(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１準安定状態と第２準安定状態の特性をもつ双安定液晶セルにおいて、前記二つの準安定状態が混在して現われる混在領域内で液晶セルに印加する電圧を調整することによって、前記二つの準安定状態の混在比率を変化させて多階調を表示し、
前記電圧の調整は、リセットパルスおよび選択パルスの電圧を同じ変動率にして可変させる
ことを特徴とする双安定液晶セルの階調方法。
【請求項２】
前記混在領域が、前記第１準安定状態と第２準安定状態を混在させる臨界電圧と、第１準安定状態と第２準安定状態が混在する状態から第２準安定状態に突入させる飽和電圧とのあいだである請求項１記載の双安定液晶セルの階調方法。
【請求項３】
前記二つの準安定状態の混在比率は、液晶セルに印加するリセットパルスと選択パルスの電圧の両方を変化させて調整することを特徴とする請求項１または２に記載の双安定液晶セルの階調方法。
【請求項４】
前記二つの準安定状態の混在比率は、液晶セルに印加する前記リセットパルスの電圧を固定し、前記選択パルスの電圧を変化させて調整することを特徴とする請求項１または２に記載の双安定液晶セルの階調方法。
【請求項５】
前記液晶セルに印加する電圧は、時分割駆動方式の電圧平均化法により調整することを特徴とする請求項１または２に記載の双安定液晶セルの階調方法。
【請求項６】
前記電圧平均化法は、コモン電圧のハイレベルをリセット電圧の臨界電圧未満にし、コモン電圧のローレベルを選択電圧の臨界電圧未満にし、セグメント電圧を所定の範囲内で変化させることによって、液晶セルに印加するリセット電圧と選択電圧を調整することを特徴とする請求項５記載の双安定液晶セルの階調方法。
【請求項７】
前記液晶セルに信号電圧を印加するスイッチング手段として、薄膜トランジスターを使用することを特徴とする請求項１記載の双安定液晶セルの階調方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は双安定液晶セル（Bistable Twisted Nematic Cell）の階調方法に関する。さらに詳しくは、とくに二つの準安定状態をもつ双安定液晶セルに印加する電圧レベルを調節して多階調を具現できる双安定液晶セルの階調方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶は物質特性上、長軸方向と短軸方向の誘電率が異なるために、外部の電界によって配列方向が変わる。
【０００３】
とくに、ネマティック液晶にカイラル物質が添加された双安定液晶は、０度と３６０度の二つの準安定状態をもつものであり、このような双安定液晶を採用した液晶表示装置は、そのスイッチング速度を速くすることが可能でありながらも低電力駆動が可能なため、動画像の具現により有利である。またその視野角が広くコントラスト比が高いという長所をもっているなどの全般的に優秀な特性をもっているので、未来の情報化時代に主導的な役割をする表示装置の一つとして注目されている。
【０００４】
双安定液晶セルは、印加される電界によって二つの準安定状態になる双安定特性をもっており、多階調を具現するのに有利である。
【０００５】
このような特性をもった双安定液晶セルのスイッチングタイムを減らして多階調を具現できるようにした駆動方式に関して、本出願人は韓国特許出願第９８−８５２号を出願している。
【０００６】
この出願では、単に双安定液晶セルに印加する駆動信号であるリセットパルスと選択パルスとのあいだに休止時間を与えて、液晶分子が応答するスイッチングタイムを２μｓまで減らすようにすることによって、フレーム変調による動画像の多階調を具現した。
【０００７】
しかし、前述した双安定液晶セルの階調方法は、複数個のフレームを一つの単位として階調表示を行なうものであり、何段階の階調が可能かどうかは前記スイッチングタイムに依存する。そのために、高解像度画面において動画像の多階調を具現するには限界があり、現在はスイッチングタイムを支援するドライバー接続素子さえ開発できずにいる実情であって実用化が難しいという問題点を抱えている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の問題点を解決するためになされた本発明は、双安定液晶セルがもっている双安定特性を利用してスイッチングタイムを減らさなくても高解像度の動画像で、多階調を具現できる双安定液晶セルの階調方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の双安定液晶セルの階調方法は、初期配向角がθ１のツイスト状態にある液晶分子が、リセットパルスの印加後に印加される選択パルスの電圧レベルによって、前記初期角度θ１から液晶分子の転移角度θ２を引いた角度θ１−θ２にツイストされる第１準安定状態と、前記初期角度θ１に液晶分子の転移角度θ２を加算した角度θ１＋θ２にツイストされる第２準安定状態をもつ双安定液晶セルの多階調を表示する方法であって、二つの準安定状態が混在して現われる混在領域内で液晶セルに印加する電圧を調整することによって、前記二つの準安定状態の混在比率を変化させて多階調を表示することを特徴とする。
【００１０】
前記混在領域が、前記第１準安定状態と第２準安定状態を混在させる臨界電圧と、第１準安定状態と第２準安定状態が混在する状態から第２準安定状態に突入させる飽和電圧とのあいだであるのが好ましい。
【００１１】
前記混在領域が、液晶セルに印加される電圧の上昇により第１臨界電圧と第１飽和電圧とのあいだにおいて形成される第１混在領域と、第２臨界電圧と第２飽和電圧とのあいだにおいて形成される第２混在領域として現われるのが好ましい。
【００１２】
前記第１混在領域と第２混在領域の中のどちらか一つの領域内において電圧を調整することにより多階調を表現するのが好ましい。
【００１３】
前記二つの準安定状態の混在比率は、液晶セルに印加するリセットパルスと選択パルスの電圧の両方を変化させて調整するのが好ましい。
【００１４】
前記二つの準安定状態の混在比率は、液晶セルに印加する前記リセットパルスの電圧を固定し、前記選択パルスの電圧を変化させて調整するのが好ましい。
【００１５】
前記液晶セルに印加する電圧は、時分割駆動方式の電圧平均化法により調整するのが好ましい。
【００１６】
前記電圧平均化法は、コモン電圧のハイレベルをリセット電圧の臨界電圧未満にし、コモン電圧のローレベルを選択電圧の臨界電圧未満にし、セグメント電圧を所定の範囲内で変化させることによって、液晶セルに印加するリセット電圧と選択電圧を調整するのが好ましい。
【００１７】
前記液晶セルに信号電圧を印加するスイッチング手段として、薄膜トランジスターを使用するのが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明をより具体的に説明する。
【００１９】
まず、本発明の理解を助けるため、図６〜図７を参照しつつ本発明にかかわる通常の双安定液晶セルの動作特性について説明する。
【００２０】
無電界の初期状態において、双安定液晶セル１０内の液晶分子１１は図６（ａ）のようにツイスト角度がθ１の配向状態をしている。
【００２１】
このような初期状態において、図８に図示したように一定電圧（Freedericksz電圧）以上のリセットパルスを所定電圧Ｖｒで所定時間Ｗｒ印加すると、液晶分子１１は、図６（ｂ）のように基板１０ａ面に対して垂直に立つホメオトロピック（homeotropic）状態になり、リセット電圧Ｖｒが下がって休止時間Ｗｄの経過後、液晶分子のツイスト角度は初期のθ１の状態に戻らず、図７（ｂ）に図示したように、θ１＋θ２の第２準安定状態（ブラックモード）になり、これがメモリー効果によって所定時間維持されたのち、初期状態に戻る。
【００２２】
一方、双安定液晶セル１０にリセットパルスを印加し、休止時間を与えたのち、再び臨界電圧より高い選択パルスの電圧Ｖｓを一定時間Ｗｓ印加すると、液晶分子１１はホメオトロピック状態から図７（ａ）に図示したように、θ１−θ２の第１準安定状態（ホワイトモード）になり、それを所定時間維持する。
【００２３】
前記θ１は、配向膜のラビングによって変化する初期配向角であり、前記θ２は液晶分子がツイストされる転移角度であり、今まで知られているのは１８０度程度である。
【００２４】
したがって、前記θ１を１８０度になるように液晶分子を配向させ、図９のような波形のパルスを印加した場合、ＰＳ１区間において液晶分子は３６０度にツイストされたブラックモードになり、ＰＳ２区間では液晶分子は０度ツイストされたホワイトモードになる。ただし、前記ホワイトモードとブラックモードは偏光板の付着角度によりお互いに反転する。
【００２５】
本発明は図５（ａ）および図５（ｂ）に図示したように、パネル２上の単位画素２４内にホワイトモードＷとブラックモードＢを混在させると同時に、その混在比率を液晶セルに印加する電圧レベルを変化させて調整することによって、動画像のフルカラーを具現できるようにする。
【００２６】
つまり、本発明の初期角度θ１から液晶分子の転移角度θ２を引いた角度θ１−θ２にツイストされてホワイトモードを表示する第１準安定状態と、初期角度θ１に液晶分子の転移角度θ２を加算した角度θ１＋θ２にツイストされてブラックモードを表示する第２準安定状態とが単位画素２４内に混在して現われる混在領域内において、液晶セルの単位電極に印加する電圧を変化させることによって、前記二つの準安定状態、すなわちホワイトモードとブラックモードの混在比率を変化させるのである。
【００２７】
ここで、前記混在領域は、第１準安定状態と第２準安定状態が混在し始める臨界電圧と第１準安定状態と第２準安定状態が混在する状態から第２準安定状態に突入させる飽和電圧とのあいだである。
【００２８】
したがって、双安定液晶セルに印加する駆動信号の電圧レベルを臨界電圧と飽和電圧とのあいだで調節すれば、単位画素内に分布する液晶分子をツイスト角がθ１−θ２である第１準安定状態とツイスト角がθ１＋θ２である第２準安定状態で混在させることができ、この混在比率を調整して液晶の透過度を変化させることができる。
【００２９】
図１は、本発明における電圧の変化に対する液晶セルの透過度（Transmittance）を示した特性線図である。この図は一定区間において液晶セルに印加するリセットパルスおよび選択パルスの電圧に依存して液晶の透過度が変化することを示している。
【００３０】
前記のような結果データは、双安定液晶セルに印加するリセットパルスの電圧Ｖｒと選択パルスの電圧Ｖｓの比を５０：７、リセットパルスの幅Ｗｒは５００ｍｓ、選択パルスの幅Ｗｓは５０μｓ、リセットパルスと選択パルスとのあいだに与える休止時間の幅Ｗｄは５００ｍｓとし、そしてリセットパルスの電圧Ｖｒを３０Ｖから５０Ｖまでゆっくりと変化させながら液晶セルの透過度の変化を測定して得たものである。
【００３１】
前記結果により、液晶の透過度が可変させられる電圧の範囲（混在領域ＭＤ）は、液晶セルに印加する電圧が臨界電圧Ｖｔｈになる時点、つまりブラックモードＢの領域がおわる部分から現われ、前記混在領域ＭＤ内における混在比率は液晶セルに印加される電圧の上昇にしたがって変化して液晶の透過度を増加させる。液晶セルに印加される電圧が飽和電圧Ｖｓａｔに至れば、混在領域ＭＤは消え、ホワイトモードＷになることが分かる。
【００３２】
したがって、リセットパルスおよび選択パルスの電圧を同じ変動率にして可変させると多階調を表示できる。このようにリセットパルスと選択パルスの電圧を調節するためには、図２に示したようにコモン電圧とセグメント電圧の電位差を与える電圧平均化法を使うことが望ましい。
【００３３】
図示したコモン電圧のハイレベルＶＨは、リセットパルスの電圧を与えるためのものであり、コモン電圧のローレベルＶＬは選択パルスの電圧を与えるためのものである。このとき、前記コモン電圧のＶＨおよびＶＬのレベルは、前述したリセットパルスおよび選択パルスの臨界電圧Ｖｔｈ未満にしなければならないが、それはセグメント電圧の調節によって、前記リセットパルスおよび選択パルスの臨界電圧Ｖｔｈ以上の駆動電圧を付与するためである。
【００３４】
つまり、液晶セルをスキャンニングするコモン電圧のＶＨおよびＶＬにそれぞれリセット電圧および選択電圧の臨界電圧Ｖｔｈ未満の電圧を加え、セグメント電圧によって前記リセット電圧および選択電圧を臨界電圧Ｖｔｈ以上に調節して図１に図示した混在領域ＭＤからホワイトモードＷ領域まで透過図を変化できるようにする。
【００３５】
図３は、コモン電圧をＶＨとＶＬに固定してセグメント電圧を変化させながら測定した液晶の透過度特性を示している。
【００３６】
このような測定データは、本出願人の繰り返し試験によって得られたものであり、つぎの実施例を通じて試験に使用した液晶表示装置の試験方法と駆動条件について説明する。
実施例
本発明の実施例で使用した液晶表示装置の試験方法は、下記のごとくである。
【００３７】
使用液晶：ＺＬＩ−１５５７（ドイツのメルック(Merck)社製）
配向剤：ＳＥ−３１４０（日本のニッサン化学社製）
Ｃｅｌｌ−Ｇａｐ：２．２μｍ
液晶の初期配向角：１８０度
上下偏光板の角度：配向膜のラビング角度に対して４５度にし、二枚の偏光板をお互いにクロスさせる。
【００３８】
そして、前述した試験方法で製作した液晶表示装置を、図２に図示したようにコモン電圧とセグメント電圧による電圧平均化法で駆動させる。その電圧レベルは、コモン電圧のＶＨを５０Ｖにして５００ｍｓ、コモン電圧のＶＬは２Ｖにして５０μｓ間印加して固定し、セグメント電圧の時間幅は５０μｓにして−３Ｖから−６Ｖまでゆっくりと変化させる。
【００３９】
このようにコモン電圧のＶＨおよびＶＬをそれぞれリセットパルスおよび選択パルスの臨界電圧Ｖｔｈ未満に固定し、セグメント電圧を変化させることによって、リセットパルスおよび選択パルスの電圧をそれぞれ臨界電圧Ｖｔｈと飽和電圧Ｖｓａｔとのあいだで可変させる。それにより単位画素２４内に一緒に分布している第１準安定状態のホワイトモードＷと第２準安定状態のブラックモードＢの混在比率を調節して液晶の透過度を変化させることによって多階調を具現できる。
【００４０】
このように単位画素当たりの透過度を調節することができる双安定液晶セルは、前記の混在領域ＭＤ内においても液晶分子が０度および３６０度の準安定状態と同じメモリー効果をもっていてこそ多階調の具現が可能である。
【００４１】
それを確認するために行なった数回の反復試験によると、特定の電圧範囲内において液晶分子は０度および３６０度の準安定状態と同じメモリー効果をもつことが確認され、そのメモリー時間はつぎの表１に示したとおりである。ただし、コモン電圧はＶＨを５０Ｖにして５００ｍｓ、ＶＬを２Ｖにして５０μｓ間印加する。
【００４２】
【表１】
0004477160.tif 000002
【００４３】
このように双安定液晶セルの液晶分子は、混在領域ＭＤ内においてもメモリー効果をもつことにより多階調の画像表示を可能にする。
【００４４】
一方、前記の混在領域ＭＤは、液晶材料の物性やパルス印加方法によって多数回現われることもあるので、本発明の階調方法は前述したような一回の混在領域の特性をもった双安定液晶セルに適用することに限らず、複数回の混在領域の特性をもった液晶セルにも適用できる。
【００４５】
たとえば、図４に図示したように液晶セルに印加する電圧の上昇によって、第１臨界電圧Ｖｔｈ１と第１飽和電圧Ｖｓａｔ１とのあいだに存在する第１混在領域ＭＤ１と、第２臨界電圧Ｖｔｈ２と第２飽和電圧Ｖｓａｔ２とのあいだに存在する第２混在領域ＭＤ２が現われる場合、このような特性をもった液晶セルを採用した液晶表示装置は、前記の第１混在領域ＭＤ１と第２混在領域ＭＤ２の中から一つの領域だけを選択して液晶セルに印加する電圧を調整することによって多階調を表示できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は双安定液晶セルに印加する電圧の調節によって、単位画素内に双安定液晶セルがもっている二つの準安定状態が混在されるようにすると同時に、その混在比率を調節することによって階調表示が可能になって高解像度の動画像をフルカラーで具現できる。
【００４７】
一方、本発明は特定の望ましい実施例に限られることなく、請求項に記載された範囲内において当業界の通常の知識によって多様な応用が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における電圧変化に対する液晶セルの透過度の特性線図である。
【図２】本発明の実施例による液晶セルの駆動信号波形図である。
【図３】図２の波形で駆動させた液晶セルの透過度の特性線図である。
【図４】本発明の実施例による混在領域を示したグラフである。
【図５】本発明によって具現される二つの準安定の混在状態を示したパネルの正面図およびそのパネルを形成する画素の液晶層配列状態図である。
【図６】本発明にかかわる通常の双安定液晶セルのツイスト状態図である。
【図７】本発明にかかわる通常の双安定液晶セルのツイスト状態図である。
【図８】本発明にかかわる通常の双安定液晶セルの駆動パルス波形図である。
【図９】本発明にかかわる通常の双安定液晶セルの駆動パルス波形図である。
【符号の説明】
２４  単位画素
Ｗ  ホワイト領域
Ｂ  ブラック領域
ＭＤ  混在領域域
【図１】
0004477160.tif 000003
【図２】
0004477160.tif 000004
【図３】
0004477160.tif 000005
【図４】
0004477160.tif 000006
【図５】
0004477160.tif 000007
【図６】
0004477160.tif 000008
【図７】
0004477160.tif 000009
【図８】
0004477160.tif 000010
【図９】
0004477160.tif 000011