JP5797323B2 - 急速なスイッチングを行う二重セル液晶装置 - Google Patents

Description

本発明は、通過する光を変調するための液晶装置に関するものである。本発明は、さらに、このような液晶装置を制御するための方法に関するものである。

多くの適用において、透明（“明”）状態と不透明（“暗”）状態の間の急速なスイッチングは望ましい。
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。

先行技術の上記の問題に対処することが本発明の目的であり、本発明では、明状態と暗状態の間を行き来するスイッチングスピードをより速くすることを可能にするように構成されている改善された液晶装置を提供する。

本発明における第１実施形態によれば、そのため、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が提供される。

均一の配向性を備えたネマチック液晶セルは、セル内の液晶分子の好適な配向方向に一致する光軸を備えた一軸性の（複屈折）光板として、光学的に機能する。このような液晶セルが交差する２つの偏光板の間に挿入されると、セルと偏光板を通過して伝達される光度ｌは、セルが偏光板の透過方向に対して４５°の光軸で配向される場合、以下の式によって簡単に与えられる。

ｌ＝ｌ_０ｓｉｎ^２δ／２，

ここで、δ＝２πｄΔｎ／λは、複屈折率Δｎ＝ｎ_ｅ−ｎ_０（ｎ_ｅとｎ_０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。

複屈折率Δｎ_１＝ｎ_ｅ１−ｎ_０１及びΔｎ_２＝ｎ_ｅ２−ｎ_０２と厚みｄ_１及びｄ_２を其々備えた２つの液晶セルが、相互に平行に配向され、其々の光軸の上端が層状の構造として重ね合わせられる場合、この２つのセルのトータルの位相遅延は、以下の式によって与えられる。

δ_total＝δ_１＋δ_２＝２π（ｄ_１Δｎ_１＋ｄ_２Δｎ_２）／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、

δ_total＝δ_１−δ_２＝２π（ｄ_１Δｎ_１−ｄ_２Δｎ_２）／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。

δ_total＝δ_１＋（−δ_２）＝２π[ｄ_１Δｎ_１＋ｄ_２（−Δｎ_２）]／λ，

ただし、ここでΔｎ_２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。

この二重セル装置におけるセルのギャップの厚みは、セルの不変のパラメータであり、つまり、かけられる電場に左右されない。一方で、セルの複屈折率は、電場をかけることによって制御可能である。従って、“複屈折率”及び“位相遅延”は、本発明の様々な態様に従って、液晶装置と同義であることが考慮される。

さらに、“緩和”状態は、スイッチングしてかけられる電場が液晶装置内に存在しない“電場オフ”状態としての意味を持ち、かつ、“切替”状態は、スイッチングしてかけられる電場が液晶装置内に存在する“電場オン”状態としての意味を持つ。

本発明は、液晶セル内の液晶材料の緩和（この緩和の持続期間は、セルのギャップの厚みとアンカリングの強度、及び、液晶材料の粘度と弾性定数によって決定される）が、明状態と暗状態の間を行き来するスイッチングスピードを制限する要素であり、かつ、この緩和過程が、連続して２つの適切な液晶セルを適切に配置することによって光学的に“相殺”されることを認識していることに基づいている。本発明の発明者は、さらに、連続して配置される２つの液晶セルのトータル複屈折率が、個々の液晶セルを能動的に切り替えることによって、液晶装置を（暗と明のような）２つの光変調状態の間で切り替えるために用いられることを理解している。また、液晶装置がどちらか１つの光変調状態に留まるようにしながら、液晶セルは同時に緩和することができ、これは、液晶装置が、２つの光変調状態の間を再び能動的に切り替えられる状態にある。

これにより、液晶装置の第１変調状態から液晶装置の第２変調状態へのスイッチングと、第１変調状態へ戻すスイッチングの両方は、電場をかけることによって其々の液晶セル内の液晶分子を能動的に再配向するための急速な処理を用いて実現される。

一旦、液晶装置が、液晶装置の第１光変調状態において、切替状態から緩和状態に戻るように緩和されると、液晶装置は、第１液晶セルを緩和状態から切替状態へ制御することによって、第２変調状態に再び切り替えられる状態にある。

本発明における様々な実施形態に従った液晶装置において、第１及び第２液晶セルの液晶分子は、第１及び第２液晶セルの緩和状態においてほぼ相互に平行である。第１液晶セルが、液晶セル内部に電場をかけることによって制御され、切替状態に遷移した場合、第１液晶セルの液晶分子の配向は変化し、再び、液晶分子がほぼ相互に平行になるが、他の一般的な配向方向では、第１液晶セルの複屈折率が緩和状態の場合以上に変化しているであろう。これは、第１液晶セルの複屈折率の変化をもたらし、また、第２液晶装置は緩和状態のままでいるため、液晶装置のトータル複屈折率の変化をもたらすであろう。

液晶装置のトータル複屈折率のこの変化により、交差した偏光板の間に設置された第１及び第２液晶セルを通過する光度レベルはさらに変化し、例えば、第１光変調状態から第２光変調状態への遷移をもたらす。

注目すべきは、遷移される光度レベルのための、この複屈折率ベース制御が、例えば、ねじれたネマチックセルにおいて、液晶セルを通して徐々に変化する導波器によって行われる偏光制御とは全く異なることである。本発明における様々な実施形態に従った、この、液晶装置の複屈折率ベース制御の使用は、上述した第１及び第２光変調状態が明／暗状態であるように選択される設計を可能にする。これは、例えば、第１と第２液晶セルの同時緩和が暗状態または明状態において起こるかどうかが、液晶セルの設計によって、決定されることを意味する。その結果、液晶セルの複屈折率ベース制御を利用することは、様々な要求、例えば光学性能、生産収率、構造安定性など、に対して液晶セルの特性が適応することを可能にする。さらに、偏光板と分析器と液晶セルの間のずれの感度が低下される。

第１液晶セルと第２液晶セルの其々は、上述したように電場がかけられる場合に、液晶分子が液晶セルの基板に垂直である１つの面内において再配向することを意味する、いわゆる“面外の”スイッチングに対して有利に構成される。
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。

切替状態から緩和状態への第１液晶セルと第２液晶セルの同時緩和を、液晶装置のユーザーに対して光学的に目立たないような方法で起こすことが望ましい。そのためには、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。

この装置のトータル複屈折率は、セル内の緩和過程中に起こる複屈折率の補正効果により、一定のままでいる。このセル内の緩和過程における特有の特性は、第１液晶セルの複屈折率が上昇／低下する一方で、第２液晶セルの複屈折率が低下／上昇し、トータル複屈折率に対して一定の値をもたらす故に、緩和過程を光学的に見えないようにすることである。

液晶装置は、液晶装置の外部に配置される制御手段により、原則として制御可能であろう。しかしながら、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ように、液晶装置は有利に構成される。
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。

本発明における様々な実施形態によると、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。

これらの実施形態に従った液晶装置が交差した偏光板の間に設置される場合、好適にはほぼ４５°に等しいが、０°＜φ＜９０°の範囲内で変化する１つの偏光板の透過方向角度φをなす第１液晶セルまたは第２液晶セルの少なくとも１つの光軸を備えて、第１変調状態は、（第１液晶セルと第２液晶セルの両方が緩和状態にある場合）明状態であろう。
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。

本発明における１つの実施形態によれば、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。

以下において、緩和状態において平面配向構成にある液晶セルは、“ＰＡセル”とし、かつ、緩和状態において垂直配向構成にある液晶セルは、“ＶＡセル”とする。第１液晶セルがＰＡセルであり、かつ、第２液晶セルがＶＡセルである液晶装置は、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置と呼ばれる。

ＶＡセル内に含まれる液晶分子は、負の誘電異方性を有利に示すことができ、その結果、第１制御電極を第１液晶セルの第１基板に配置し、かつ、第２制御電極を第１液晶セルの第２基板に配置することにおいて有利である。これにより、ＶＡセル内の液晶分子は、垂直に並べられた状態（複屈折率がほぼゼロに等しい状態）から、基板に対して平行に並べられた液晶分子が平面上に並べられた状態のような、複屈折率がゼロではない状態へ制御される。

また、ＶＡセルの液晶分子は、正の誘電異方性を示すことができ、この場合、第１及び第２制御電極が同一の基板上に配置され、いわゆる面内磁場またはフリンジ電界を作り出す。
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。

本発明に従った液晶装置の様々な実施形態によれば、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い。
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。

本発明における第２実施形態によれば、本発明における第１実施形態による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、各ステップを含む方法が提供される。

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、有利に制御される。

本発明における様々な実施形態、及び、第２実施形態により得られる効果は、本発明における第１実施形態に対して上述されたものとほぼ同一である。

上述したように、本発明における第１実施形態は、第１液晶セルを通過している光が第２液晶セルに達するような層状の構造として配置される第１液晶セル及び第２液晶セルを含む液晶装置に関するものである。第１液晶セルと第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、緩和状態から切替状態への第１液晶セルの遷移は、第１トータル複屈折率から第２トータル複屈折率への液晶装置のトータル複屈折率の変化をもたらし、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、緩和状態から切替状態への第２液晶セルの続いて起こる遷移は、第２トータル複屈折率から第１トータル複屈折率への液晶装置のトータル複屈折率の変化をもたらし、それによって、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。

本発明におけるこのような態様及び他の態様が、本発明の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照して、より詳細に説明されるだろう。
図１は、本発明の様々な実施形態に従った液晶装置の概略斜視図である。 図２は、本発明の第１実施形態に従った液晶装置の例示的な駆動方式を概略的に示している図である。 図３ａ〜ｄは、本発明の第１実施形態に従った、図２の駆動方式のいろいろな段階における液晶装置の状態を概略的に示している図である。

図１は、本発明における様々な実施形態に従った液晶装置１の概略斜視図である。この液晶装置１は、交差した偏光板４と５（“偏光板”４が光源７に最も近接しており、“検光子”５が観察者８に最も近接している。）の間に層状の構造として配置される第１液晶セル２と第２液晶セル３を含む。偏光板４と検光子５のそれぞれの偏光方向が図１に破線で示されている。第１液晶セルと第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１複屈折率と異なる第２複屈折率を示す切替状態の間で個別に制御可能である。

偏光板４を通過して図１に示される方向に直線偏光される光源７からの光は、第１液晶セル２と第２液晶セル３を通過する場合、第１液晶セル２の複屈折率と第２液晶セル３の複屈折率の和で表される、全体的な位相遅延に直面する。トータル複屈折率がゼロである場合、光は検光子５を決して通過しないが、トータル複屈折率がゼロでない場合、少なくとも一部の光が検光子５を通過して観察者８に届くように、光の偏光状態が修正され、光軸の複屈折状態が偏光板４の透過方向に対して適切な配向になる。

上述したように、トータル複屈折率が、第１液晶セル２の複屈折率と第２液晶セル３の複屈折率の和に相当するため、当然、トータル複屈折率は、第１液晶セル２か第２液晶セル３のどちらかを制御することによって制御されることになる。第１液晶セル２と第２液晶セル３を適切に構成することにより、液晶装置１は、暗状態と明状態の間を能動的に切り替えられ、故に、暗状態に戻ることができ、このスイッチングは、ネマチック液晶における１つの状態遷移が、液晶材料の弾性緩和によって起こる、通常は非常に遅い、単一セルの液晶装置を用いた場合より、かなり速く行われることを意味する。さらに詳しく以下に述べるように、本発明に従った液晶装置の様々な実施形態において、第１液晶セル２と第２液晶セル３は、双方の液晶セルが緩和されるように切り替えられる場合、二重セル液晶装置１が（明または暗のような）同一の光変調状態となるように構成される。このように、液晶装置１は、スイッチング事象の間に緩和することができ、光変調状態間のスイッチングは、常に能動的であることができるが、これは、選択された方向に沿って液晶分子を並行させる電界の適用によってもたらされる。

図１における液晶装置の２つの例示的な実施形態と駆動方式が以下に記載される。
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。

まず図３ａを参照すると、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０が、制御電圧を加えていない状態で概略的に示されている。このＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０は、交差した偏光板４と５の間に層状の構造として配置された第１液晶セル１１と第２液晶セル１２を含む。この第１液晶セル１１は、第１基板１４と第２基板１５の間に挟みこまれたネマチック液晶材料を含む。図３ａに概略的に示されているように、平面配向において液晶材料の液晶分子１８を並行させるために、このネマチック液晶材料に面している基板１４，１５の側面において、第１制御電極１６と第２制御電極１７、及び、配向層（図示せず）が提供されている。注目すべきは、液晶分子１８が、偏光板４によって定められる入射光の偏光方向に対しておよそ４５°に曲げられて並ぶことである。この構成において、第１液晶セル１１における液晶材料は、一定のゼロではない複屈折率Δｎ_ＰＡを示すだろう。

また、第２液晶セル１２は、第１基板１９と第２基板２０の間に挟みこまれた（第１液晶セル１１に含まれる材料と同一の）ネマチック液晶材料を含む。図３ａに概略的に示されているように、液晶材料の液晶分子２３を垂直（ホメオトロピック）配向に並べるために、第１制御電極２１と第２制御電極２２、及び、配向層（図示せず）が、このネマチック液晶材料に面している基板１９，２０の側面に提供されている。この構成において、第２液晶セル１２における液晶材料は、ゼロの複屈折率Δｎ_ＶＡ＝０を示すだろう。

図３ａ〜ｄにおいてＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０を紹介した後に、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０を、異なる光変調状態（暗と明）の間で制御するための例示的な駆動方式が、図２及び図３ａ〜ｄを参照してここから説明される。
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Ｖ_ＰＡ、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Ｖ_ＶＡ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Ｖ_ＰＡ及びＶ_ＶＡ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。

時間ｔ_０と時間ｔ_１の間、ＰＡセル１１にかかる電圧Ｖ_ＰＡは０Ｖであり、かつ、ＶＡセル１２にかかる電圧Ｖ_ＶＡも０Ｖであり、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０は、平面配向にあるＰＡセル１１の液晶分子１８、及び、垂直配向にあるＰＡセル１１の液晶分子２３を備えた、図３ａに示されている状態である。この状態において、トータル複屈折率はゼロでなく（Δｎ_ｔｏｔ＝Δｎ_ＰＡ＋Δｎ_ＶＡ≠０）、これは、ＰＡセル１１の光軸が偏光板４の偏光方向に対して適切な配向にあり、入射光が、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０が差し込まれた交差した偏光板４，５を通過することを意味する。従って、装置１０は、光源７からの入射光を透過させるため、図２に示されているような明状態（ＢＲＩＧＨＴ）である。

時間ｔ_１において、ＰＡセル１１に電圧が加えられ、液晶分子１８を、図３ｂに概略的に示されるように、垂直配向に再配向させる。ＶＡセル１２にかかる電圧Ｖ_ＶＡはまだ０Ｖ（または、ＶＡセル１２内の液晶分子２３を再配向させないほど少なくとも十分低い電圧）である。ＰＡセル１１に電圧をかけることにより、ＰＡセル１１内の液晶分子１８が切り替えられた場合、ＰＡセル１１の複屈折率は、Δｎ_ＰＡ≠０からΔｎ_ＰＡ＊＝０へ切り替えられる。図２に概略的に示されているように、このスイッチングは比較的速く、Δｎ_ｔｏｔ＝Δｎ_ＰＡ＊＋Δｎ_ＶＡ＝０となるような、トータル複屈折率の遷移をもたらす。結果として、図３ｂにおける偏光板４を通過している光は、偏光状態の変化なしにＰＡセル１１及びＶＡセル１２を通過するだろうが、これは、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０が図２にさらに示されているように暗状態（ＤＡＲＫ）に切り替えられることを意味する。

時間ｔ_２において、ＶＡセル１２に電圧が加えられ、液晶分子２３を、図３ｃに概略的に示されるように、平面配向に再配向させる。ＰＡセル１１にかかる電圧Ｖ_ＰＡは、ＰＡセル１１内の液晶分子１８が垂直配向のままでいるように、いまだに加えられている。ＶＡセル１２に電圧を加えることにより、ＶＡセル１２内の液晶分子２３が切り替えられた場合、ＶＡセル１２の複屈折率は、Δｎ_ＶＡ＝０からΔｎ_ＶＡ＊＝Δｎ_ＰＡ≠０へ切り替えられる。図２に概略的に示されているように、このスイッチングは比較的速く、Δｎ_ｔｏｔ＝Δｎ_ＰＡ＊＋Δｎ_ＶＡ＊＝Δｎ_ＰＡ≠０となるような、セルのトータル複屈折率の遷移をもたらし、この遷移は、光が、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０が差し込まれた交差した偏光板４，５を再び通過することを意味し、従って、この装置１０は、図２，３ｃに示されているように明状態（ＢＲＩＧＨＴ）である。

時間ｔ_３において、電圧は、ＰＡセル１１とＶＡセル１２の両方にわたって取り除かれる。結果として、液晶セル１１，１２は、それぞれの緩和状態へ同時に緩められる。図３ｄに概略的に示されているように、ＰＡセル１１における液晶分子１８は平面配向に緩和され、かつ、ＶＡセル１２における液晶分子２３は垂直配向に緩和される。この緩和過程中に、ＰＡセル１１の複屈折率はΔｎ_ＰＡ＊＝０からΔｎ_ＰＡ≠０へ増加し、ＶＡセル１２の複屈折率はΔｎ_ＶＡ＊＝Δｎ_ＰＡ≠０からΔｎ_ＶＡ＝０へ減少し、一定の緩和時間を経た後、図３ａに示されている緩和状態に戻る。

この緩和中に、トータル複屈折率Δｎ_ｔｏｔは、ＰＡセル１１とＶＡセル１２の構成、及び／または、印加された制御電圧により、ほぼ一定（かつゼロではない）のままである。しかしながら、ＰＡセル１１とＶＡセル１２の緩和においてほんのわずかな不整合があり、図２において小さな“ねじれ（キンク）”２５として示されている透過光度の変化を引き起こす。この変化は、ｍｓのオーダーで、かつ、図３ａ〜ｄにおけるＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０の明状態においてのみ起こりうるため、この変化は、観察者８の目にはほとんど見えないであろう。この変化は、セルのパラメータの特性を最適化することや駆動方式によって、避けられるか、または、少なくとも影響を無視できるほどになることが予想されるが、液晶装置１が明状態である間において、（時間ｔ_３に起こる）同時緩和を有する適用に対して有利である。これは図３ａ〜ｄのＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０を用いて実現される。

最終的に、時間ｔ_４において、電圧がＰＡセル１１に再び加えられ、ＶＡ／ＰＡ二重セル装置１０を図３ｂに示されている暗状態（ＤＡＲＫ）に戻す。

また、当業者は、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。

当業者は、本発明が上述された好適な実施形態に決して限定されないことを認識するだろう。それどころか、多くの修正や変更、例えば、面内電場またはフリンジ領域による正の誘電率異方性を備えた液晶材料を含むＶＡ／ＰＡまたはＶＡ／ＶＡ類の二重セル装置における（複数の）ＶＡセルのスイッチング、が添付の特許請求の範囲内で実施可能である。

特許請求の範囲において、“含む”という単語は、他の構成要素またはステップを除外せず、かつ、“単数”の不定冠詞は複数の場合を除外しない。発明特定事項が互いに異なる従属クレームにおいて列挙されている単なる事実は、これらの特定された発明事項の組み合わせを用いないことをあえて示しているわけではない。

Claims (7)

1. 通過する光を変調するための液晶装置であって、
   第１液晶セル及び第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、
   一対の交差した偏光板が、層状の前記第１液晶セルと前記第２液晶セルの両側に配置され、
   前記液晶装置が示すトータル複屈折率が、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であり、
   前記第１液晶セルは、複屈折率がゼロではないことを示す緩和ＯＦＦ状態と、複屈折率が実質的にゼロであることを示す切替ＯＮ状態との間で個別に制御可能であり、
   前記第２液晶セルは、複屈折率が実質的にゼロであることを示す緩和ＯＦＦ状態と、複屈折率がゼロではないことを示す切替ＯＮ状態との間で個別に制御可能であり、
   前記第１液晶セル及び前記第２液晶セルは、
   前記第２液晶セルが緩和ＯＦＦ状態のままで、（時間ｔ _１ において）前記第１液晶セルが緩和ＯＦＦ状態から切替ＯＮ状態へ遷移することにより、前記液晶装置の前記トータル複屈折率が、ゼロではない第１トータル複屈折率から、実質的にゼロである第２トータル複屈折率へ変化して、前記液晶装置は、明状態の光変調状態から暗状態の光変調状態へ遷移し、
   その後、前記第１液晶セルが切替ＯＮ状態のままで、（時間ｔ _２ において）前記第２液晶セルが緩和ＯＦＦ状態から切替ＯＮ状態へ遷移することにより、前記液晶装置の前記トータル複屈折率が、前記第２トータル複屈折率から前記第１トータル複屈折率へ戻り、前記液晶装置は、前記暗状態の光変調状態から前記明状態の光変調状態へ戻るように遷移し、
   その後、（時間ｔ _３ において）前記第１液晶セルが切替ＯＮ状態から緩和ＯＦＦ状態へ、かつ、前記第２液晶セルも切替ＯＮ状態から緩和ＯＦＦ状態への同時緩和により、前記液晶装置の前記トータル複屈折率が、実質的に一定のままであり、また、前記第１トータル複屈折率に等しいので、前記液晶装置は、この同時緩和中において、前記明状態の光変調状態のままである、
   ように、配置され、かつ、構成される、ことを特徴とする液晶装置。
2. 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ＯＦＦ状態から切替ＯＮ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ＯＦＦ状態から切替ＯＮ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に記載の液晶装置。
3. 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前記第１液晶セルの一対の基板にほぼ平行に配置されるように、緩和ＯＦＦ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前記第２液晶セルの一対の基板にほぼ垂直に配置されるように、緩和ＯＦＦ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１または２に記載の液晶装置。
4. 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３に記載の液晶装置。
5. 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３に記載の液晶装置。
6. 請求項１から５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液晶セルが緩和ＯＦＦ状態に留まるようにしながら、第１液晶セルを緩和ＯＦＦ状態から切替ＯＮ状態へ制御し、
   前記第１液晶セルが切替ＯＮ状態に留まるようにしながら、前記第２液晶セルを緩和ＯＦＦ状態から切替ＯＮ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ＯＮ状態から其々の緩和ＯＦＦ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。
7. 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ＯＮ状態から其々の緩和ＯＦＦ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６に記載の方法。

Images