms/divと示されている。曲線920-Aについて、電圧は2V/divとディスプレイ表示されている。曲線930-Aについて、電圧は、100mV/divとディスプレイ表示されている。曲線910-Aについて、電流モニタースケール係数は、1μA/Vであり、これが500mV/divの座標スケールでディスプレイ表示されている。
【００４４】
図９Ｂは、図８Ｂに対しての駆動波形よりも高い周期を有する駆動波形において、加えられる駆動セル電圧（曲線920-B）、FLCセル電流（曲線910-B）及び光学応答（曲線930-B）の測定値に対して、イオンドープされた同様のベースFLCセル（MX12918）のための時間を示している。図９Ｂに対し、時間は、曲線910-B、曲線920-B及び曲線930-Bに対し20ms/divと示されている。曲線920-Bについて、電圧は2V/divとディスプレイ表示されている。曲線930-Bについて、電圧は、100mV/divとディスプレイ表示されている。曲線910-Bについて、電流モニタースケール係数は、1μA/Vであり、これが500mV/divの座標スケールでディスプレイ表示されている。
【００４５】
図９Ａ及び図９Ｂの２つのFLCに対する駆動波形は、100ms周期を有する±1.8Vの矩形波である。図９Ａ及び図９Ｂは、駆動周期が2msの代わりに100msに設定されていることを除いて、図８Ａ及び図８Ｂにおいて示されるものと同様にイオンを有するもの及びイオンを有していないものとの比較を提供している。図９Ａ及び図９Ｂは、加えられたイオンを有するFLC及び加えられたイオンを有していないFLCとの間の差異を示している。イオンを有していないFLCは、事象を切り替える間、実質的に安定な光学応答及び零に近い電流を示している。これに対し、イオンドープされたFLCは、FLC層にかかる電圧の減衰により、著しい電流及び光学応答の低下を示している。単位領域（50msにおける）ごとの総イオン電荷流はこの場合のPSと同等である。
【００４６】
図８Ａ及び図８Ｂと図９Ａ及び図９ＢはFLC上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間よりも小さいか同等である減衰時定数を有するFLCセルを実行していることによりFLCディスプレイ用の直流バランスを使用した緩和に関する２つの特徴を示している。減衰時定数は、画像の焼きつきがFLCの人間の視聴者に分かる最小時間よりも小さい。第１に、時定数1/2RICAは、液晶を通るイオン電荷の流れがFLCの切り替えによって好ましくは干渉をしないほど十分に大きくされるべきである。図８Ａ及び図８Ｂはこの条件がイオンドープされたFLCによって満たされていることを示す。第２に、FLC導電率は、1秒のうち一部分においてFLC層にかかる電圧を放出させるために十分高くされるべきである。図９Ａ及び図９ＢはこれがイオンドープされたFLCによって達成されることを例示している。
【００４７】
図１０Ａは、FLCに適用されるデューティサイクルを低イオン濃度に変更した結果を示している。図１０Ｂは、FLCに適用されるデューティサイクルを高イオン濃度に変更した結果を示している。低濃度及び高濃度は、互いに関連し、且つ上で議論された2つの特徴事項を満たす基準としての濃度に関連して用いられている。図８Ｂ及び９ＢのイオンドープされたベースFLCセル（MX12918）内のイオン濃縮は、図１０Ａ及び図１０Ｂ内に示される結果とともに、試験において使用される2つのFLCの低濃縮と高濃縮との間の中間程度である。これらの試験は、光軸位置が、デューティサイクルにおける変化に応答して1秒の何分の1かにおいて新しい平衡位置にドリフトすること（すなわち画像の焼きつきを高速で減衰させること）を実証する。このドリフト時間は、FLC層にわたる平均電圧を零に戻すのに必要とされる時間の長さに対応し、これはおよそ〜1/2RICAである。これらの試験において、この駆動波形は、75%デューティサイクル波形の500サイクル（±1.8V振幅）と交互に入れ替える25%デューティサイクル波形の500サイクル（2ms周期、±1.8V振幅）で構成され、すなわち、電気デューティサイクルを0.5Hzの周波数で25%と75%との間で交互に入れ替わりながら行う。
【００４８】
図８Ａ及び図８Ｂと図９Ａ及び図９Ｂでは、各FLCセルが、偏光子に関して配向され、２つの切り替わる状態が、明状態と暗状態（例えば、実質的に対称的な状態）の間で切り替わる代わりに、等しい明るさのものであった。図１０Ａ及び図１０Ｂの試験に関し、各FLCセルはわずかに回転され、２つの状態は、わずかに異なる明るさを有し、図１０Ａ及び図１０Ｂのプロットは、どのように両方の明るさレベルが次の25%-75%デューティサイクルへの移行を変化させるかを示している（各プロットにおいてt=1秒）。図１０Ａに示される低濃度のイオンドーパントを有するFLCは、駆動デューティサイクルにおける変化の後に約2分の1秒又はそれより長い秒数の間平衡を保っているが、図１０Ｂに示される高濃度を有するFLCは、約0.2-0.3秒間において平衡を保っている。より高い濃縮のイオンドーパントを含んでいるFLCにおいては、画像の焼きつきが最も急速に消える。
【００４９】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、偏光子1140-1及び1140-2の組合わせを有するFLCセルの作用の例示を示している。偏光子1140-2の光軸は、偏光子1140-1のものとほぼ直交している。偏光されていない入射光線1101は、混ざり合った偏光状態を含んでいるが、偏光子1140-1の光軸配向と合致する線形偏光の状態の入射光線のその一部のみが、ほぼ偏光子を通って送信される。FLCのオフ状態において、その光軸は、偏光子1140-1の光軸とほぼ平行であり、FLCのオン状態において、その光軸は、偏光子1140-1の光軸と平行からほぼ45°回転されている。複屈折FLC層の厚みは、これがほぼ90°の光学的遅れを有するように、すなわちこれが4分の1波形の遅延剤として作動するように、選択されている。
【００５０】
図１１Ａにおいて、FLCセル1106はオフ状態にあり、光がFLCセル1106を通過した後、ミラー1104によって反射し、再びFLCセル1106を通過し、この偏光状態はほぼ変化していない。この反射光は、偏光子1140-2で反射され又は吸収され、且つ偏光子1140-2を通過していない。偏光子1140-2を通過する光が無いことにより、組合せられている構造からのアウトプットが、光学的に暗くなっている。
【００５１】
図１１Ｂにおいて、FLCセル1106がオン状態にあり、光がFLCセル1106を通過した後、ミラー1104によって反射し、再びFLCセル1106を通過し、この線形偏光状態がほぼ90°だけ回転されている。線形偏光の光の方向は、偏光子1140-2の光軸にほぼ平行であり、且つその偏光子を通過することができる。偏光子1140-2を通過する光により、組合せられている構造からのアウトプットが、光学的に明るくなっている。
【００５２】
図１２は、FLC1205の動作のための構成要素の例示を示している。光が光源1201によって提供されている。光源1201は、連続した色に対応するLEDを含み、LEDが赤（R）、緑（G）、及び青（B）の光を発生させている。光源1201からの光が、偏光された状態の光を回路1220の上方に配置されているFLC1205の上方の窓1230に導く偏光ビームスプリッタフィルム1240に導かれている。FLC1205は、およそ1μmの厚みを有するが、他の適当な厚みが使用されてもよい。回路1220は、画素1224のアレイを含むCMOS VLSI回路として構成されている。画素1224は、デジタル操作用に形成されている。FLC1205を通過する偏光は画素1224から反射されてFLC1205を戻るように通過される。FLC1205が、回路1220を使用してディスプレイ表示されるべき画像によりオンかオフかのいずれか適切な状態において配置され、画素が「オン」状態にあるとき、偏光ビームスプリッタフィルム1240に導かれ、FLC1205を通って通過する光が、偏光ビームスプリッタフィルム1240を通って通過する適切な偏光を有する。
【００５３】
種々の実施形態において、強誘電性液晶ディスプレイは基板上の画素のアレイ上に強誘電性液晶を配置することを含むように形成されている。配向層は、強誘電性液晶上に配置され、配向層を有して配置されている強誘電性液晶は、減衰時定数が液晶上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間より小さいか同等である回路における動作に関連した減衰時定数を有する。減衰時定数は、画像の焼きつきが液晶の人間の視聴者にそれと分かる最小時間よりも小さくなっている。強誘電性液晶の配置は、上部電気抵抗よりも小さい電気抵抗を有する強誘電性液晶を選択することも含んでいる。この上部電気抵抗は、液晶上で持続するように焼きつく画像を視覚的に許容できる最大時間より小さいか同等であるように設定された、配向層の静電容量及び減衰時定数の両方によって設定されることができる。配向層の静電容量は配向層として選択された厚みを有する選択された物質を使用することによって固定されることができる。強誘電性液晶の配置は、強誘電性液晶としてのイオンを有するようにドープされたベース強誘電性液晶を使用することを含んでいる。ドープするレベルは、ディスプレイ用のセルにおいて強誘電性液晶の所望の伝導率を達成するように設定されている。代わりに、配向層の物質及び厚みを、その減衰時定数が選択された強誘電性液晶用のディスプレイ上で持続する画像焼きつきを視覚的に許容できる最大時間より小さいか同等であるように選択できる。配向層用の物質は、ポリイミドであってもよい。強誘電性液晶は、２つの配向層の間に挟みこまれ、2つの配向層が、異なる物質及び厚みで構成され、ここで、強誘電性液晶及び2つの配向層の配置の減衰時定数は、ディスプレイ上で持続する画像焼きつきを視覚的に許容できる最大時間より小さいか同等である。物質及び厚みの選択を含む強誘電性液晶及び２つの配向層の配置は、対応する減衰時定数が、強誘電性液晶の切り替え時間よりも大きいように実現されている。
【００５４】
種々の実施形態において、ここで論じられている技術と同様又は同一の減衰時定数を制御する技術は、ネマチックの液晶に適用されている。ネマチックの液晶ディスプレイの製造は、ネマチックの液晶ディスプレイ用の駆動回路における偏差を含む場合があり、その駆動回路は、零直流平均信号設計パラメータを満たす公差内の信号を提供できない。ネマチックの液晶ディスプレイの製造における公差内の変化量に対する補償をするために、例えばネマチック液晶及び関連した絶縁物質用のパラメータのような、他のものの間での駆動回路内の偏差が、ディスプレイ上で持続する画像焼きつきを視覚的に許容できる最大時間より小さいか同等である時間に、可能性のある画像焼きつきを制限する関連した減衰時定数を制御するように調整されることができる。減衰時定数は、画像の焼きつきがネマチック液晶ディスプレイの人間の視聴者にそれと分かる最小時間よりも小さくなっている。
【００５５】
さまざな実施形態において、強誘電性液晶は、駆動波形を強誘電性液晶のセルに適用することによって作動され、そのセルは配向層に結合された強誘電性液晶を含んでいる。強誘電性液晶及び配向層の配置により、回路内の作動に関連した減衰時定数を有するセルを提供し、この減衰時定数がディスプレイ上で持続する画像の焼きつきを視覚的に許容できる最大時間より小さいか同等である。この減衰時定数は、画像の焼きつきがディスプレイの人間の視聴者にそれと分かる最小時間よりも小さくなっている。この減衰時定数は、セルにおいて強誘電性液晶として、イオンによりドープされたベース強誘電性液晶を用いることで生じる。そのような減衰時定数は、人間の視覚により知覚される画像の焼きつきの検知のための平均時間よりも小さいか同等である、強誘電性液晶ディスプレイの作動用の減衰時間を提供することができる。いくつかの実施形態においては、強誘電性液晶ディスプレイの作動は、強誘電性液晶の画像の流れを生じさせること、及び、流れの中のN個の画像ごとの内の１つに補足画像を挿入することを含み、ここでNは2よりも大きい整数である。パルス幅変調波形、又は他の適当な波形が、駆動波形として適用されてもよい。常に光がついている状態のままにしておく代わりに、10%デューティーサイクル波形によって駆動されるとき、画素が暗く見えるように、各サイクルの10%-90%部分の間でのみ光が付けられるようになっている。駆動波形デューティサイクルが10%から90%までの間で増大するにつれ、明るさが、直流補償方法を使用するときに得られるよりも大きい最大値まで単調に増大する。しかしながら、電気デューティーサイクルの範囲が、10%乃至90%の例示範囲から変えることができる。種々の実施形態において、電気デューティーサイクルが下端から上端までの範囲内で変動することにより、光学デューティーサイクルがこれらの電気デューティーサイクルの範囲の両端によって設定されることができる。光学デューティーサイクルは液晶の切り替え速度を調整させるようにこれらの端を中心に変更できる。
【００５６】
特定の実施形態が、本明細書に例示され且つ記述されているが、同じ目的を達成するように計算された配置が、例示された特定の実施形態に代わることが、当業者によって認められる。種々の実施形態は、ここに記述された実施形態の並べ替え及び/又は組合せを使用する。上記説明は例示として意図され、限定的ではなく、本明細書で使用されている言い回し又は用語は、説明の目的のためであることを理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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