JP3930565B2 - 強誘電性液晶表示装置のマルチプレックスアドレシング - Google Patents

Description

本発明は、強誘電性液晶（ＦＥＬＣ）表示装置のマルチプレックスアドレシングに関する。
かかる表示装置は、通常、それぞれ帯状電極を保持する二つのセル壁の間に含まれるＦＥＬＣ材料の層を具備し、帯状電極は、電極の交点において、アドレス可能な要素すなわち画素のｘ、ｙのマトリクスを形成している。
装置の一タイプは、表面安定化（surface stabilised）ＦＥＬＣ表示装置として知られている。例えば、Meyer, R. B., 1997 Molec. Crystalsliq. Crystals 40, 33およびClark, N. A. and Lagerwall, S. T., 1980, Appln. Phys. Lett. 36, 899を参照。これは、適当な振幅、時間、および符号の直流パルスによって、二つの分子配向の間で切り替えることができる。概念的には、液晶分子は、材料が切り替えられるときに円錐面のまわりを回転するものとして考えることができる。
従来技術のアドレシング方式（addressing scheme）の一つは、持続時間が二時間スロット（time slots）（ｔｓ）であり、第一の時間スロットにおいて振幅がゼロであり、第二の時間スロットにおいてＶｓであるストローブパルスを用いる。ストローブパルスはそれぞれのｘ行電極に順に連続して印加される。一方では、それぞれのｙ列電極に二つのデータ波形のうちの一つが印加される。データ波形は、それぞれのパルスが１ｔｓ続き、一方のデータ波形が他方の逆である、極性が交互に切り替わり（of alternate polarity）絶対値が等しい択一（alternative）直流パルス（＋Ｖｄ、−Ｖｄ）である。これは、単パルスストローブアドレシング方式と呼ばれている。
ＧＢ２，２３２，８０２号に記載されている他のアドレシング方式は、それぞれ１ｔｓ続く二つのパルスを有する、単パルスストローブ方式と同様のデータ波形と組み合わせた、ストローブ波形を用いる。先行のストローブは、ゼロであってもゼロでなくてもよく、様々な振幅および符号であってもよい。ストローブとデータの組み合わせ（合成（resultant）波形）によって、二つの異なる形状の、合成波形が提供される。これは、液晶材料の切り替え特性を変化させることにおいて有用である。一行のそれぞれの画素にアドレスするのにかかる時間が、ラインアドレス時間（lat）であり、上記方式については２ｔｓである。
上記のものの変形がＧＢ２，２６２，８３１号に記述されている。ここでは、前の方式と同様に、ストローブはそれぞれの行に順に印加され、それぞれの新しい行へのストローブの印加の間隔は２ｔｓである。加えて、ストローブ波形が次にアドレスされる行のアドレシング時間へと延長される、すなわち、時間の一部については、ストローブ波形が二行に同時に印加される。
他のアドレシング方式では、４ｔｓを用いてそれぞれの画素に一度にアドレスする。ストローブは１ｔｓの間ゼロであり、その後３ｔｓの間Ｖｓである。データ波形は、連続した時間スロットにおいて、振幅が−Ｖ_d、＋Ｖ_d、＋Ｖ_d、−Ｖ_d（またはその逆）である。
すべてのアドレシング方式で、必要なときに材料を切り替えねばならず、方式間で相違しているのは性能である。性能は、使用電圧（低い方が望ましい）、切り替え速度（高速が望ましい）、動作範囲（選択電圧と非選択電圧の間の大きな相違）、および画素パターンへの低い依存性、に関して規定される。二つの切り替え状態の間で高コントラストであることもまた、温度における動作範囲が広い方が有利であるのと同様、有利である。
上記で触れたように、分子は、それぞれの分子に切り替えトルクを印加する直流電圧を印加することによって、円錐の一方の側から他方の側へと切り替わる（例えば、理想的には配向方向に±２２．５°の間で切り替わる）。この切り替えトルクによって、（仮想）円錐面のまわりで切り替えが行われる。
以前のアドレシング方式は、事実上経験的なものであり、設計は実験的な観察の結果をベースにしたものであった。その結果、従来技術のアドレシング方式は、そして特にパルス形状は、最適化されていなかった。
本発明は、材料が切り替わっているときに印加されている場の形状を考慮することによって切り替えを改良するためにパルス形状をどのように設計することができるか、を述べる。
本発明は、分子が円錐面のまわりを回転する間に分子に印加される切り替えトルクを最大にすることによって切り替え性能を改良するものであり、これは、切り替えの間の合成電圧を変化させることによって達成される。
本発明によれば、強誘電性液晶表示装置にマルチプレックスアドレスする方法は、請求の範囲第１項に詳述するとおりである。
本発明によれば、二つのデータ波形は、多数のレベル（単にプラスマイナスＶ_dではない）、好ましくは直流バランスレベル、等価ｒｍｓレベルを有するが、必ずしも同じ形状ではない。ストローブパルスは、好ましくは、選択データ波形と非選択データ波形の両方と共に用いたときには同じであるが、多数の電圧レベルを有してもよい。
本発明によれば、マルチプレックスアドレスされる強誘電性液晶表示装置は、それぞれが液晶材料を配向するように表面処理された二つのセル壁の間に含まれるカイラルスメクチック液晶材料の層、アドレス可能な要素（画素）のマトリクスを提供するように配置された一方の壁上の第一の一連の間隔をおいて配置された帯状（行）電極および他方の壁上の第二の一連の間隔をおいて配置された（列）帯状電極、連続して第一の組の電極にストローブ波形を印加し第二の組の電極の電極に二つのデータ波形（選択および非選択）のうちの一つを印加するドライバ回路、を具備し、
二つより多い電圧レベル（ゼロレベルを含んでもよい）を有し、直流バランスと等価ｒｍｓ値を有する、選択と非選択の二つのデータ波形を発生する手段と、
ストローブ波形を発生する手段とを特徴とし、二つのデータおよびストローブ波形が共働して、ラインアドレス時間の間変化する合成値を提供し、切り替えられている材料分子への切り替えトルクを改良し、切り替えられていない分子への切り替えトルクを低減する。
データ波形は、少なくとも３ｔｓ、好ましくは４ｔｓよりも多く、例えば、５ｔｓ、６ｔｓ、７ｔｓ、８ｔｓ、またはそれ以上を有してもよい。
ストローブ波形は、二つまたはそれ以上のレベルでもよく、これらのレベルにはゼロレベルを含んでもよい。ストローブ波形の第一のパルスは、ＧＢ−２，２６２，８３１号におけるように、材料の切り替え特性を変化させるために振幅および符号において変化してもよく、波形の時間が別の行のラインアドレス時間へと延長してもよい。
表示装置材料は、ストローブの極性が交互の（alternate)フィールドで反転する二つのフィールドにおいてアドレスされて表示装置全体がその所望のパターンにアドレスされるフレームを作り上げてもよい。または、表示装置をブランクにしてその後一つのストローブ波形によって選択的に切り替えてもよい。直流バランスを維持するために、ブランキングおよびストローブの極性を周期的に逆にしてもよい。列電極に印加されるデータ波形の如何を問わず切り替えが行われるように、ブランキングには、振幅−時間の積が十分である一つまたはそれ以上のパルスを印加することが必要である。ブランキングは、一度に何らかの所望の連続の一つまたはそれ以上のラインであってもよい。ブランキングパルスは、ストローブによって直流バランスされていてもよく、直流バランスを提供する余分の部分を有していてもよい。
装置で用いる材料は、自発分極（Ｐｓ）と誘電二軸性（dielectricbiaxiality）（∂ε）の比が、好ましくは０．０１Ｃｍ^-2より小さく、例えば０．００１Ｃｍ^-2より小さい。
次に、本発明について、添付の図面に関して例としてのみ説明する。
第１図は、行および列ドライバを有するｘ、ｙ表示装置の概略図である。
第２図は、第１図の表示装置のセルの断面図である。
第３図は、多数の可能性のある配向構造の内の一つを示す、強誘電性液晶材料の層の概略図である。
第４図は、ＬＣ分子の二つの許容できる双安定の位置の一つおよびその円錐の仮想表面のまわりを動く包絡面（envelope）を示す概略図である。
第５図は、切り替えの間の液晶分子のいくつかの位置を示す、第４図の端面図である。
第６ａ図、第６ｂ図はそれぞれ、第５図の液晶分子の位置に対する強誘電および誘電トルクを示す図である。
第７ａ図、第７ｂ図は、切り替え円錐の周りのディレクタ（director）の位置に対する切り替えトルクおよび電圧を示す図である。
第８図は、第５図の材料を切り替えるのに適した合成波形の一例を示す図である。
第９図は、切り替えを行わない、第８図の波形と共に用いられる、合成波形を示す図である。
第１０図は、第１１図および第１２図に示す二つの異なるアドレシング方式での、一つの材料の切り替え特性を示すグラフである。
第１１図は、従来技術のアドレシング方式の一ストローブ、二データ、二合成波形を示す図である。
第１２図、第１２ａ図は、本発明の二つの四スロット方式についてのストローブ、データ、合成波形を示す図である。
第１３図ないし第１６図は、四スロット方式の異なる形状についての切り替え特性を示す図である。
第１７図は、三スロット方式についてのストローブ、データ、合成波形を示す図である。
第１８図は、六スロット方式についてのストローブ、データ、合成波形を示す図である。
第１９図は、八スロット方式についてのストローブ、データ、合成波形を示す図である。
第２０図は、第１７図の三スロット方式についての切り替え特性を示す図である。
第２１図ないし第２２図は、第１９図の八スロット方式についての非選択および選択の合成波形についての切り替え特性を示す図である。
第２３図は、異なる画素パターンの表示についての従来技術のアドレシング方式についての、Ｖｓ／Ｖに対するラインアドレス時間を示す図である。
第２４図は、異なる画素パターンの表示についての本発明の三スロットアドレシング方式についての、Ｖｓ／Ｖに対するラインアドレス時間を示す図である。
第２５図は、第１１図におけるような方式によってアドレスされる装置についての切り替え特性を示す図である。
第２６図は、本発明によってアドレスされる装置についての切り替え特性、異なる画素パターンの切り替え点への影響を示す図である。
第１図および第２図に示す表示装置１は、スペーサリング４および／または分散スペーサによって約１−６μｍ間隔をおいて配置した二つのガラスの壁２，３を具備する。透明な酸化スズでできた電極構造５、６が、両方の壁の内面に形成されている。これらの電極は、Ｘ、Ｙのマトリクスを形成する行および列として示しているが、他の形であってもよい。例えば、ｒ，θの表示装置用の放射状で曲線の形状であってもよく、デジタルセブンバー表示装置（digital seven bar display）用のセグメントの形であってもよい。
壁２、３およびスペーサリング４の間には、液晶材料の層７が含まれている。セル１の前後には、偏光子８、９が配置されている。行ドライバ１０および列ドライバ１１が、セルに電圧信号を印加する。二組の波形が発生して、行および列ドライバ１０、１１に供給されている。ストローブ波形発生器１２は行波形を供給し、データ波形発生器１３は列ドライバ１１にＯＮおよびＯＦＦ波形を供給する。タイミングおよび表示フォーマットの全面的な制御は、制御論理装置１４によって行われている。
組立前に、壁２、３は、例えばポリアミドまたはポリイミドの薄層のスピニングオン、乾燥、および適当な部分については硬化、によって表面処理が行われる。その後、柔らかい布（例えばレーヨン）で、単一方向Ｒ₁、Ｒ₂にこする。この公知の処理によって、液晶分子のための表面配向が与えられる。電場が印加されていない状態においては、分子は自らラビング方向Ｒ₁、Ｒ₂に沿い表面と約２°の角度をなして配向する傾向がある。ラビング方向Ｒ₁、Ｒ₂は、図示のように同じ方向に平行であるか、または装置のタイプによっては、逆平行であってもよい。適当な単向電圧が印加されると、分子のディレクタが、電圧の極性によって、二つの方向Ｄ₁、Ｄ₂のうちの一つに沿って配向する。理想的には、Ｄ₁、Ｄ₂の間の角度は約４５°であるが、これは材料によって変化する。
装置は、透過モードで動作しても反射モードで動作してもよい。前者においては、例えばタングステンバルブ１５からの装置を通る光が選択的に透過させられたり阻止されたりして所望の表示を形成する。反射モードにおいては、鏡１６が第二の偏光子９の背後に配置され、周囲光が反射してセル１および二つの偏光子８、９を通る。鏡１６が部分的に反射するようにすることによって、装置は透過モードでも反射モードでも動作することができる。
第３図は、層内の液晶分子２１の一配列を概略的に示す。第４図でよりはっきりとわかるように、分子（より正確には、ディレクタ）は、円錐２２の表面上に置かれているかのようになる傾向がある。セル壁２、３に隣接するところでは、強い配向力によって分子が傾斜し配向した方向につなぎ止められている。壁から遠いところでは、分子は二つの安定位置２１、２１’のうちの一つに示すように自ら配列する傾向がある。適当な極性の直流の電場が印加されると、分子と場が結合（coupling）し、分子は一方の切り替え位置２１（実線で示す）から他方の切り替え位置２１’（破線で示す）へと円錐２２のまわりを回転する。
本発明は、切り替えの間に印加される場の振幅を変化させることによって切り替えの間の分子へのトルクを最大にすることをねらい、これにより、切り替えを改良するものである。
第５図、第６ａ図、第６ｂ図は、分子がφａｃ（交流安定電圧の下での位置）からＡ、Ｂを通って、二つの切り替え状態の中間にあるφｓ（その後も動き続けて他方の切り替え位置φａｃ’に達する）に動くにつれてどのようにトルクが変化するかを示す。ディレクタには、強誘電トルクと誘電トルクという、二つの異なるトルクが作用している。第６ａ図の強誘電トルクは、印加電圧と比例し、ディレクタに作用して円錐面２２のまわりを回転させる力である。第６ｂ図の誘電トルクは、ディレクタの動きに抵抗する傾向があり、Ｖ ² に比例する。分子の切り替えを改良するために、材料に印加される電圧は、切り替わることが必要な画素について、ディレクタがφａｃからＡ、Ｂ、φｓを通って切り替わる時に、切り替えトルク（強誘電トルクと誘電トルクの差）が最大になるようにされている。切り替わらないことが必要な画素については、切り替えトルクは最小になる。
第７ａ図でわかるように、切り替え前には、ディレクタはゼロから約５０°の角度を有している。比較的小さい電圧である１０ｖを印加する結果、小さな正の切り替えトルクが発生し、ディレクタが動き始める。第７ａ図に示すように、約７４°のところで、電圧は２０ｖに増大でき、その後約８２°以上のところで、電圧は３０ｖ、４０ｖ、等６０ｖまで増大する。これと対照的に、最初に印加する電圧が例えば５０ｖと大きい場合には、誘電トルクが強誘電トルクを圧倒するために切り替えトルクは大きく負となり、それによって切り替えの速度が遅くなる。
本発明がどのようにマルチプレックス化された装置の性能を改良するかについての説明を、特に第５図、第６ａ図、第６ｂ図を参照して以下に述べる。第５図は、ディレクタの可能性のある配向の円錐の平面図を示す。液晶は、印加した電場にのみ応答して、配向角φが変化するにつれてこの円錐のまわりを動く。一方の表面から他方の表面への実際の装置の構成は複雑であり、配向および印加される電場によって決まる。簡単のために、ディレクタがサンプルを通じてある配向φをなしているという同一の構造を仮定する。電場を印加する結果、φを変化する傾向がある正味トルクが分子にかかるときに、切り替えが起こる。切り替えの速度は、トルクの大きさと分子が動いていく上での配向の全体的な変化によって決まる。強誘電性液晶装置は、正味の直流の場が円錐の片側（第５図の左または右のどちらか）を好む結果として切り替わる。最初の配向はφａｃであり（通常データ波形からの交流の場の効果の結果として生じる）、正しい極性の正味の直流がφｓに向かう再配向を起こす傾向があるときに、切り替えが起こる（ディレクタがいったんφｓを過ぎると、画素は保持（ラッチ）され、直流電圧を除去すると、円錐の他方の側、本例では左側に弛緩する）。
直流を印加することによって、第６ａ図に示す形の切り替えトルクが生じる。このトルクはＶにおいて直線状であり、極性に依存する−印加される直流電圧が高いほど、および／または印加の持続時間が長いほど、切り替えが高速になる。しかし、強誘電性液晶（ＦＬＣ）はまた、第６ｂ図に示すように誘電特性からのトルクへの寄与を有する。これらにより、通常０°または１８０°に近いφａｃある値で静電自由エネルギーが最小になる傾向があり、トルクはＶ²に関係する（そして、極性に依存しない）。通常の強誘電性材料については、高い場を除き、誘電性の項（ε₀．ＥεＥ）が強誘電性の項（Ｐ_sＥ）よりも小さい。従って、場が増大するにつれて、装置は高速になり、最小になると、誘電性の項の効果によって装置が低速になる。これが、τＶの曲線において最低点がある理由である。
弾性トルクおよび慣性トルクを無視すると、ディレクタにかかるトルクΓは、次式によって与えられる。

第７ａ図は、表１の材料およびセルのパラメータについての１０Ｖから６０Ｖの間の電圧についてのトルクの、ディレクタの配向φへの依存性を示す。Γが正の値であれば、φが９０°に向かって動き、負の値であれば、ディレクタが、交流場の安定した状態（AC field stabilised condition）φａｃに向かって動く。

与えられたディレクタの配向に対して、次式で与えられる最大トルクを与える切り替え電圧がある。

さらに、自明の（trivial）場合である
Ｖ＝０ （式３）
について、または強誘電トルクと誘電トルクがバランスされ反対である場合の

について、切り替えトルクがない電圧が存在する。後者の場合、これは最大トルクに必要な電圧の二倍である。これら三つの状態のφへの依存性を、第７ｂ図に示す。
与えられたディレクタの配向φについて、切り替えトルクがゼロから最大になってまたゼロに戻る変化をするある電圧範囲がある。この範囲の外では、切り替えトルクはゼロである。第７ｂ図においてハッチングを施した領域として示されたこの範囲の幅は、φと共に変化する。図において、最大トルクの値を実線で示し、ゼロトルクの限界を点線で示す。
ラインアドレス時間（ｌａｔ）の間に画素を最も速く切り替えるためには、画素に印加する電圧（ストローブとデータの合成波形）は、第７ｂ図に示す最大トルク曲線に従わねばならない。
切り替わる必要がない画素については、三つの解決法が考えられる。すなわち、（ｉ）ゼロの切り替えトルクを与えるゼロ電圧（しかし、一ラインのすべての画素にストローブを印加するので、非現実的である）、（ｉｉ）ディレクタを必要な切り替え方向と反対方向に動かす傾向のある電圧、（ｉｉｉ）ゼロの（または不十分な）切り替えトルクが画素において発生するのに十分高い（または低い）電圧。実際には、以下に第８図、第９図を参照して説明するように、（ｉｉ）と（ｉｉｉ）を組み合わせたものを用いて、アドレシングの間切り替えトルクが最大曲線から十分離れていて画素が切り替わらないようにすることができる。
装置は、ストローブ電圧が一度に一ラインに印加されるようにマルチプレックス化されており、画素が一つのデータ波形では切り替わるが別のデータ波形では切り替わらないようになっている。同一のストローブが列全体に沿って印加されるので、選択（Ｓ）と非選択（ＮＳ）の画素の識別は、データ電圧のみによる。従来技術の方式では、形状は同じだが極性が反対のＳおよびＮＳのデータの形を用いている。第１１図の従来技術の方式は、以下の方法で二時間スロットで動作する。
（０，１）Ｖｓ＋（１，−１）Ｖｄ
および（０，１）Ｖｓ−（１，−１）Ｖｄ
これらの方式は、０１＿１１と省略することができる。ただし、第１１図に示すように、第一の部分の数字は二スロットにわたるストローブのレベルを表し、第二の部分の数字はデータ電圧を表す。これまで説明してきたすべての方式において、データ波形は一ラインアドレス時間にわたって直流バランスされている（液晶の電気的ブレークダウンおよび同一の画素のパターンでの数フレームにわたる不所望の切り替えを防止するために重要である）。従って、この省略において、データ波形の極性を特定する必要はない。別のタイプの方式は、０１１１＿１１１１で表される方式である。
第１１図の方式は、τＶが最小である材料に最もよく適用される従来技術であり、以下の方法で作動する。ストローブ電圧は、時間スロットの第一の部分でゼロを含み、従って合成波形は＋Ｖｄまたは−Ｖｄのどちらかのプレパルスを有し、その後一スロットのＶｓ±Ｖｄが続く。最小のτＶ近くで動作することによって、選択パルスには（＋Ｖｄ，Ｖｓ−Ｖｄ）の合成波形が与えられ、非選択には（−Ｖｄ，Ｖｓ＋Ｖｄ）の合成波形が与えられる。プレパルスＶｄは、ディレクタをその最初の状態から、極性によってφ＝０またはφ＝９０°のどちらかの直流切り替え状態に向かって切り替え始める。その後Ｖｓが印加されると、ディレクタはもはやその最初の位置φａｃにはなく、選択パルスについては位置Ａ（第５図）、非選択についてはφ＝０のどちらかにある。これにより、自動的にＳとＮＳの波形の識別が改良される。従って、切り替えは、合成波形のＶｓ＋Ｖｄの部分ではなくＶｓ−Ｖｄの部分の結果として起こる。
本発明の方式の目的は、印加ストローブ電圧と共に、反対の状態にラッチされる画素の切り替えの過程を通して最大トルク（最速の応答を引き起こす）か、または変化しないままであるべき画素の役に立つ最小トルク（より幅広い識別のため）、のどちらかを引き起こす、データ波形を提供することである。これらの方式において、ＶｓとＶｄの両方が、３またはそれ以上の時間スロットにわたって印加される多数の電圧レベルを有してもよい。これによって、合成波形の精密な形状に対する制御の程度をはるかに大きくでき、従って、最適の速度、電圧、動作範囲により近くすることができる。使用するスロットの数が多くなればなるほど、制御の程度を大きくでき、最適の性能に近くすることができる。
第１１図の方式について上で説明した簡単にした状況（picture）は、合成波形の形状をどのように最適化するかを理解する助けとなる。すなわち、
（ｉ）プレパルスによって良好な識別ができる。これが高いほど（または、持続時間が長いほど）、Ｖｓでストローブのその部分を受け取る前にディレクタが円錐のまわりをより遠く（further）回り、動作範囲が広くなる。
（ｉｉ）切り替えの大部分は、レベルＶｓのストローブの部分によってなされる（これは、上で参照した従来技術の方式同様次のラインへと延長してもよいことに注意）。これは高速動作を行うのに十分な持続時間と振幅でなければならないが（好ましくは約τＶｍｉｎ）、これはＳとＮＳの画素の両方にわたって印加され、識別は専らＶｄによる。従って、ラインアドレス時間と動作範囲の間にはトレードオフがある。
第８図および第９図は、改良した方式の設計方法を説明するための、五スロット時間でどのように最適性能にアプローチするかを示す、合成波形である。正の電圧が切り替えをφ＝１８０°に向かって誘導すると仮定する。第８図の選択パルスを考える。これは、それぞれの時間スロットにおいて第７ｂ図に示す最大トルクに近づくように設計されている。最初の状態は、液晶の配向、ｒｍｓ電圧（交流場の安定を引き起こす）、前のラインからのデータ波形の影響によって設定される。この最初の状態は、通常約６０°であり、第７ｂ図が示すように、切り替えトルクは比較的低い電圧については最大である（この配向においては、誘電トルクからの寄与が大きいからである、第６図）。ディレクタがφ＝９０°に向かって切り替わり始めると、誘電トルクの重要性はますます少なくなり、より高い電圧で最大切り替えトルクに達する。従って、第８図に示す形の合成波形が切り替えに必要である。
変化しないままであるべき画素（非選択）がゼロ（またはそれ以下）ボルトか、上記式４で与えられる電圧よりも大きいかのどちらかの電圧を受ける場合には、最大幅の動作範囲が生じる。後者は、同一のストローブ電圧が最大トルク近くを与える合成波形をももたらさねばらなないので、非現実的であるかもしれない。非選択の合成波形についてのゼロトルクの軌跡のうちのどちらかに近い動作が、必要とされているものである。かかる波形の一例を第９図に示す。駆動方式がプレパルスで動作する（ＮＳの合成波形については負）ように設計されている場合には、ディレクタはその最初の状態からφ＝０°に向かって部分的に、例えば４０°に切り替わる。ここで、誘電トルクは比較的低く、比較的低い電圧によってゼロトルクが与えられる。ディレクタがφ＝９０°に向かって円錐のまわりを動いて戻るにつれて、最低トルクを与える電圧が増大する。ある時点において、式４に従った最低トルクを有する電圧が非現実的になるので、逓減的に小さい電圧を用いてトルクを最小に保つことを保証してもよい。
実際には、表示装置にわたってコントラストのばらつきを防止するために、データ波形はそれぞれのラインアドレス期間内で直流バランスされていなければならず、選択および非選択波形は、同一のｒｍｓ電圧レベルを有するべきである。本発明の用語においては、このことが暗黙に仮定されている。本発明の方式のいくつかの方式例を、表２に示す。これらの方式はみな、ストローブの最初のスロットにゼロを用い、データ電圧を高レベルにして良好な識別を行っている。このようにして、比較的低いｒｍｓ電圧レベルで識別を改良することができる。

最良の性能となる電圧の厳密な形は、セルの材料、配向、温度に従って変化する。表示装置の温度変化を補償する手段を設けることが重要である。これらの方式にも、ＶｓとＶｄのどちらかの大きさを変えたりストローブを次のラインへと延長する等の従来技術の方法が等しく適用可能である。しかし、これらの方式には、例えばどちらかの（または両方）のデータ波形の形状、ストローブ波形の形状を変化させたり、スロットの数を変化させたり（例えば、０１１＿１１０へ、更に０１１１＿１１００から０１１１＿１１０００へ等、変化させて）、これらの何らかの組み合わせ、等のさらなる（そして新規な）方法もまた利用できる。
第５図に示す回転の切り替え（選択）および非切り替え（非選択）を改良する二つの合成波形を第８図、第９図に示す。第８図を参照すると、合成電圧の最初において、ディレクタは低い値のφａｃを有しており、電圧レベルは低い。電圧は段階的に増大し、ディレクタは位置Ａ、ｂ、φｓを通って動く。その後も動き続け、さらに電圧を印加することなくφａｃ’に達する。切り替わる必要がない画素の合成波形を、第９図に示す。最初は電圧は小さく負であり、ディレクタが誤った方向にいくらか動く。その後、ディレクタがφＡ位置になるまで電圧が増大する。その後、合成波形は減少する。この第９図の合成波形の正味の効果は、誘電トルクが優勢であり、従って切り替えを妨げる（hindering）、ということである。
第１０図は、点線で示す従来技術の方式と本発明の一方式、という二つの異なるアドレシング方式の下でのカイラルスメクチック材料のτ（切り替えに要する時間）およびＶ（印加電圧）の切り替え特性を示す。材料は、印加電圧と時間の積に基づいて（ｏｎ）切り替わる。曲線よりも上で、材料は切り替わる。図示のように、材料は印加電圧の波形の形状にも感応する。上部の曲線Ａ、Ｃは、一方の極性の小さなパルスの後に反対の極性のより大きなパルスが来る波形に当てはまる。下部の曲線Ｂ、Ｄは、一方の極性の小さなパルスの後に同じ極性のより大きなパルスが来る波形に当てはまる。従って、電圧と時間の積のみでなく、波形の形状も考慮することが必要である。
第１１図の従来技術の方式（二スロットの方式）において、一ラインアドレス時間の間に存在するストローブおよびデータ波形を実線で示す。ラインアドレス期間の外側では、ストローブはゼロである。その他のラインアドレス期間においては、データは「暗」選択と「明」選択のどちらでもよく、図では一つの可能性のみを示す。ストローブ波形は、一時間スロット（１ｔｓ）の間ゼロボルトであり、その後連続した行に順番に１ｔｓの＋Ｖｓが印加され、その間二つのデータ波形のうちの一つがそれぞれの列に供給される。データ波形は、それぞれ１ｔｓ続く、＋Ｖｄと−Ｖｄの交互のパルスであり、一方のデータ波形は他方の逆である。
データＡ（すなわち非選択つまり暗状態）では、（正の）ストローブと組み合わされても切り替えは起こらない。データＢ（すなわち選択つまり明状態）では、（正の）ストローブと組み合わされると切り替えが起こる。すべての行が図示のストローブにアドレスされると、すなわち一フィールド時間、ストローブ波形の極性は逆転し、第二のフィールド時間にすべての行がアドレスされ、選択データが非選択データとなり、非選択データが選択データとなる。
表示装置に完全にアドレスするには、二フィールド時間が必要であり、これがフレーム時間となる。図示のストローブは、行と列の交点にある選択された画素にアドレスして例えばＤ１（第１図）すなわちアップ状態にし（データＢと組み合わさって）、その逆は選択された画素をＤ２すなわちダウン状態に切り替える（データＡと組み合わさって）。
正のストローブと暗のデータの合成波形は（−Ｖ_d）；（Ｖ_s＋Ｖ_d）であり、これでは切り替わらない。正のストローブと明のデータでは（＋Ｖ_d）；（＋Ｖ_s−Ｖ_d）であり、切り替わる。負のストローブとデータの合成波形はこの逆である、すなわち、負のストローブは暗のデータ波形と組み合わさって切り替わるが、明のデータ波形と組み合わさっても切り替わらない。これら二つの合成波形の切り替え特性を、第１０図に点線で示す。
第１２図は、本発明の、四スロット方式であるアドレシング方式を示す。一ラインアドレス時間（すなわち４ｔｓ）の間に存在するストローブおよびデータ波形を実線で示す。ラインアドレス期間の外側では、ストローブはゼロである。その他のラインアドレス期間においては、データは「暗」選択と「明」選択のどちらでもよく、図では一つの可能性のみを示す。ストローブ波形は、第一の時間スロット（ｔｓ１）の間ゼロボルトであり、次の三時間スロットｔｓ２−ｔｓ４の間Ｖｓである。非選択つまり暗状態のデータはｔｓ１の間＋Ｖｄ１であり、ｔｓ２−ｔｓ４の間−Ｖｄ２である。本例においては、Ｖｄ１＝３×Ｖｄ２である。選択つまり明状態はｔｓ１の間−Ｖｄ１であり、ｔｓ２−ｔｓ４の間＋Ｖｄ２である。合成波形（ＣおよびＤ）は、非選択および選択について、それぞれ−Ｖｄ２、Ｖｓ＋Ｖｄ１、および＋Ｖｄ２、Ｖｓ−Ｖｄ１（および逆極性）である。第１０図は、これらの合成波形の切り替え特性にＣおよびＤの印をつけて示したものである。第１１図のデータ波形から第１２図のデータ波形にデータ波形を変えることによって、与えられた電圧について切り替え時間が変わる、すなわち短くなることがわかる。
第１２ａ図は、第１２図に示す四スロット方式の変形を示す。第１２ａ図において、ストローブは第一のフィールド時間において０、＋Ｖｓ１、＋Ｖｓ２、＋Ｖｓ２であり、その後第二のフィールド時間においてはその逆となる。二つのデータ波形は、第１２図と同様、Ｖｄ１＝３×Ｖｄ２である。合成波形は図示の通りであり、第１２図に示すものよりも第８図、第９図に示すものに近い。非選択の合成波形は、−Ｖｄ２、＋Ｖｓ１＋Ｖｄ１、Ｖｓ２＋Ｖｄ１、Ｖｓ２＋Ｖｄ１、および逆極性である。選択の合成波形は、−Ｖｄ２、−（Ｖｓ１−Ｖｄ１）、−（Ｖｓ２−Ｖｄ１）、−（Ｖｓ２−Ｖｄ１）、および逆極性である。
データ波形の形状によって、τＶ曲線はかなり変化する。第１３図ないし第１６図はそれぞれ、四つのパルスのうちの第一のパルス、第四のパルス、第三のパルスの振幅の変化、およびこの四時間スロット内でのＶｓ＋Ｖｄのパルスの位置の変化、の影響を示す。
上記第１０図ないし第１６図は、四スロット駆動方式を説明したものであり、それらを従来技術の二スロット方式と比較したものである。本発明は、四スロットより少ない、または多いスロットを用いてもよく、スロット数は奇数であっても偶数であってもよい。例えば、三スロット、六スロット、八スロットであってもよい。
第１７図は、時間スロットｔｓ１、ｔｓ２、ｔｓ３においてストローブパルスが０、Ｖｓ、Ｖｓである三スロット方式を示す。この後、第二のフィールド時間の間、極性は逆になる。暗状態のデータパルスは、この三スロットにおいて、＋Ｖｄ、−Ｖｄ、０である。明状態のデータパルスは、この三時間スロットにおいて、−Ｖｄ、＋Ｖｄ、０である。三スロット方式のラインアドレス時間は、３ｔｓである。正のストローブと暗状態のデータの合成波形は、−Ｖｄ、Ｖｓ＋Ｖｄ、Ｖｓと表され、これでは切り替えは起こらない。正のストローブと明状態のデータの合成は、Ｖｄ、Ｖｓ−Ｖｄ、Ｖｓであり、これで切り替えが起こる。図示の第二のフィールド時間における負のストローブには、この逆が当てはまる。
ＧＢ−２，２６２，８３１号と同様、ストローブ波形は、次の行のラインアドレスへと延長されてもよい。例えば、ストローブ波形は、０、Ｖｓ、Ｖｓ、Ｖｓであってもよい。ストローブ波形には、二つ以上の電圧レベルを用いてもよい。
六スロットの方式についてのストローブおよびデータ（２）波形を第１８図に示す。第一のフィールド時間の印加について、ストローブパルスはｔｓ１において０であり、ｔｓ２からｔｓ６において＋Ｖｓである。切り替えを行うデータパルスは、ｔｓ１からｔｓ６において、−２、＋２、＋１、０、０、−１である。非切り替えのデータパルスは、ｔｓ１からｔｓ６において、＋２、０、−２、−１、０、＋１である。第二のフィールド時間において用いるストローブ波形の形状は、図示しないが、図示のストローブの逆である。
第１９図は、八スロット方式を示す。一ラインアドレス時間に存在するストローブおよびデータ波形を実線で示す。ラインアドレス期間の外側では、ストローブはゼロである。その他のラインアドレス期間においては、データは「暗」選択と「明」選択のどちらでもよく、図では一つの可能性のみを示す。第一のフィールド時間のストローブ波形は、ｔｓ１でゼロボルトであり、ｔｓ２−ｔｓ８でＶｓである。第二のフィールドのストローブは、この逆である。暗状態のデータ波形のパルスは、−２Ｖｄ、−Ｖｄ、−Ｖｄ、−Ｖｄ、０、０、０、＋Ｖｄである。明状態のデータ波形のパルスは、ｔｓ１−ｔｓ８において、−２Ｖｄ、＋Ｖｄ、＋Ｖｄ、＋Ｖｄ、０、０、０、−Ｖｄである。二つ以上のレベルのストローブや三つ以上のレベルのデータパルスを用いてもよい。切り替えを行わない、正のストローブと暗状態のデータを合成波形は、−（ＶｓーＶｄ）、Ｖｓ＋Ｖｄ、Ｖｓ＋Ｖｄ、Ｖｓ＋Ｖｄ、Ｖｓ、Ｖｓ、Ｖｓ、Ｖｓ−Ｖｄである。切り替えを行う、正のストローブと明状態のデータを合成波形は、２Ｖｄ、Ｖｓ−Ｖｄ、Ｖｓ−Ｖｄ、Ｖｓ−Ｖｄ、Ｖｓ、Ｖｓ、Ｖｓ、Ｖｓ＋Ｖｄである。第８図、第９図における合成波形との類似性に注意せよ。
第２０図は、三スロット方式について、振幅の変化および相対的な振幅の、τＶへの影響を示す。以下の非選択および選択の合成電圧を用いて、図示の曲線が作成された。

注：組合せが同じｒｍｓ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）値を与えるようになっているならば、切り替えを行わない合成波形のうちの任意の一つと切り替えを行う合成波形のうちの任意の一つとの組合せのいずれをも用いることもできる。
第２１図は、以下の非選択の合成電圧での八スロット方式についてのτＶ特性を示す。

第２２図は、以下の選択の合成電圧での第１９図におけるような八スロット方式についてのτＶ特性を示す。

本発明のアドレシング方式では、いくつかの従来技術の方式と同様に、同一の形状でないかもしれないが（may not）反対の極性である、二つのデータ波形を発生することが必要である。
または、上記の二つのフィールド方式の代わりに、画素をブランクにして一方の状態にし、その後選択的に他方の状態に切り替えてもよい。かかるブランキングは、一度に一行でもそれ以上の行であってもよく、選択的アドレシングよりも前に数行であってもよい。
表示装置にアドレスするとき、画素のパターンは、画素の切り替え、すなわちアドレスされているラインのどちらかの側に印加される電圧、に影響を及ぼす。第２３図、第２４図は、四つの異なる画素のパターンにアドレスしている二つの異なるアドレス方式を示し、データ波形の四つの異なる組み合わせを示す。第２３図は、第１１図に示すアドレス方式であり、第２４図は、本発明の三スロットの方式である。三ラインアドレス期間が示されており、そのうちの真ん中のものは、すべてのデータの組み合わせについて同一であるが、この真ん中の期間のどちらかの側のデータおよび合成波形は、画素のパターンによって変わる。四つの異なるデータ波形は、このラインアドレス期間のどちらかの側のデータの異なる可能性のある組み合わせである。合成波形（クロスハッチングを施して示す）は、この四つの異なる画素パターンについてのストローブおよびデータ波形の組み合わせである。共働パルス（ハッチングを施して示す）は、合成波形と組み合わさってこれを助けるデータ波形である。
第２５図、第２６図はそれぞれ、第１１図の従来技術の方式と本発明の三スロット方式（第２４図）についての切り替え特性を示す。第２５図においては、グラフではかなりの分散がみられ、画素のパターンが異なると切り替えに大きなばらつきが生じる、すなわち、明暗の画素のパターンが与えられた画素を切り替えるのに要する時間と電圧の積に影響を及ぼすことを示している。これとは対照的に、第２６図は、異なる画素のパターンについて、切り替えにほとんど分散がみられない。これにより、表示の見え方が改良されることになる。従来技術の最速のラインアドレス時間は約８５マイクロ秒であるが、第２６図のものでは約５０マイクロ秒である。第２６図のグラフは、層厚１．８マイクロメートル、平行に研磨された（同一方向に）ポリイミドの表面の間の、２５℃で測定した、ＺＬＩ−５０１４−０００（E. Merck, FRGより入手）で満たしたセルについて得られた実験結果である。
測定Ｐｓが２．８８ｎＣｃｍ^-2（＝２．８８×１０ ^-5 Ｃｍ ^-2 ）であり、２５℃における推定誘電二軸性が∂εが０．２であるＺＬＩ−５０１４−０００は、好適な液晶材料の一つである。

Claims (19)

1. 強誘電性液晶セル内の、第一の組の電極における複数の電極と第二の組の電極における複数の電極の交点によって形成されるアドレス可能な画素のマトリクスにマルチプレックスアドレスする方法であって、
   前記第一の組のそれぞれの電極に対してアドレシング期間の間ストローブ波形を連続して発生し印加する段階と、
   前記第二の組のそれぞれの電極に対してそれぞれのアドレシング期間において二つのデータ波形のうちの一つを発生し印加する段階とを含む方法において、
   前記アドレシング期間を形成する少なくとも三時間スロット（３ｔｓ）の期間で少なくとも二つの異なる振幅の電圧レベルを有し、前記アドレシング期間内で直流バランスと等価ｒｍｓ値を有する、二つの異なる形状のデータ波形を発生する段階と、
   前記二つのデータ波形と共働して、それぞれが少なくとも１アドレシング期間の間続く切り替えおよび非切り替えの合成波形を作り出す、少なくとも二つの電圧レベルのストローブ波形を発生する段階とを特徴とし、
   前記切り替えの合成波形は、それぞれのアドレシング期間において少なくとも二つの同じ極性の異なる電圧レベルを有し、第一の時間スロットにおける電圧レベルが第二の時間スロットにおけるレベルよりも低い振幅を有し、それぞれのアドレシング期間の後続の全ての時間スロットにおいては第二の時間スロットにおけるレベルと同じレベルかそれよりも高いレベルで且つ同じ極性を有し、
   前記非切り替えの合成波形は、第一の時間スロットにおいて、第二の時間スロットにおける電圧の極性と反対の極性の第一の電圧レベルを有することを特徴とする方法。
2. 前記切り替えの合成波形が、前記アドレシング期間の間の連続した時間スロットにおいて振幅が増大するが同じ極性の三つまたはそれ以上の電圧レベルを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
3. 前記非切り替えの合成波形が、切り替えを阻止するのに適当な振幅の電圧レベルをアドレシング期間の第二および／または第三時間スロットに有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
4. 前記非切り替えの合成波形が、前記アドレシング期間の第一および第二時間スロットにおいて異なる電圧レベルを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
5. 自発分極（Ｐｓ）と誘電二軸性（∂ε）の比の値が０．０１Ｃｍ^-2より小さいことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
6. 自発分極（Ｐｓ）と誘電二軸性（∂ε）の比の値が０．００１Ｃｍ^-2より小さいことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
7. 前記データ波形が二つよりも多い電圧レベルを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
8. 前記ストローブ波形が二つよりも多い電圧レベルを有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
9. 前記合成波形の形状が、前記セルの温度変化と共に変化することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
10. 前記ストローブ波形が、異なる電極のラインアドレシング期間へと延長されて、温度の補償が行われることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
11. 前記ストローブ波形の前記第一のレベルが変化して温度の補償が行われることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
12. 前記ストローブ波形が、一つの極性の波形であってその次に反対の極性の波形が続き、前記表示装置が二フィールドアドレシング時間にアドレスされることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
13. 前記ストローブ波形が、データ波形の如何を問わず切り替えが行われるようにするブランキング波形であって、その次にデータ波形と共働して切り替えを行うストローブが続くことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
14. 前記ブランキングおよびストローブ波形が直流バランスされていることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の方法。
15. 前記データ波形の形状が、交流安定化が行われるように整えられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。
16. 両方が液晶材料を配向するように表面処理された二つのセル壁の間に含まれるカイラルスメクチック液晶材料の層と、
    アドレス可能な要素（画素）のマトリクスを提供するように配置された一方の壁上の第一の一連の間隔をおいて配置された帯状（行）電極および他方の壁上の第二の一連の間隔をおいて配置された（列）帯状電極と、
    連続して第一の組の電極にストローブ波形を印加し二つのデータ波形（選択および非選択）のうちの一つを第二の組の電極における電極に印加するドライバ回路とを具備するマルチプレックスアドレス可能な強誘電性液晶表示装置において、
    アドレシング期間を形成する少なくとも三時間スロット（３ｔｓ）の期間で少なくとも二つの電圧レベルを有し、直流バランスと等価ｒｍｓ値を有する、選択と非選択の二つのデータ波形を発生する手段と、
    ストローブ波形を発生する手段とを特徴とし、
    前記二つのデータ波形および前記ストローブ波形が共働して、アドレシング期間の間変化する切り替えおよび非切り替えの合成波形を提供し、切り替えられている材料分子へのトルクを改良し、切り替えられていない分子へのトルクを低減し、
    前記切り替えの合成波形は、それぞれのアドレシング期間において少なくとも二つの同じ極性の異なる電圧レベルを有し、第一の時間スロットにおける電圧レベルが第二の時間スロットにおけるレベルよりも低い振幅を有し、それぞれのアドレシング期間の後続の全ての時間スロットにおいては第二の時間スロットにおけるレベルと同じレベルかそれよりも高いレベルで且つ同じ極性を有し、
    前記非切り替えの合成波形は、第一の時間スロットにおいて、第二の時間スロットにおける電圧の極性と反対の極性の第一の電圧レベルを有することを特徴とする表示装置。
17. 前記データ波形が二つよりも多い電圧レベルを有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の表示装置。
18. 前記ストローブ波形が二つまたはそれ以上の電圧レベルを有することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の表示装置。
19. 前記二つのデータ波形の形状が異なることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載の表示装置。

Images