JP2014509756A - 急速なスイッチングを行う二重セル液晶装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3a
Description
液晶装置は、例えば、明状態と暗状態の間のスイッチングを実現する光シャッターとして用いられるが、特に、様々な液晶ディスプレイにおいて現在広く用いられている従来のネマチック液晶材料や利用可能な電子駆動技術を用いて、十分に急速なスイッチングスピードを実現することが困難であることが判明している。特に、ネマチック液晶材料の緩和は緩速な過程である。
液晶装置のスイッチングスピードを上げるための多くの解決法が提案されかつ試されているが、暗から明へ及び明から暗への短い時間でのスイッチングを同時に実現することが困難であることが判明している。
l=l0sin2δ/2,
ここで、δ=2πdΔn/λは、複屈折率Δn=ne−n0(neとn0は、其々、液晶材料の異常光線と常光線の屈折率である)によるセルの位相遅延を表しており、λは光源の波長である。
δtotal=δ1+δ2=2π(d1Δn1+d2Δn2)/λ
しかしながら、セルの光軸が90°をなす場合、2つの液晶セルのトータルの位相遅延は、
δtotal=δ1−δ2=2π(d1Δn1−d2Δn2)/λ,
か、またはさらに、以下のように合計として表すことができる。
δtotal=δ1+(−δ2)=2π[d1Δn1+d2(−Δn2)]/λ,
ただし、ここでΔn2は負号を有する。これは、本発明の適用を背景として用いられる表記である。
第1及び第2液晶セルの液晶材料は、(液晶装置の予期された動作状態に対する)ネマチック相において有利である。
このような制御電極は、上述した液晶セルの面外のスイッチングを提供するために有利に配置される。
さらに、これらの実施形態において、前記第1液晶セルの第2複屈折率はほぼゼロであり、第2トータル複屈折率がほぼゼロになる。これは、第2変調状態が、液晶装置が交差した偏光板の間に適切に設置されている場合、暗状態になることをもたらす。
VAセルは、VAセルが切替状態にある場合、VAセルの液晶分子が、VA/PA二重セル装置においてPAセルが緩和状態にある場合のPAセルの液晶分子とほぼ同じ方向に向くように有利に構成される。
特に、第1液晶セルと第2液晶セルは、セルギャップ,アンカリングの特性,電極構造などの液晶材料に関してほぼ同一の構成を有することができる。これは、液晶装置のトータル複屈折率が液晶セルの同時緩和中(第1液晶セルと第2液晶セルの切替状態から緩和状態への同時遷移中)に一定のままであるように、液晶装置を設計することを容易にするだろう。
第一に、VA/PA二重セル装置10とVA/PA二重セル装置10の例示的な駆動方式が図2及び図3a〜dを参照して説明される。図3a〜dは、図1のA−A’線に沿った断面における図1の液晶装置1の分解図で表された横断面図である。
図2において、第1液晶セル11(PAセル)の電極16,17にわたって供給される電圧VPA、及び、第2液晶セル12(VAセル)の電極21,22にわたって供給される電圧VVAが、図のような上部の2つの図において示されている。
下部の図において、図2に示されているPAセル11とVAセル12にそれぞれかかる電圧VPA及びVVAを供給することによって生じる、PAセル11の複屈折率(破線)、VAセル12の複屈折率(点線)、及び、VA/PA二重セル装置10の光応答(実線)が示されている。
下部の図において、図4に示されている第1PAセル31と第2PAセル32に其々かかる電圧VPA1及びVPA2を供給することによって生じる、第1PAセル31の複屈折率(破線)、第2PAセル32の複屈折率(点線)、及び、PA/PA二重セル装置30の光応答(実線)が示されている。
その上、当業者は、さらに、過度の負担なしに、適切な液晶材料,セル寸法,配向層,より複雑な駆動方式などを選択することができる。
Claims (14)
- 通過する光を変調するための液晶装置であって、該液晶装置は、
一対の第1基板の間に挟みこまれた複数の液晶分子を含む液晶材料を有する第1液晶セル、及び、
一対の第2基板の間に挟みこまれた複数の液晶分子を含む液晶材料を有する第2液晶セル、を含み、
前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルは、前記第1液晶セルを通過する光が前記第2液晶セルに達するような層状の構造として配置され、かつ、
前記第1液晶セルと前記第2液晶セルの其々は、液晶セルが第1複屈折率を示す緩和状態と液晶セルが第2複屈折率を示す切替状態の間で個別に制御可能であり、
液晶セルは、
前記第2液晶セルが緩和状態のままで、前記第1液晶セルが緩和状態から切替状態へ遷移することにより、前記液晶装置のトータル複屈折率が第1トータル複屈折率から第2トータル複屈折率へ変化して、前記液晶装置は第1光変調状態から第2光変調状態へ遷移し、かつ、
その後、前記第1液晶セルが切替状態のままで、前記第2液晶セルが緩和状態から切替状態へ遷移することにより、前記液晶装置のトータル複屈折率が第2トータル複屈折率から第1トータル複屈折率へ変化して、前記液晶装置は第2光変調状態から第1光変調状態へ戻るように遷移するように、配置され、かつ、構成される、ことを特徴とする液晶装置。 - 前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルは、前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルの切替状態から緩和状態への同時緩和中に、前記第1液晶セルの複屈折率と前記第2液晶セルの複屈折率の和が、第1トータル複屈折率として、ほぼ一定のままであるように配置され、かつ、構成されることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 前記第1液晶セルは第1制御電極及び第2制御電極を含み、前記第1液晶セルの第1制御電極及び第2制御電極は、前記第1液晶セルの第1制御電極と第2制御電極との間に電圧を加えることによって、前記第1液晶セルを緩和状態から切替状態へ制御することを可能にするように配置され、かつ、
前記第2液晶セルは第1制御電極及び第2制御電極を含み、前記第2液晶セルの第1制御電極及び第2制御電極は、前記第2液晶セルの第1制御電極と第2制御電極との間に電圧を加えることによって、前記第2液晶セルを緩和状態から切替状態へ制御することを可能にするように配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶装置。 - 前記第1液晶セルの第1複屈折率はゼロではなく、かつ、前記第2液晶セルの第1複屈折率はほぼゼロであり、前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルは、第1トータル複屈折率がゼロにならないように配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶装置。
- 前記第1液晶セルの第2複屈折率はほぼゼロであり、第2トータル複屈折率がほぼゼロになることを特徴とする請求項4に記載の液晶装置。
- 前記第1液晶セルは、前記第1液晶セルに含まれる液晶分子が一対の第1基板にほぼ平行に配置されるように、緩和状態において平面配向の構成であり、かつ、
前記第2液晶セルは、前記第2液晶セルに含まれる液晶分子が一対の第2基板にほぼ垂直に配置されるように、緩和状態において垂直配向の構成であることを特徴とする請求項4または5に記載の液晶装置。 - 前記第2液晶セルに含まれる液晶分子は、負の誘電率異方性を示し、
前記第2液晶セルの第1基板上に配置された第1制御電極、及び、前記第2液晶セルの第2基板上に配置された第2制御電極を含むことを特徴とする請求項6に記載の液晶装置。 - 前記第2液晶セルに含まれる液晶分子は、正の誘電率異方性を示し、前記液晶装置は、面内電場を作り出すために、前記第2液晶セルの第1基板上に配置された第1及び第2制御電極を含むことを特徴とする請求項6に記載の液晶装置。
- 前記第1液晶セルの第1複屈折率の大きさは、前記第2液晶セルの第1複屈折率の大きさにほぼ等しく、前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルは、第1トータル複屈折率がほぼゼロになるように相互に関連して配置されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の液晶装置。
- 前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルは、前記第1液晶セルが切替状態にあり、かつ、前記第2液晶セルが緩和状態にある場合、トータル複屈折率が実質的にゼロにならないように、相互に関連して配置されることを特徴とする請求項9に記載の液晶装置。
- 前記第1液晶セルと前記第2液晶セルの其々は、緩和状態において平面配向の構成であり、前記第1液晶セルと前記第2液晶セルの其々に含まれる液晶分子は、其々の基板にほぼ平行に配置されることを特徴とする請求項9または10に記載の液晶装置。
- 前記第1液晶セルと前記第2液晶セルの其々は、緩和状態において垂直配向の構成であり、前記第1液晶セルと前記第2液晶セルの其々に含まれる液晶分子は、其々の基板にほぼ垂直に配置されることを特徴とする請求項9または10に記載の液晶装置。
- 請求項1から12のいずれか1項に記載の液晶装置の作動を制御する方法であり、該方法は、
第2液晶セルが切替状態に留まるようにしながら、第1液晶セルを緩和状態から切替状態へ制御し、
前記第1液晶セルが切替状態に留まるようにしながら、前記第2液晶セルを緩和状態から切替状態へ制御し、かつ、
前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルを、其々の切替状態から其々の緩和状態へ緩和するように同時に制御する、各ステップを含むことを特徴とする方法。 - 前記第1液晶セルと前記第2液晶セルの其々は、前記第1液晶セル及び前記第2液晶セルの緩和中において、前記液晶装置のトータル複屈折率が、ほぼ一定のままであるように、其々の切替状態から其々の緩和状態へ緩和するように制御されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
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