JPH07507643A - 強誘電性液晶ディスプレイの電気的アドレッシング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 強誘電性液晶ディスプレイの電気的アドレッシング強誘電性液晶混合物を含むス イッチング及びディスプレイ装置は、例えば、欧州特許第８００３２３６２号明 細書（米国特許第Ａ４，３６７．９２４号明細書）に開示されている。液晶光バ ルブは、例えば、電気的スイッチングによって、入射光線（及びおそらくは再反 射光線）の強度または相を調節するようにそれらの光学的透過性を変更する装置 である。多数のこのような光バルブを組合せて、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を 形成することができる。例としては、公知の時計及び計算機ディスプレイまたは ＯＡ（オフィス　オートメーション）およびＴＶセクターにおける液晶ディスプ レイがある。しかしながら、これらには更に、写真複写機、印刷機等で用いられ る光シヤツターがある。いわゆる「空間光変調器」も、液晶光バルブの応用分野 の中にある（液晶装置ハンドブック、日刊工業新聞社、東京、１９８９：ｌ５Ｂ Ｎ４−５２６−０２５９０−９Ｃ３０５４及びこれらに記載されている論文を参 照されたい）。

電気光学的スイッチング及びディスプレイ装置は、通常はＦＬＣ層から出発して 、少なくとも一つの配向膜、電極及び限定プレート（例えば、ガラス製）の順序 である層によってＦＬＣ層が両側を囲まれるように構成される。更に、それらは 、「ゲスト−ホスト」モード若しくは反射モードで操作されされる場合には１個 の偏光子を含み、または透過複屈折モードが用いられる場合には２個の偏光子を 含む。スイッチング及びディスプレイ素子は更に、所望ならば、拡散バリアまた は絶縁層などの補助層を含んでいてもよい。

限定プレート間の距離を充分に小さく選択すると、このような配向膜は、ＦＬＣ 混合物のＦＬＣ分子を、分子の長袖が互いに平行になるような配置にし、スメク チック面は配向膜に対して垂直に配置されるかまたは傾斜する。この配置におい て、分子は２種類の等価の配向を有することが知られており、電界をパルス様に 印加することによって、分子はこれらの配向間で切り換えられる。すなわち、Ｆ ＬＣディスプレイは双安定性スイッチングが可能である。応答時間はＦＬＣ混合 物の自発分極に逆比例し、マイクロ秒の範囲内である。

工業的実施においてなお通常見られるものであるＬＣディスプレイに対するＦＬ Ｃディプレイの主な利点は、達成しつるマルチプレックス比、すなわち、タイム ・シーケンシャルプロセス（「マルチプレックスプロセス」）でアドレッシング しつる最大ライン数が、従来のＬＣディスプレイとは対照的に、ＦＬＣディスプ レイにおいては事実上無制限であることにあると考えられる。

強誘電性液晶（ＦＣＬ）において、ディスプレイにおける実際の使用（Ｎ、　Ａ 。

クラーク（Ｃ１ａｒｋ）　、Ｓ、Ｔ、ラガーヴアル（Ｌａｇｅ　ｒｗａ　ｌ　ｉ ）、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、Ｌｅｔｔ、３６　（１９８０）　８９９）；に、コン ド−（Ｋｏｎｄｏ）　ら、Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２７　（１９８８ ）　４６４　；ＨＯＥ８９／Ｆ１５７）には、スメクチック層が均一であり、且 つ、特に一定の配向であることが必要である。層垂線はディスプレイ面にほぼ平 行であり、それらの平均方向はディスプレイ面の全体にわたって同様の状態であ るべきである。このことにより、最大コントラスト及び／または最大輝度を全デ ィスプレイ上で達成することができるように、用いられる偏光子を液晶に相対し て配向させることができる。

スイッチングプロセス中に、分子は、それらに相対する層垂線を変化させること なく、ディスプレイ面の異方性屈折率の優先方向を変化させる状態に切り換えら れる。ここでの物理的理想は、複屈折効果が用いられる場合には４５°、および ゲスト−ホストモードが用いられる場合には９０°の角度変化である。

ディスプレイ製造中の配向プロセスにおいては、通常、液晶を加熱した後に室温 まで再冷却する。冷却中、特にスメクチックＡ相からスメクチックＣ相への転移 において、スメクチック層厚みは一般に低下していわゆるシェブロン構造（定義 ：Ｔ、Ｐ、リーカ−（Ｒｉｅｋｅｒ）　ら、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、５９ ゜２６５８）が生じ、続いて、ディスプレイのスイッチング中の異方性屈折率の 優先方向の角度変化を有意に減少させ、このようにして例えば、最大可能輝度を 制限する。

それにもかかわらず、最大スイッチング角度を達成する一つの方法は、交流電界 によるいわゆるテクスチャ変更である。ここでは、シェブロン中で曲がったスメ クチック層は、配向して準ブックンエルフ構造（定義：Ｒ，デュバル（Ｄｕｂａ 　ｌ）　、Ｃ，１シ＋−（Ｅｓｃｈｅｒ）、Ｄ、オーレンドルフ（Ｏｈｌｅｎｄ ｏｒｆ）、Ｐｒｏｃ、ｏｆ　ｔｈｅ　６ｔｈ　Ｉｎｔ。

Ｓｙｍｐ、Ｅｌｅｃｔｒｅｔｓ、オックスフォード、英国、３４４頁；サトー（ Ｓａｔｏ）ら、Ｊａｐ、Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、２８．Ｌ　４８３　（１９８ ８））を生ずる。これは例えば、室温でまたは高温、例えば、最大動作温度で行 なうことができる。

現在、ディスプレイを加熱し、そして電界処理温度を越える臨界温度を越えた場 合に、ディスプレイ面においてその時点まで未変化であった層垂線が傾斜するこ とがあるということが分かっている（Ｚ、シュアン（Ｚｈｕａｎｇ）　、Ｎ、Ａ 。

クラーク（ＣＩ　ａ　ｒｋ）　、Ｍ、Ｒ，メドゥズ（Ｍｅａｄｏｗｓ）　、Ｐｈ ｙｓ。

Ｒｅｖ、Ａ、４５　（１０）、１９９２）、次に、冷却すると、シェブロン構造 が再度形成される。電界処理することな（再加熱すると、最初の電界処理後にＳ Ｉ相でそれまでに達せられた最大温度を越えた場合にのみ更に傾斜する。しかし ながら、更に電界処理すると、更に加熱し且つ冷却することの効果は累積し且つ 増加する。このことにより、ディスプレイの長期機能性は、コントラスト及び輝 度の悪化のために並びにゴーストイメージの出現のために実際上極めて危うくな り、電界処理技術が全体として疑問となる。電界処理することなく層傾斜を観察 することは、これまで不可能であった。

意外にも、上記の累積効果は、上述のサイクル中に臨界温度より高い温度で書き 込みスイッチング状態を変化させる場合に減少することが見いだされた。

臨界温度とは、規定数の加熱サイクルそれぞれの間に到達した温度であって、こ のために層傾斜の累積効果がある一定の許容値に達するような温度であると定義 される。

したがって、本発明は、ＦＬＣスイッチング及び／またはディスプレイ素子のス メクチック層の空間的配向を安定化する方法であって、該スメクチック層の最初 の位置は電界処理によって変更されており、非動作中及び／または動作温度範囲 を含む予め決定された温度範囲外のある一定温度に達した場合に該素子を交互に 切り換えることを含む上記方法に関する。

したがって、スイッチング状態は多くとも１回、例えば、臨界温度を越える毎に 変化させることができる。更に、好ましくは、この動作中に達した一層高い最大 温度でその効果が一層顕著であるという事実を、前の加熱段階中にどのようなス イッチング状態においてどのような最大温度が達せられたかにより、臨界温度を 頻繁に越えた場合に形成されるスイッチング状態に重み付けをすることによって 考慮に入れることができる。

好都合な重み付けは、例えば、スメクチック層のチルト角の温度による変化を記 載する検量線に関して行なうことができる。この検量線は、光バルブのアドレッ シングの電子制御中に、当業者に知られている適当な方法で予め決定され且つ作 成されるべきである。

本発明の更に好ましい実施態様によれば、層傾斜は、臨界温度を越えたときに電 気的アドレッシングによってスイッチング状態を常に変化させることにより防止 される。これは、電界処理によって、テクスチャ変更によって、及び／または短 スイッチングパルスによって達成することができ、後者がエネルギー節約になる 。スイッチング変化間の時間は、特に、温度変動および予想される効果の大きさ に応じて決定することができる。望ましい効果は、選択されたスイッチング変化 頻度が高いほど一層完全で且つ確実である。一方において、スイッチング変化頻 度が低いことはエネルギー節約の理由で望ましい。冷却操作中に、一定温度にお いておよびＳ、。相を越える温度に達した場合には、この理由により追加のスイ ッチングを省略することができる。好ましい頻度の範囲は、１日１回のスイッチ ング変化と液晶の最大スイッチング頻度との間の頻度である。温度サイクル後、 所望の温度に達した場合にテクスチャ変更を再度行なうことができ、したがって 、１回だけのサイクル後に最初の状態に回復させることができる。この方法のも う一つの利点は、ビクセル間のいかなる温度差とも無関係に、各ビクセルが自動 的に正しい補正を行なうことである。この場合、温度変化中の層傾斜についての 正確な先行知識も必要がない。

スイッチング変化に適当なシグナル形状は、連続的（例えば、長四角形および正 弦波形シグナル）及び／またはパルス状の電気的アドレッシングである。光バル ブの通常の動作に用いられるアドレッシングスキームを用いることができる。

更に、反対極性のパルスの間に休止期間を有するシグナルは、休止期間を伴わな いものよりも有効である場合があることが分かった。

上記の往復のスイッチングは、理論上、いずれのスクリーンパターンについても 実施することができる。最後に示されたイメージの反転は、イメージ情報が保持 されているので独特の品質を有する。更に、少なくとも規則的な動作におけるイ メージ反転動作は、使用者に対して高温の状態であることを示す。

該方法は、剪断によってブックシェルフ構造が生じるディスプレイにも用いるこ とができる。

例えば、再充電可能または標準的な電池による永久給電は、ディスプレイが用い られていない場合でも（「スイッチオフ状態」でも）電気的アドレッシングを実 施するために、本発明による方法に不可欠である。永久給電は、更に、他の機能 （クロック、記憶装置等）にも用いることができる。更に、本発明による方法を 制御するために、ディプレイの温度及び／または温度変化を１個または複数のセ ンサーによって測定し及び／または記憶することができる。電子制御の場合、用 いられる方法は、ディスプレイの新規のアドレッシングが起こりつるように実施 されるべきである。

対応する手順は、低温まで冷却した場合に生じつる層の傾斜に適合しつる。

更に、該方法を用いて、他の望ましくない作用、例えば、ゴースト作用（表面記 憶作用）を排除することができる。したがって、「スイッチオフ状態」における ディスプレイの新規のアドレッシングを、温度を制限することな〈実施すること は好都合である。

所望ならば、スイッチング変化の適当な選択によって、任意の特定の層チルトを 生じさせることも可能である。

本発明は、更に、ＦＬＣスイッチング及び／またはディスプレイ素子のスメクチ ック層の空間的配向を安定化させるための装置であって、該スメクチック層の最 初の構造は電界処理によって変更されており、（ａ）永久給電、 （ｂ）　ドライバＩＣ。

（Ｃ）少なくとも１個の温度センサー、（ｄ）ディスプレイ及び／またはスイッ チング状態の温度及び／または動作／非動作に関する情報、並びに検量線および ディスプレイ前歴の任意の記憶値を対応するスイッチング変化状態に変換する少 なくとも１個の制御素子、及び、所望の場合には （ｅ）記憶装置 を含む装置に関する。

本発明による方法を使用することにより、準ブックシェルフ構造が反復再生され る場合においてさえも、スイッチング及びディスプレイ装置の長期機能性が確実 となり、そしてコントラストおよび輝度の悪化並びにゴーストイメージの発生が 防止される。

本発明による方法は、強誘電性液晶を含むかまたは電気治療的（ｅｌｅｃｔｒｏ ｃｌｉｎｉＣ）スイッチング（電気治療的スイッチングの定義：Ｓ、ガロフ（Ｇ ａｒｏｆｆ）ら、Ｐｈｙｓ、Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、３８　（１９７７）　８４８） を可能にする光学的スイッチング及び／またはディスプレイ装置の全種類におい て、例えば、５ＳＦＬＣ（表面安定強誘電性液晶）　、ＳＢＦ　（短複屈折強誘 電性）またはＤＨＴ（変形ヘリックス強誘電性）ディスプレイで用いることがで き、これら全部についてゲスト−ホストモードまたは複屈折モードで動作させる ことが可能である。

本発明を実施例によって更に詳細に説明する。

実施例 以下のＦＬＣ混合物を実施例に用いる（数字データはモル％を表わす）。

混合物は、相系列：Ｓ、”　６２．５　８Ａ　６９　Ｎ”　８３　１を有する。

実施例１ 前述のＦＬＣ混合物の一つを、ＩＴＯ電極および表面修飾マレイミド−スチレン コポリマーの配向膜を有する２、５μｍダブルビクセルのセル中に導入する。

表面の修飾は、化合物Ｚ１を用いて行なわれる。

この種類のセルは、ドイツ特許出願第Ｐ４２１２８９３．５号明細書に記載され ている。以下の加熱サイクルを実施する。

第一サイクル：２５℃でのテクスチャ変更（１０Ｈｚ、矩形１５Ｖ／μｍ、３分 間）両方のピクセルを暗状態に切り換える 右側ピクセルをアドレッンングスキーム（パルス間隔２００ｍ５、パルス幅５０ μｓ（交流双極矩形パルス））によって切り換える ６３．５℃（Ｓ、”−３ＡをＩＫ越える）まで１分間で加熱層チルト（ＬＴ）の 測定 ２５℃まで冷却、テクスチャ変更 層チルト（ＬＴ）の測定 第二サイクル、第一サイクルと同様 第三サイクル、第一サイクルと同様、ただし、５５℃までしか加熱せず、この温 度で１７時間状態調節する 第四サイクル：第一サイクルと同様、ただし、パルス間隔２秒問およびノくルス 幅５００ｍ５，６に／分で加熱する 層チルトは、偏光顕微鏡下での観察によって測定する。

結果を表１に示す。

表１ 得られた値は、本発明による方法を用いた場合に層傾斜が防止されていることを 確証する。

実施例２ 前述のＦＬＣ混合物の一つを、ＩＴＯ電極およびケイ素含有有機物質の配向膜を 有する１、５μｍセル中に導入する。

以下の加熱サイクルを、種々の電界形状を用いて実施する。

２５℃でのテクスチャ変更（１０Ｈｚ、矩形３０Ｖ／１．５ａｍ、１０秒間）第 一サイクル、　６０℃まで１分間で加熱、２５℃まで冷却、テクスチャ変更、コ ントラスト比および層チルトの測定第二〜第四サイクル；第一サイクルと同様セ ル１〜４において以下の電界形状を用いる。

セル１：電界なし セル２１反対極性のパルス間に４００ｍ５の休止を有する２Ｖ　１００ｍ５のパ ルス セル３・３Ｖ　Ｌｏｏｍｓの連続矩形パルスセル４：各サイクル間に９９ｍ５の 休止を有する１５Ｖ　１ｍｓのパルス結果を表２に示す。

表２ ＊　コントラスト比（ＣＲ） 層チルト（ＬＴ）［’コ これらの結果により、反対極性のパルス間に休止を有する電界形状（セル２）は 、これらの条件下において最も有効であると考えられる。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　６年１２月２８日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ＦＬＣスイッチング及び／またはディスプレイ素子のスメクチック層の空間 的配向を安定化する方法であって、該スメクチック層の最初の位置は電界処理に より変更されており、非動作中及び／または動作温度範囲を含む予め決定された 温度範囲を越えるある一定温度を越えた場合及び／または動作温度範囲を含む予 め決定された温度範囲未満のある一定温度未満に温度が降下した場合に、該素子 を交互に切り換えることを含む上記方法。
2. ２．スイッチング状態を、温度が一定温度を再度超える及び／またはそれ未満に 降下する毎に多くとも１回変化させる、請求項１に記載の方法。
3. ３．形成されたスイッチング状態の頻度に重み付けをする請求項１または２に記 載の方法。
4. ４．スイッチング状態を、一定温度より高い及び／またはより低い温度において 、常に再度変化させる請求項１に記載の方法。
5. ５．スイッチング及び／またはディスプレイ素子を、予め決定された温度範囲を 越えるある一定温度を越えた後の温度上昇の場合にのみ、かつＳｃ°相の温度範 囲においてのみ交互に切り換える請求項１に記載の方法。
6. ６．スイッチング及び／またはディスプレイ素子を、予め決定された温度範囲未 満のある一定温度未満に温度が降下した後の温度降下の場合にのみ交互に切り換 える請求項１に記載の方法。
7. ７．スイッチング及び／またはディスプレイ装置を、温度を制限することなく、 非動作中に交互に切り換える請求項１に記載の方法。
8. ８．電界が反対極性のパルス間に休止期間を有する請求項１に記載の方法。
9. ９．ＦＬＣスイッチング及び／またはディスプレイ素子のスメクチック層の空間 的配向を安定化させるための装置であって、該スメクチック層の最初の構造は電 界処理によって変更されており、該装置は、（ａ）永久給電、 （ｂ）ドライバＩＣ、 （ｃ）少なくとも１個の温度センサー、（ｄ）ディスプレイ及び／またはスイッ チング状態の温度及び／または動作／非動作に関する情報並びに検量線およびデ ィスプレイ前歴の任意の記憶値を対応するスイッチング変化状態に変換する少な くとも１個の制御素子、及び所望ならば （ｅ）記憶装置 を含むことを特徴とする上記装置。
10. １０．請求項１〜７の１項またはそれ以上に記載の方法を実施するための装置を 含むスイッチング及び／またはディスプレイ素子。