JP2002287170A - 液晶デバイス - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
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- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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- G02F1/139—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent
- G02F1/1393—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells characterised by the electro-optical or magneto-optical effect, e.g. field-induced phase transition, orientation effect, guest-host interaction or dynamic scattering based on orientation effects in which the liquid crystal remains transparent the birefringence of the liquid crystal being electrically controlled, e.g. ECB-, DAP-, HAN-, PI-LC cells
- G02F1/1395—Optically compensated birefringence [OCB]- cells or PI- cells
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ねじれの発生を回避することによって、デバ
イスの輝度およびデバイスの応答速度を向上させる、π
セル液晶デバイスを提供する。 【解決手段】 本発明のπセル液晶デバイスは、第１お
よび第２のアライメント層の間に配置されたネマチック
液晶材料の層を含み、印加された電場が０である場合、
Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々のエネ
ルギーよりも小さくなり、Ｖ状態のエネルギーがＴ状態
のエネルギー以下になるように、第１および第２のアラ
イメント層が、隣接する液晶材料内にプレティルトを誘
起し、層の少なくとも１つの領域に、Ｖ状態のエネルギ
ーがＨ状態およびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さ
い第１の電場と、該第１の電場よりも大きさが小さくＨ
状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々のエネル
ギーよりも小さい第２の電場とを選択的に印加する駆動
構成要素を特徴とする。
イスの輝度およびデバイスの応答速度を向上させる、π
セル液晶デバイスを提供する。 【解決手段】 本発明のπセル液晶デバイスは、第１お
よび第２のアライメント層の間に配置されたネマチック
液晶材料の層を含み、印加された電場が０である場合、
Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々のエネ
ルギーよりも小さくなり、Ｖ状態のエネルギーがＴ状態
のエネルギー以下になるように、第１および第２のアラ
イメント層が、隣接する液晶材料内にプレティルトを誘
起し、層の少なくとも１つの領域に、Ｖ状態のエネルギ
ーがＨ状態およびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さ
い第１の電場と、該第１の電場よりも大きさが小さくＨ
状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々のエネル
ギーよりも小さい第２の電場とを選択的に印加する駆動
構成要素を特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、πセル型の液晶デ
バイスに関する。そのようなデバイスは、例えば、透過
型および反射型のフラットパネルディスプレイ、ヘッド
マウントディスプレイ、フィールドシーケンシャル（ｆ
ｉｅｌｄ−ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）カラーディスプレ
イ、プロジェクションシステム、および３次元画像表示
システムにおける使用に適している。
バイスに関する。そのようなデバイスは、例えば、透過
型および反射型のフラットパネルディスプレイ、ヘッド
マウントディスプレイ、フィールドシーケンシャル（ｆ
ｉｅｌｄ−ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌ）カラーディスプレ
イ、プロジェクションシステム、および３次元画像表示
システムにおける使用に適している。
【０００２】
【従来の技術】Ｐ．Ｄ．Ｂｅｒｅｚｉｎ、Ｌ．Ｍ．Ｂｌ
ｉｎｏｖ、Ｉ．Ｎ．ＫｏｍｐａｎｅｔｓおよびＶ．Ｖ．
Ｎｉｋｉｔｉｎの”Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ Ｓｗ
ｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｌｉｑｕｉ
ｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｌｍｓ”（Ｊｕｌｙ−Ａｕｇ
ｕｓｔ １９７３ Ｓｏｖ． Ｊ． Ｑｕａｎｔ． Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｖｏｌ．３ ｐｐ．７８−７９）は、
高速応答時間が実現可能なネマチック型の液晶デバイス
を開示している。このデバイスは、表面ティルトの低い
非ねじれ型セルを含むが、平行な表面アライメント方向
が提供されているのか逆平行な表面アライメント方向が
提供されているのかが明らかでない。光変調は、主に、
材料の大部分において配向を実質的にホメオトロピック
の状態に維持しつつ、表面領域近傍の液晶分子を再配向
することにより達成される。
ｉｎｏｖ、Ｉ．Ｎ．ＫｏｍｐａｎｅｔｓおよびＶ．Ｖ．
Ｎｉｋｉｔｉｎの”Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ Ｓｗ
ｉｔｃｈｉｎｇ ｉｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｌｉｑｕｉ
ｄ−Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｌｍｓ”（Ｊｕｌｙ−Ａｕｇ
ｕｓｔ １９７３ Ｓｏｖ． Ｊ． Ｑｕａｎｔ． Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｎ Ｖｏｌ．３ ｐｐ．７８−７９）は、
高速応答時間が実現可能なネマチック型の液晶デバイス
を開示している。このデバイスは、表面ティルトの低い
非ねじれ型セルを含むが、平行な表面アライメント方向
が提供されているのか逆平行な表面アライメント方向が
提供されているのかが明らかでない。光変調は、主に、
材料の大部分において配向を実質的にホメオトロピック
の状態に維持しつつ、表面領域近傍の液晶分子を再配向
することにより達成される。
【０００３】Ｐ．Ｊ．ＢｏｓおよびＫ．Ｒ．Ｋｏｅｈｌ
ｅｒ／Ｂｅｒａｎの”Ｔｈｅ ｐｉ−Ｃｅｌｌ： Ａ
Ｆａｓｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｐｔｉｃ
ａｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ”（１９８４
Ｍｏｌ． Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ． Ｃｒｙｓｔ． Ｖｏ
ｌ．１１３ ｐｐ．３２９−３３９）は、周知のよう
に、第１および第２のアライメント層の間に挟んだネマ
チック液晶材料が平行な低プレティルトアライメントと
なるように構成された第１および第２のアライメント層
を含むπセルの、第１の公知の開示を提供する。πセル
は、上記のように、主に表面領域近傍の液晶分子を再配
向することにより光変調が得られる表面モードデバイス
の一例である。この文献に開示されたπセルは、アライ
メント層によって誘起されるプレティルト角が実質的に
等しい大きさを有する点で、実質的に対称である。
ｅｒ／Ｂｅｒａｎの”Ｔｈｅ ｐｉ−Ｃｅｌｌ： Ａ
Ｆａｓｔ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｐｔｉｃ
ａｌＳｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ”（１９８４
Ｍｏｌ． Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ． Ｃｒｙｓｔ． Ｖｏ
ｌ．１１３ ｐｐ．３２９−３３９）は、周知のよう
に、第１および第２のアライメント層の間に挟んだネマ
チック液晶材料が平行な低プレティルトアライメントと
なるように構成された第１および第２のアライメント層
を含むπセルの、第１の公知の開示を提供する。πセル
は、上記のように、主に表面領域近傍の液晶分子を再配
向することにより光変調が得られる表面モードデバイス
の一例である。この文献に開示されたπセルは、アライ
メント層によって誘起されるプレティルト角が実質的に
等しい大きさを有する点で、実質的に対称である。
【０００４】添付の図面の図１は、従来のπセルのさま
ざまな状態を示す。液晶層に印加電場がない場合、セル
はスプレー状態にある。従来から、および以下、この状
態を「Ｈ状態」と呼ぶ。印加電場がゼロでプレティルト
角が対称である場合のＨs状態を参照符号１に示し、液
晶ディレクタを参照符号２等の直線によって示す。層に
印加される電圧（すなわち印加電場）が増大するにつ
れ、参照符号３のＨA状態によって示すように、比較的
小さな電圧の場合、Ｈ状態は非対称になる。
ざまな状態を示す。液晶層に印加電場がない場合、セル
はスプレー状態にある。従来から、および以下、この状
態を「Ｈ状態」と呼ぶ。印加電場がゼロでプレティルト
角が対称である場合のＨs状態を参照符号１に示し、液
晶ディレクタを参照符号２等の直線によって示す。層に
印加される電圧（すなわち印加電場）が増大するにつ
れ、参照符号３のＨA状態によって示すように、比較的
小さな電圧の場合、Ｈ状態は非対称になる。
【０００５】πセルのＨ状態は、フラットパネルディス
プレイ等の光学デバイスにおける使用に際して望まれる
光学特性を有さない。しかし、一定の電圧を超えると、
πセルは、図１の参照符号４に示すような、より有用な
光学特性を有する、ベンド状態として公知の異なる状態
を示す。（この状態は、従来から「Ｖ状態」として公知
であり、以下でも「Ｖ状態」と呼ぶ。）Ｖ状態におい
て、液晶分子は、表面領域において比較的低いティルト
を有するが、材料の大部分においてホメオトロピックア
ライメントを有し、ディレクタは、セル表面に対して実
質的に垂直である。一旦Ｖ状態になると、主に、表面領
域における液晶分子を再配向することにより光変調が達
成され、該層の大部分において、液晶分子は、デバイス
の動作範囲内での印加電圧の変動に実質的に影響されな
い。
プレイ等の光学デバイスにおける使用に際して望まれる
光学特性を有さない。しかし、一定の電圧を超えると、
πセルは、図１の参照符号４に示すような、より有用な
光学特性を有する、ベンド状態として公知の異なる状態
を示す。（この状態は、従来から「Ｖ状態」として公知
であり、以下でも「Ｖ状態」と呼ぶ。）Ｖ状態におい
て、液晶分子は、表面領域において比較的低いティルト
を有するが、材料の大部分においてホメオトロピックア
ライメントを有し、ディレクタは、セル表面に対して実
質的に垂直である。一旦Ｖ状態になると、主に、表面領
域における液晶分子を再配向することにより光変調が達
成され、該層の大部分において、液晶分子は、デバイス
の動作範囲内での印加電圧の変動に実質的に影響されな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】通常のプレティルト
が、例えば５°である従来技術の代表的なタイプのπセ
ルについて、「臨界」電圧または閾値電圧ＵV/Hがあ
り、この閾値電圧を超える場合、Ｖ状態のエネルギーは
Ｈ状態のエネルギーよりも低い。したがって、このよう
なπセルにおける液晶は、ＵV/Hを超える電圧値の場
合、Ｖ状態にアライメントしやすい。しかし、望ましく
ない低電圧Ｈ状態から望ましいＶ状態への遷移は重要で
あり、いわゆる液晶内における欠陥の形成および移動を
含む「核形成」プロセスが生じる必要がある。Ｈ状態か
らＶ状態へとπセルを核形成するプロセスは、通常、比
較的遅く、通常のデバイスにおいて数秒かかる。
が、例えば５°である従来技術の代表的なタイプのπセ
ルについて、「臨界」電圧または閾値電圧ＵV/Hがあ
り、この閾値電圧を超える場合、Ｖ状態のエネルギーは
Ｈ状態のエネルギーよりも低い。したがって、このよう
なπセルにおける液晶は、ＵV/Hを超える電圧値の場
合、Ｖ状態にアライメントしやすい。しかし、望ましく
ない低電圧Ｈ状態から望ましいＶ状態への遷移は重要で
あり、いわゆる液晶内における欠陥の形成および移動を
含む「核形成」プロセスが生じる必要がある。Ｈ状態か
らＶ状態へとπセルを核形成するプロセスは、通常、比
較的遅く、通常のデバイスにおいて数秒かかる。
【０００７】Ｖ状態およびＨ状態に加えて、πセルは、
また、図１の参照符号５のように、ねじれ状態を示し得
る。（この状態は、従来から「Ｔ状態」として公知であ
り、以下でも「Ｔ状態」と呼ぶ。）図示のように、ディ
レクタは、アライメント層の間で（±）１８０°にねじ
れる。例えば、通常のプレティルトが５°である従来技
術の代表的なタイプのπセルについて、液晶がＶ状態に
あり、閾値電圧Ｕが低下する場合、閾値電圧ＵV/Tが存
在し、電圧がこの値よりも低い場合、Ｔ状態は、Ｖ状態
よりもエネルギーが低くなる。したがって、この閾値電
圧よりも低い場合、液晶はＶ状態からＴ状態へと遷移す
る。この遷移は、核形成を含まず、かなり急速に（通
常、数十または数百ミリ秒以内に）進行し得る。Ｔ状態
は、Ｖ状態と比べて、比較的望ましくない光学特性（視
野角特性およびコントラスト比など）を有する。電圧Ｕ
が０ボルトに向かって減少するにつれ、Ｈ状態が改善さ
れる。しかし、Ｈ／Ｖ遷移で起こるように、Ｈ／Ｔ遷移
は、欠陥の核形成を含み、通常、比較的遅い（数秒のオ
ーダー）。したがって、Ｈ状態と置換される前の数秒
間、低電圧においてＴ状態が存在し得る。
また、図１の参照符号５のように、ねじれ状態を示し得
る。（この状態は、従来から「Ｔ状態」として公知であ
り、以下でも「Ｔ状態」と呼ぶ。）図示のように、ディ
レクタは、アライメント層の間で（±）１８０°にねじ
れる。例えば、通常のプレティルトが５°である従来技
術の代表的なタイプのπセルについて、液晶がＶ状態に
あり、閾値電圧Ｕが低下する場合、閾値電圧ＵV/Tが存
在し、電圧がこの値よりも低い場合、Ｔ状態は、Ｖ状態
よりもエネルギーが低くなる。したがって、この閾値電
圧よりも低い場合、液晶はＶ状態からＴ状態へと遷移す
る。この遷移は、核形成を含まず、かなり急速に（通
常、数十または数百ミリ秒以内に）進行し得る。Ｔ状態
は、Ｖ状態と比べて、比較的望ましくない光学特性（視
野角特性およびコントラスト比など）を有する。電圧Ｕ
が０ボルトに向かって減少するにつれ、Ｈ状態が改善さ
れる。しかし、Ｈ／Ｖ遷移で起こるように、Ｈ／Ｔ遷移
は、欠陥の核形成を含み、通常、比較的遅い（数秒のオ
ーダー）。したがって、Ｈ状態と置換される前の数秒
間、低電圧においてＴ状態が存在し得る。
【０００８】図１は、まず印加電圧Ｕが最大値Ｕ＞＞Ｕ
V/Hへと増加し、その後ゼロへと減少する場合の、従来
のπセルの挙動の概要を示す。従来技術の代表的なπセ
ルは、３つの主要なタイプの液晶配向（Ｈ状態、Ｖ状
態、およびＴ状態）を示す。０ボルトにおいて、Ｈ状態
のエネルギーは最も低くなり、Ｖ状態のエネルギーは最
も高くなり、Ｔ状態のエネルギーは、Ｈ状態およびＶ状
態のエネルギーの間である。
V/Hへと増加し、その後ゼロへと減少する場合の、従来
のπセルの挙動の概要を示す。従来技術の代表的なπセ
ルは、３つの主要なタイプの液晶配向（Ｈ状態、Ｖ状
態、およびＴ状態）を示す。０ボルトにおいて、Ｈ状態
のエネルギーは最も低くなり、Ｖ状態のエネルギーは最
も高くなり、Ｔ状態のエネルギーは、Ｈ状態およびＶ状
態のエネルギーの間である。
【０００９】Ｂｏｓらによる文献は、πセルを動作する
２つのモードを記載している。両方のモードにおいて、
比較的高い電圧で、Ｖ状態の安定したπセルの１つの状
態が達成される。（Ｖ状態のエネルギーは、Ｈ状態およ
びＴ状態のエネルギーよりも低い。）この動作状態にお
いて、πセルは、最小の光のリターデーションを提供す
る。
２つのモードを記載している。両方のモードにおいて、
比較的高い電圧で、Ｖ状態の安定したπセルの１つの状
態が達成される。（Ｖ状態のエネルギーは、Ｈ状態およ
びＴ状態のエネルギーよりも低い。）この動作状態にお
いて、πセルは、最小の光のリターデーションを提供す
る。
【００１０】第１のモードは、比較的薄いセルに当ては
まる。この場合、液晶材料は、比較的高い電圧のＶ状態
から０ボルト状態へと緩和され、πセルは半波長分のリ
ターデーションを提供する。０ボルト状態は、実質的に
共平面（ｃｏ−ｐｌａｎａｒ）状態であり、２０ミリ秒
を超える間、動的に達成される。（但し、この状態が達
成される時間は、温度が高くなるにしたがって、実質的
に短くなる。）この状態は望ましくなく、この状態が長
く続きすぎた場合、Ｔ状態が形成され始め、このこと
が、Ｈ状態の核形成へと至る。その後、πセルを再び機
能させるために、Ｖ状態の再核形成（ｒｅ−ｎｕｃｌｅ
ａｔｉｏｎ）が行われる必要がある。したがって、この
電圧アドレシングスキームは、πセルに電圧Ｕ＜ＵV/T
を印加する。πセルは、０ボルトにおいて、最も低いエ
ネルギーのＨ状態、最も高いエネルギーのＶ状態、およ
び中間のエネルギーのＴ状態を有し、Ｔ状態が形成され
る前の２０ミリ秒を超える間（但し、この時間は、温度
が高くなるにしたがって、実質的に短くなる）、動的な
Ｖ状態を利用する。
まる。この場合、液晶材料は、比較的高い電圧のＶ状態
から０ボルト状態へと緩和され、πセルは半波長分のリ
ターデーションを提供する。０ボルト状態は、実質的に
共平面（ｃｏ−ｐｌａｎａｒ）状態であり、２０ミリ秒
を超える間、動的に達成される。（但し、この状態が達
成される時間は、温度が高くなるにしたがって、実質的
に短くなる。）この状態は望ましくなく、この状態が長
く続きすぎた場合、Ｔ状態が形成され始め、このこと
が、Ｈ状態の核形成へと至る。その後、πセルを再び機
能させるために、Ｖ状態の再核形成（ｒｅ−ｎｕｃｌｅ
ａｔｉｏｎ）が行われる必要がある。したがって、この
電圧アドレシングスキームは、πセルに電圧Ｕ＜ＵV/T
を印加する。πセルは、０ボルトにおいて、最も低いエ
ネルギーのＨ状態、最も高いエネルギーのＶ状態、およ
び中間のエネルギーのＴ状態を有し、Ｔ状態が形成され
る前の２０ミリ秒を超える間（但し、この時間は、温度
が高くなるにしたがって、実質的に短くなる）、動的な
Ｖ状態を利用する。
【００１１】より厚いセルには、第２モードの動作が使
用される。この動作では、Ｔ状態への重要な緩和が開始
される前に、半波長分のリターデーション状態が達成さ
れる。液晶層に印加される小さな電圧が維持されて、セ
ルが半波長分のリターデーション状態に保持される。
用される。この動作では、Ｔ状態への重要な緩和が開始
される前に、半波長分のリターデーション状態が達成さ
れる。液晶層に印加される小さな電圧が維持されて、セ
ルが半波長分のリターデーション状態に保持される。
【００１２】Ｈ． Ｎａｋａｍｕａの”Ｄｙｎａｍｉｃ
Ｂｅｎｄ Ｍｏｄｅ ｉｎ ａＰｉ−Ｃｅｌｌ”、Ｄ
ｅｃｅｍｂｅｒ １−３ １９９９ ＳＩＤ Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，
ｐｐ．３７−４０は、πセルを「アンダードライブ
（Ｕｎｄｅｒ−Ｄｒｉｖｉｎｇ）」する技術を開示して
おり、これを「ダイナミックベンドモード（Ｄｙｎａｍ
ｉｃ Ｂｅｎｄ Ｍｏｄｅ）」と呼ぶ。この駆動モード
は、Ｂｏｓらによって説明された第１の駆動モードと等
価であり、動的なＶ状態は、バイアス電圧の増大にした
がって増加する寿命を有する。各フレームの間に比較的
高い電圧ブランキングパルスを使用して、Ｖ状態を改善
することも開示されている。
Ｂｅｎｄ Ｍｏｄｅ ｉｎ ａＰｉ−Ｃｅｌｌ”、Ｄ
ｅｃｅｍｂｅｒ １−３ １９９９ ＳＩＤ Ｐｒｏｃ
ｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ６ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎ
ａｔｉｏｎａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ，
ｐｐ．３７−４０は、πセルを「アンダードライブ
（Ｕｎｄｅｒ−Ｄｒｉｖｉｎｇ）」する技術を開示して
おり、これを「ダイナミックベンドモード（Ｄｙｎａｍ
ｉｃ Ｂｅｎｄ Ｍｏｄｅ）」と呼ぶ。この駆動モード
は、Ｂｏｓらによって説明された第１の駆動モードと等
価であり、動的なＶ状態は、バイアス電圧の増大にした
がって増加する寿命を有する。各フレームの間に比較的
高い電圧ブランキングパルスを使用して、Ｖ状態を改善
することも開示されている。
【００１３】米国特許第４、５６６、７５８は、液晶層
の厚さとキラルピッチ（ｃｈｉｒａｌ ｐｉｔｃｈ）と
の比が０．２５より大きくなるように、液晶材料がキラ
ルドーパントでドーピングされたπセルを開示してい
る。このタイプのデバイスは、動作電圧範囲内ではＴ状
態のままであり、このＴ状態は、比較的高い動作電圧に
おけるＶ状態と同様の光学特性を有する。このような構
成は、従来のπセルにおける核形成の問題を克服する
が、比較的高い動作電圧で、同様の光学的特徴を保持す
る。しかし、電圧が低下するにつれ、光学的特徴に対す
る固有のねじれの影響のため、従来のπセルと比べて性
能が低下し、低減された視野角性能およびより遅い応答
スピードが示された。
の厚さとキラルピッチ（ｃｈｉｒａｌ ｐｉｔｃｈ）と
の比が０．２５より大きくなるように、液晶材料がキラ
ルドーパントでドーピングされたπセルを開示してい
る。このタイプのデバイスは、動作電圧範囲内ではＴ状
態のままであり、このＴ状態は、比較的高い動作電圧に
おけるＶ状態と同様の光学特性を有する。このような構
成は、従来のπセルにおける核形成の問題を克服する
が、比較的高い動作電圧で、同様の光学的特徴を保持す
る。しかし、電圧が低下するにつれ、光学的特徴に対す
る固有のねじれの影響のため、従来のπセルと比べて性
能が低下し、低減された視野角性能およびより遅い応答
スピードが示された。
【００１４】Ｅ．Ｊ． Ａｃｏｓｔａ、Ｍ．Ｊ． Ｔｏ
ｗｌｅｒ、およびＨ．Ｇ． Ｗａｌｔｏｎの”Ｔｈｅ
Ｒｏｌｅ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｉｌｔ ｉｎ ｔ
ｈｅＯｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｉ−Ｃｅｌｌ Ｌｉ
ｑｕｉｄ ＣｒｙｓｔａｌＤｅｖｉｃｅｓ” Ｊｕｌｙ
２０００ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓｖｏｌ．
７ ｐｐ．９７７−９８４は、πセルの動作における表
面プレティルトの役割を開示している。印加電圧０の場
合、０°〜約４８°のプレティルトの範囲内で、通常の
ネマチック液晶材料について、Ｈ状態は安定しており、
それに対して、約４８°を超えるプレティルトについ
て、Ｖ状態は安定する。
ｗｌｅｒ、およびＨ．Ｇ． Ｗａｌｔｏｎの”Ｔｈｅ
Ｒｏｌｅ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｉｌｔ ｉｎ ｔ
ｈｅＯｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｉ−Ｃｅｌｌ Ｌｉ
ｑｕｉｄ ＣｒｙｓｔａｌＤｅｖｉｃｅｓ” Ｊｕｌｙ
２０００ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓｖｏｌ．
７ ｐｐ．９７７−９８４は、πセルの動作における表
面プレティルトの役割を開示している。印加電圧０の場
合、０°〜約４８°のプレティルトの範囲内で、通常の
ネマチック液晶材料について、Ｈ状態は安定しており、
それに対して、約４８°を超えるプレティルトについ
て、Ｖ状態は安定する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明のπセル液晶デバ
イスは、第１および第２のアライメント層（１４，１
５）の間に配置されたネマチック液晶材料の層（１７）
を含むπセル液晶デバイスであって、印加された電場が
０である場合、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状
態の各々のエネルギーよりも小さくなり、Ｖ状態のエネ
ルギーがＴ状態のエネルギー以下になるように、該第１
および第２のアライメント層が、隣接する該液晶材料内
にプレティルトを誘起し、該層（１７）の少なくとも１
つの領域に、Ｖ状態のエネルギーがＨ状態およびＴ状態
の各々のエネルギーよりも小さい第１の電場（ＶB）
と、該第１の電場（ＶB）よりも大きさが小さく、且
つ、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々の
エネルギーよりも小さい第２の電場（ＶW）とを選択的
に印加する駆動構成要素（１８）とを特徴とする。
イスは、第１および第２のアライメント層（１４，１
５）の間に配置されたネマチック液晶材料の層（１７）
を含むπセル液晶デバイスであって、印加された電場が
０である場合、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状
態の各々のエネルギーよりも小さくなり、Ｖ状態のエネ
ルギーがＴ状態のエネルギー以下になるように、該第１
および第２のアライメント層が、隣接する該液晶材料内
にプレティルトを誘起し、該層（１７）の少なくとも１
つの領域に、Ｖ状態のエネルギーがＨ状態およびＴ状態
の各々のエネルギーよりも小さい第１の電場（ＶB）
と、該第１の電場（ＶB）よりも大きさが小さく、且
つ、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々の
エネルギーよりも小さい第２の電場（ＶW）とを選択的
に印加する駆動構成要素（１８）とを特徴とする。
【００１６】本発明のπセル液晶デバイスは、印加され
た電場が０である場合に、前記Ｖ状態の前記エネルギー
が、前記Ｔ状態の前記エネルギーよりも小さくともよ
い。
た電場が０である場合に、前記Ｖ状態の前記エネルギー
が、前記Ｔ状態の前記エネルギーよりも小さくともよ
い。
【００１７】本発明のπセル液晶デバイスは、前記第２
の電場（ＶW）が、実質的にゼロの値を有することを特
徴としてもよい。
の電場（ＶW）が、実質的にゼロの値を有することを特
徴としてもよい。
【００１８】本発明のπセル液晶デバイスは、前記第１
および第２の電場（ＶB，ＶW）が、前記少なくとも１つ
の領域の光学的範囲の第１および第２の極限光学状態を
選択することを特徴としてもよい。
および第２の電場（ＶB，ＶW）が、前記少なくとも１つ
の領域の光学的範囲の第１および第２の極限光学状態を
選択することを特徴としてもよい。
【００１９】本発明のπセル液晶デバイスは、前記第１
および第２の極限光学状態が、前記デバイスに照射され
る光放射の波長の１／２の奇数倍分だけ互いに異なる、
前記少なくとも１つの領域の第１および第２のリターデ
ーションを含むことを特徴としてもよい。
および第２の極限光学状態が、前記デバイスに照射され
る光放射の波長の１／２の奇数倍分だけ互いに異なる、
前記少なくとも１つの領域の第１および第２のリターデ
ーションを含むことを特徴としてもよい。
【００２０】本発明のπセル液晶デバイスは、前記第１
および第２のリターデーションが、波長の１／２だけ異
なることを特徴としてもよい。
および第２のリターデーションが、波長の１／２だけ異
なることを特徴としてもよい。
【００２１】本発明のπセル液晶デバイスは、前記第１
および第２の極限光学状態が、それぞれ、最大の減衰お
よび最小の減衰を含むことを特徴としてもよい。
および第２の極限光学状態が、それぞれ、最大の減衰お
よび最小の減衰を含むことを特徴としてもよい。
【００２２】本発明のπセル液晶デバイスは、前記第１
および第２の極限光学状態が、それぞれ、最小の減衰お
よび最大の減衰を含むことを特徴としてもよい。
および第２の極限光学状態が、それぞれ、最小の減衰お
よび最大の減衰を含むことを特徴としてもよい。
【００２３】本発明のπセル液晶デバイスは、前記プレ
ティルトが実質的に５０°より小さいことを特徴として
もよい。
ティルトが実質的に５０°より小さいことを特徴として
もよい。
【００２４】本発明のπセル液晶デバイスは、前記プレ
ティルトが実質的に４８°より小さいことを特徴として
もよい。
ティルトが実質的に４８°より小さいことを特徴として
もよい。
【００２５】本発明のπセル液晶デバイスは、前記プレ
ティルトが実質的に２０°より大きいことを特徴として
もよい。
ティルトが実質的に２０°より大きいことを特徴として
もよい。
【００２６】本発明のπセル液晶デバイスは、前記プレ
ティルトが実質的に２６°以上であることを特徴として
もよい。
ティルトが実質的に２６°以上であることを特徴として
もよい。
【００２７】本発明のπセル液晶デバイスは、前記プレ
ティルトが実質的に２９°以上であることを特徴として
もよい。
ティルトが実質的に２９°以上であることを特徴として
もよい。
【００２８】本発明のπセル液晶デバイスは、前記液晶
材料が弾性定数Ｋ１１、Ｋ２２、およびＫ３３を有し、
該弾性定数の各々は、室温において５０ｐＮ未満である
ことを特徴としてもよい。
材料が弾性定数Ｋ１１、Ｋ２２、およびＫ３３を有し、
該弾性定数の各々は、室温において５０ｐＮ未満である
ことを特徴としてもよい。
【００２９】本発明のπセル液晶デバイスは、前記デバ
イスの動作温度範囲内にわたって、前記弾性定数の各々
が３０ｐＮ未満であることを特徴としてもよい。
イスの動作温度範囲内にわたって、前記弾性定数の各々
が３０ｐＮ未満であることを特徴としてもよい。
【００３０】本発明のπセル液晶デバイスは、前記液晶
材料が、実質的に２よりも大きな誘電率を有することを
特徴としてもよい。
材料が、実質的に２よりも大きな誘電率を有することを
特徴としてもよい。
【００３１】本発明のπセル液晶デバイスは、前記液晶
材料が、実質的に１５よりも小さな誘電率を有すること
を特徴としてもよい。
材料が、実質的に１５よりも小さな誘電率を有すること
を特徴としてもよい。
【００３２】本発明のπセル液晶デバイスは、前記誘電
率が、実質的に１０よりも小さいことを特徴としてもよ
い。
率が、実質的に１０よりも小さいことを特徴としてもよ
い。
【００３３】本発明によると、第１および第２のアライ
メント層の間に配置されたネマチック液晶材料の層を含
むπセル液晶デバイスであって、印加された電場が０で
ある場合、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の
各々のエネルギーよりも小さくなり、Ｖ状態のエネルギ
ーがＴ状態のエネルギー以下になるように、第１および
第２のアライメント層が、隣接する液晶材料内にプレテ
ィルトを誘起する、ネマチック液晶材料の層と、上記層
の少なくとも１つの領域に、Ｖ状態のエネルギーがＨ状
態およびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さい第１の
電場と、第１の電場よりも規模が小さく、且つ、Ｈ状態
のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々のエネルギー
よりも小さい第２の電場とを選択的に印加する駆動構成
要素とを含むπセル液晶デバイスが提供される。
メント層の間に配置されたネマチック液晶材料の層を含
むπセル液晶デバイスであって、印加された電場が０で
ある場合、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の
各々のエネルギーよりも小さくなり、Ｖ状態のエネルギ
ーがＴ状態のエネルギー以下になるように、第１および
第２のアライメント層が、隣接する液晶材料内にプレテ
ィルトを誘起する、ネマチック液晶材料の層と、上記層
の少なくとも１つの領域に、Ｖ状態のエネルギーがＨ状
態およびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さい第１の
電場と、第１の電場よりも規模が小さく、且つ、Ｈ状態
のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の各々のエネルギー
よりも小さい第２の電場とを選択的に印加する駆動構成
要素とを含むπセル液晶デバイスが提供される。
【００３４】印加された電場が０である場合に、Ｖ状態
のエネルギーが、Ｔ状態のエネルギーよりも小さくても
よい。
のエネルギーが、Ｔ状態のエネルギーよりも小さくても
よい。
【００３５】第２の電場が、実質的にゼロの規模を有し
てもよい。
てもよい。
【００３６】第１および第２の電場が、上記少なくとも
１つの領域の光学的範囲の第１および第２の極限光学状
態を選択してもよい。上記第１および第２の極限光学状
態が、上記デバイスに照射される光放射の波長の１／２
の奇数倍分だけ互いに異なる、上記少なくとも１つの領
域の第１および第２のリターデーションを含んでもよ
い。上記第１および第２のリターデーションが、波長の
１／２だけ異なってもよい。上記第１および第２の極限
光学状態が、それぞれ、最大の減衰および最小の減衰を
含んでもよい。あるいは、上記第１および第２の極限光
学状態が、それぞれ、最小の減衰および最大の減衰を含
んでもよい。
１つの領域の光学的範囲の第１および第２の極限光学状
態を選択してもよい。上記第１および第２の極限光学状
態が、上記デバイスに照射される光放射の波長の１／２
の奇数倍分だけ互いに異なる、上記少なくとも１つの領
域の第１および第２のリターデーションを含んでもよ
い。上記第１および第２のリターデーションが、波長の
１／２だけ異なってもよい。上記第１および第２の極限
光学状態が、それぞれ、最大の減衰および最小の減衰を
含んでもよい。あるいは、上記第１および第２の極限光
学状態が、それぞれ、最小の減衰および最大の減衰を含
んでもよい。
【００３７】上記プレティルトは、実質的に５０°より
小さくてもよく、実質的に４８°より小さくてもよい。
小さくてもよく、実質的に４８°より小さくてもよい。
【００３８】上記プレティルトは、実質的に２０°より
大きくてもよく、実質的に２６°以上であってもよく、
実質的に２９°以上であってもよい。
大きくてもよく、実質的に２６°以上であってもよく、
実質的に２９°以上であってもよい。
【００３９】上記液晶材料が弾性定数Ｋ１１、Ｋ２２、
およびＫ２３を有してもよく、これらの弾性定数の各々
は、室温において５０ｐＮ未満である。上記デバイスの
動作温度範囲内において、上記弾性定数の各々が３０ｐ
Ｎ未満であってもよい。
およびＫ２３を有してもよく、これらの弾性定数の各々
は、室温において５０ｐＮ未満である。上記デバイスの
動作温度範囲内において、上記弾性定数の各々が３０ｐ
Ｎ未満であってもよい。
【００４０】上記液晶材料が、実質的に２よりも大きな
誘電率を有してもよい。
誘電率を有してもよい。
【００４１】上記液晶材料が、実質的に１５よりも小さ
な誘電率を有してもよい。上記誘電率が、１０よりも小
さくてもよい。
な誘電率を有してもよい。上記誘電率が、１０よりも小
さくてもよい。
【００４２】Ｔ状態のエネルギーが０ボルトにおいて最
も高くなり、Ｈ状態のエネルギーが最も低くなり、Ｖ状
態のエネルギーが中間になる、プレティルト角の臨界範
囲（この範囲は、公知のπセルにおいて通常使用される
範囲の外側にある）が存在することが偶然発見されてい
る。これを使用して、任意の電圧でＴ状態が形成される
ことがエネルギー的に好適である状態には決してならな
いようにπセルを形成し得る。このようなπセルは、特
定のタイプの電圧アドレシングスキームと共に使用され
る場合、有利な光学特性を有する。
も高くなり、Ｈ状態のエネルギーが最も低くなり、Ｖ状
態のエネルギーが中間になる、プレティルト角の臨界範
囲（この範囲は、公知のπセルにおいて通常使用される
範囲の外側にある）が存在することが偶然発見されてい
る。これを使用して、任意の電圧でＴ状態が形成される
ことがエネルギー的に好適である状態には決してならな
いようにπセルを形成し得る。このようなπセルは、特
定のタイプの電圧アドレシングスキームと共に使用され
る場合、有利な光学特性を有する。
【００４３】Ｔ状態が決して最低エネルギー状態になら
ないように、つまり決して安定しないように動作するπ
セル液晶を提供することが可能である。したがって、デ
バイス内でねじれが起こらず、高速な切り換え速度およ
び良好な光変調度で動作することが可能である。温度お
よび時間に依存するねじれ状態が決して形成されないの
で、光学補償膜を用いることにより、温度の関数として
の良好な視野角性能が達成される。
ないように、つまり決して安定しないように動作するπ
セル液晶を提供することが可能である。したがって、デ
バイス内でねじれが起こらず、高速な切り換え速度およ
び良好な光変調度で動作することが可能である。温度お
よび時間に依存するねじれ状態が決して形成されないの
で、光学補償膜を用いることにより、温度の関数として
の良好な視野角性能が達成される。
【００４４】初期のＨ状態からの核形成されたＶ状態の
比較的速い初期成長が達成される。デバイスは、印加電
圧が０であっても、Ｔ状態へと緩和されることがなく、
Ｈ状態への緩和は、πセルをＶ状態に維持しつつ液晶配
向を修正するのにかかる時間と比べて、比較的長い。し
たがって、従来のπセルの動作における核形成および核
再形成に関連する問題は、実質的に減少する。上述のＮ
ａｋａｍｕｒａの文献に開示されているものよりも、ア
ドレシング波形の設計の点でより柔軟性に富んでいると
いうさらなる利点がこれより派生する。
比較的速い初期成長が達成される。デバイスは、印加電
圧が０であっても、Ｔ状態へと緩和されることがなく、
Ｈ状態への緩和は、πセルをＶ状態に維持しつつ液晶配
向を修正するのにかかる時間と比べて、比較的長い。し
たがって、従来のπセルの動作における核形成および核
再形成に関連する問題は、実質的に減少する。上述のＮ
ａｋａｍｕｒａの文献に開示されているものよりも、ア
ドレシング波形の設計の点でより柔軟性に富んでいると
いうさらなる利点がこれより派生する。
【００４５】
【発明の実施の形態】以下、例示を目的として、添付の
図面を参照しつつ本発明をさらに説明する。
図面を参照しつつ本発明をさらに説明する。
【００４６】図２に示すπセル液晶デバイスは、上部基
板１０および下部基板１１を有する。これらの基板上に
は、それぞれ、上部電極構造体１２および下部電極構造
体１３が形成される。図２に示すデバイスは透過型であ
り、基板１０および１１は透明である（例えば、ガラス
または透明プラスチック材料で形成される）。同様に、
電極１２および１３も透明であり、例えば、インジウム
錫酸化物（ＩＴＯ）で形成される。しかし、デバイス
は、同様に反射型であってもよく、この場合、基板の一
方およびその上に設けられた電極は、透明である必要は
ない。実際、その電極は、反射体として機能し得る。
板１０および下部基板１１を有する。これらの基板上に
は、それぞれ、上部電極構造体１２および下部電極構造
体１３が形成される。図２に示すデバイスは透過型であ
り、基板１０および１１は透明である（例えば、ガラス
または透明プラスチック材料で形成される）。同様に、
電極１２および１３も透明であり、例えば、インジウム
錫酸化物（ＩＴＯ）で形成される。しかし、デバイス
は、同様に反射型であってもよく、この場合、基板の一
方およびその上に設けられた電極は、透明である必要は
ない。実際、その電極は、反射体として機能し得る。
【００４７】アライメント層１４および１５が、電極１
２および１３上にそれぞれ形成される。アライメント層
１４および１５の各々は、ＲＮ７１５（Ｎｉｓｓａｎ
Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されている）を含み得る。
このような材料は、溶媒中に溶解され、電極１２および
１３上にスピンコーティングされ、その後、焼成プロセ
スが行われる。その後、アライメント層１４および１５
は、クロスで一方向にラビング処理され、所望の液晶ア
ライメントを誘起する。あるいは、フォトアライメント
（ｐｈｏｔｏａｌｉｇｎｍｅｎｔ）技術を用い得る。こ
の技術では、電極１２および１３は、紫外線光に反応す
るフォトポリマーでコーティングされ、その後、紫外線
光に暴露されて、所望の液晶アライメントを誘起する表
面を形成する。その後、基板１０および１１は、アライ
メント方向が平行になるように互いに向かい合う（つま
り、同じ方向を指す）アライメント層１４および１５に
よって、配向される。アライメント層１４および１５
は、例えば、図２に示すように、絶縁スペーサボール１
６によって、空間を開けて離される。アライメント層の
間の空間には、ネマチック液晶材料１７が充填される。
電極１２および１３は、層１７に適切な駆動電圧を印加
する駆動構成要素１８に接続される。
２および１３上にそれぞれ形成される。アライメント層
１４および１５の各々は、ＲＮ７１５（Ｎｉｓｓａｎ
Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販されている）を含み得る。
このような材料は、溶媒中に溶解され、電極１２および
１３上にスピンコーティングされ、その後、焼成プロセ
スが行われる。その後、アライメント層１４および１５
は、クロスで一方向にラビング処理され、所望の液晶ア
ライメントを誘起する。あるいは、フォトアライメント
（ｐｈｏｔｏａｌｉｇｎｍｅｎｔ）技術を用い得る。こ
の技術では、電極１２および１３は、紫外線光に反応す
るフォトポリマーでコーティングされ、その後、紫外線
光に暴露されて、所望の液晶アライメントを誘起する表
面を形成する。その後、基板１０および１１は、アライ
メント方向が平行になるように互いに向かい合う（つま
り、同じ方向を指す）アライメント層１４および１５に
よって、配向される。アライメント層１４および１５
は、例えば、図２に示すように、絶縁スペーサボール１
６によって、空間を開けて離される。アライメント層の
間の空間には、ネマチック液晶材料１７が充填される。
電極１２および１３は、層１７に適切な駆動電圧を印加
する駆動構成要素１８に接続される。
【００４８】図３は、例えば、ディスプレイとしてまた
はディスプレイにおいて使用される場合、空間光変調を
提供するのに、図２のデバイスがどのように使用され得
るかを示す。液晶層１７は、そのアライメント方向でも
ってアライメント層１４および１５の間に示され、した
がって、デバイスの光軸は、参照符号２０に示され、垂
直方向に配向されている。パッシブリターダ２１は、そ
の光軸２２がπセルの光軸２０に対して垂直に配向さ
れ、デバイスによって提供される効果的なリターデーシ
ョンは、πセル１１のリターデーションとリターダ２１
のリターデーションとの差である。リターダ２１のリタ
ーデーションは、その高い方の動作電圧において、πセ
ルのリターデーションと等しくなり、有限の動作電圧で
ゼロの光学的リターデーションを提供する構成を提供す
る。低い方の動作電圧において、リターデーションの差
は、可視スペクトルの中間領域における光の波長の半分
に等しくなるように構成され、その結果、デバイスは、
１／２波長板として動作する。
はディスプレイにおいて使用される場合、空間光変調を
提供するのに、図２のデバイスがどのように使用され得
るかを示す。液晶層１７は、そのアライメント方向でも
ってアライメント層１４および１５の間に示され、した
がって、デバイスの光軸は、参照符号２０に示され、垂
直方向に配向されている。パッシブリターダ２１は、そ
の光軸２２がπセルの光軸２０に対して垂直に配向さ
れ、デバイスによって提供される効果的なリターデーシ
ョンは、πセル１１のリターデーションとリターダ２１
のリターデーションとの差である。リターダ２１のリタ
ーデーションは、その高い方の動作電圧において、πセ
ルのリターデーションと等しくなり、有限の動作電圧で
ゼロの光学的リターデーションを提供する構成を提供す
る。低い方の動作電圧において、リターデーションの差
は、可視スペクトルの中間領域における光の波長の半分
に等しくなるように構成され、その結果、デバイスは、
１／２波長板として動作する。
【００４９】偏光子２３および２４は、πセルおよびリ
ターダ２１を含む構造体の一方に配置される。偏光子２
３および２４の偏光方向は、互いに対して垂直であり、
πセルの光軸２０およびリターダ２１の光軸２２に対し
て４５°の角度で配向される。
ターダ２１を含む構造体の一方に配置される。偏光子２
３および２４の偏光方向は、互いに対して垂直であり、
πセルの光軸２０およびリターダ２１の光軸２２に対し
て４５°の角度で配向される。
【００５０】高い方の動作電圧がπセルに印加された場
合、偏光子２３および２４の間のリターデーションは０
である。したがって、デバイス全体は、一対の交差偏光
子として機能し、光の通過を実質的に遮断する。低い方
の動作電圧において、偏光子２３に照射された光（例え
ば、バックライトからの光）が偏光され、πセルによっ
て形成された１／２偏光板およびリターダ２１が偏光の
角度を９０°変化させる。したがって、光は、比較的小
さな減衰で、偏光子２４を透過する。このように、光
（白）状態および暗（黒）状態が確立される。πセルを
中間の電圧で動作することにより、グレイスケール動作
が達成される。
合、偏光子２３および２４の間のリターデーションは０
である。したがって、デバイス全体は、一対の交差偏光
子として機能し、光の通過を実質的に遮断する。低い方
の動作電圧において、偏光子２３に照射された光（例え
ば、バックライトからの光）が偏光され、πセルによっ
て形成された１／２偏光板およびリターダ２１が偏光の
角度を９０°変化させる。したがって、光は、比較的小
さな減衰で、偏光子２４を透過する。このように、光
（白）状態および暗（黒）状態が確立される。πセルを
中間の電圧で動作することにより、グレイスケール動作
が達成される。
【００５１】図４は、印加電圧と（対称な）表面プレテ
ィルトとの関係を示すグラフであり、（液晶ディスプレ
イ材料の典型例であるパラメータから計算した）層１７
の状態の安定性を示す。これは、液晶層の厚さには実質
的に無関係である。図４は、１３．７４５の誘電異方性
（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）、Ｋ
１１＝１０．６４３ｐＮ、Ｋ２２＝６．７ｐＮ、および
Ｋ３３＝１５．５ｐＮの弾性係数を含む液晶パラメータ
に関する。領域ＡおよびＥにおいて、Ｖ状態は最も低い
エネルギーを有し、したがって、安定状態である。高い
値のプレティルトの場合、例えば図４に示した特徴につ
いて約４８°を超える場合、Ｖ状態は、印加電圧が０で
ある場合に最も低いエネルギーを有する。この臨界プレ
ティルト角よりも小さい場合、Ｈ状態は最も低いエネル
ギーを有し、したがって、０〜約４８°のプレティルト
角度範囲について、Ｈ状態は安定状態である。領域Ｂ、
Ｃ、およびＤにおいて、Ｈ状態は最も低いエネルギーを
有し、したがって安定状態である。領域Ｃにおいて、液
晶材料はＴ状態へと緩和され得、それに対してＢおよび
Ｄ領域では、Ｔ状態は現れない。
ィルトとの関係を示すグラフであり、（液晶ディスプレ
イ材料の典型例であるパラメータから計算した）層１７
の状態の安定性を示す。これは、液晶層の厚さには実質
的に無関係である。図４は、１３．７４５の誘電異方性
（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）、Ｋ
１１＝１０．６４３ｐＮ、Ｋ２２＝６．７ｐＮ、および
Ｋ３３＝１５．５ｐＮの弾性係数を含む液晶パラメータ
に関する。領域ＡおよびＥにおいて、Ｖ状態は最も低い
エネルギーを有し、したがって、安定状態である。高い
値のプレティルトの場合、例えば図４に示した特徴につ
いて約４８°を超える場合、Ｖ状態は、印加電圧が０で
ある場合に最も低いエネルギーを有する。この臨界プレ
ティルト角よりも小さい場合、Ｈ状態は最も低いエネル
ギーを有し、したがって、０〜約４８°のプレティルト
角度範囲について、Ｈ状態は安定状態である。領域Ｂ、
Ｃ、およびＤにおいて、Ｈ状態は最も低いエネルギーを
有し、したがって安定状態である。領域Ｃにおいて、液
晶材料はＴ状態へと緩和され得、それに対してＢおよび
Ｄ領域では、Ｔ状態は現れない。
【００５２】特定の材料パラメータについてのプレティ
ルトの範囲、つまり、約２９°〜約４８°の範囲が存在
し、この範囲において、印加電圧が０である場合、Ｈ状
態のエネルギーは、Ｖ状態およびＴ状態の各々のエネル
ギーよりも小さい。アライメント層１４および１５は、
この範囲内において対称なプレティルト角を提供するよ
うに構成され、πセルの動作中、Ｔ状態は起り得ない。
印加電圧が０の場合、Ｖ状態のエネルギーはＴ状態のエ
ネルギー以下（好適には未満）である。
ルトの範囲、つまり、約２９°〜約４８°の範囲が存在
し、この範囲において、印加電圧が０である場合、Ｈ状
態のエネルギーは、Ｖ状態およびＴ状態の各々のエネル
ギーよりも小さい。アライメント層１４および１５は、
この範囲内において対称なプレティルト角を提供するよ
うに構成され、πセルの動作中、Ｔ状態は起り得ない。
印加電圧が０の場合、Ｖ状態のエネルギーはＴ状態のエ
ネルギー以下（好適には未満）である。
【００５３】駆動構成要素１８は、電極１２および１３
に駆動電圧を供給し、デバイスは、高い方の電圧と低い
方の電圧との間で切り換わり、高い方の電圧の場合、領
域Ａで動作し、低い方の電圧の場合、領域Ｄで動作す
る。グレイスケール能力が必要である場合、高い方の電
圧と低い方の電圧とによって規定される範囲内の中間電
圧もまた、駆動構成要素１８によって供給される。
に駆動電圧を供給し、デバイスは、高い方の電圧と低い
方の電圧との間で切り換わり、高い方の電圧の場合、領
域Ａで動作し、低い方の電圧の場合、領域Ｄで動作す
る。グレイスケール能力が必要である場合、高い方の電
圧と低い方の電圧とによって規定される範囲内の中間電
圧もまた、駆動構成要素１８によって供給される。
【００５４】上記のπセルにおいて、動作が開始され得
る前に、Ｈ状態からＶ状態を核形成する必要がある。こ
のことは、Ｖ状態の核形成が起こるのに十分な期間の
間、適切な高い電圧を印加することによってデバイスを
オンする場合に達成され得る。Ｖ状態が一旦確立される
と、制御ドライブ信号に応じて、図４の領域Ａと領域Ｄ
との間でデバイスが切り換えられる。図４の領域Ｄにお
いて、Ｈ状態は安定状態または最小エネルギー状態であ
るが、Ｈ状態への緩和は比較的ゆっくり進行し、数秒の
オーダーの期間を必要とする。領域Ｄで動作する場合、
Ｔ状態は起こり得ず、通常の動作中、πセルはＶ状態に
維持される。したがって、πセルがＴ状態へと緩和され
る可能性を排除することによってデバイスの性能が実質
的に改良される。
る前に、Ｈ状態からＶ状態を核形成する必要がある。こ
のことは、Ｖ状態の核形成が起こるのに十分な期間の
間、適切な高い電圧を印加することによってデバイスを
オンする場合に達成され得る。Ｖ状態が一旦確立される
と、制御ドライブ信号に応じて、図４の領域Ａと領域Ｄ
との間でデバイスが切り換えられる。図４の領域Ｄにお
いて、Ｈ状態は安定状態または最小エネルギー状態であ
るが、Ｈ状態への緩和は比較的ゆっくり進行し、数秒の
オーダーの期間を必要とする。領域Ｄで動作する場合、
Ｔ状態は起こり得ず、通常の動作中、πセルはＶ状態に
維持される。したがって、πセルがＴ状態へと緩和され
る可能性を排除することによってデバイスの性能が実質
的に改良される。
【００５５】図５は、別のタイプのネマチック液晶材料
の性能、つまり、Ｅ７（ＭｅｒｃｋＤａｒｍｓｔａｄｔ
から市販されている）の性能を示す。Ｅ７の化学構造
は、Ｅ．Ｐ．Ｒａｙｎｅｓ、Ｒ．Ｊ．Ａ．Ｔｏｕｇｈ、
Ｋ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓの”Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｅｐｅｎ
ｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏ
ｆ ａ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｌａｙｅｒ”（Ｍｏｌ． Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．
Ｃｒｙｓｔ．， Ｖｏｌ．５６ （Ｌｅｔｔｅｒｓ），
ｐｐ．６３−６８，１９７９）に記載されている。２０
℃におけるＥ７の特徴は、Ｋ１１＝１１．７ｐＮ、Ｋ２
２＝８．８ｐＮ、Ｋ３３＝１９．５ｐＮであり、誘電異
方性がΔε＝１４．３７である。この材料の場合、πセ
ルは、約２６°〜約５０°の対称なプレティルト角で動
作する。このプレティルトの範囲内において、Ｈ状態の
エネルギーは、Ｖ状態およびＴ状態の各々のエネルギー
よりも小さい。デバイスが、有意な期間の間、領域Ｆに
切り換えられた状態に維持された場合でも、領域Ｆおよ
び領域Ｇ内でデバイスが動作し、Ｔ状態が起こらないよ
うに、駆動構成要素１８によって駆動電圧が供給され
る。
の性能、つまり、Ｅ７（ＭｅｒｃｋＤａｒｍｓｔａｄｔ
から市販されている）の性能を示す。Ｅ７の化学構造
は、Ｅ．Ｐ．Ｒａｙｎｅｓ、Ｒ．Ｊ．Ａ．Ｔｏｕｇｈ、
Ｋ．Ａ．Ｄａｖｉｅｓの”Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｅｐｅｎ
ｄｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅｏ
ｆ ａ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｌｉｑｕｉ
ｄ Ｌａｙｅｒ”（Ｍｏｌ． Ｃｒｙｓｔ．Ｌｉｑ．
Ｃｒｙｓｔ．， Ｖｏｌ．５６ （Ｌｅｔｔｅｒｓ），
ｐｐ．６３−６８，１９７９）に記載されている。２０
℃におけるＥ７の特徴は、Ｋ１１＝１１．７ｐＮ、Ｋ２
２＝８．８ｐＮ、Ｋ３３＝１９．５ｐＮであり、誘電異
方性がΔε＝１４．３７である。この材料の場合、πセ
ルは、約２６°〜約５０°の対称なプレティルト角で動
作する。このプレティルトの範囲内において、Ｈ状態の
エネルギーは、Ｖ状態およびＴ状態の各々のエネルギー
よりも小さい。デバイスが、有意な期間の間、領域Ｆに
切り換えられた状態に維持された場合でも、領域Ｆおよ
び領域Ｇ内でデバイスが動作し、Ｔ状態が起こらないよ
うに、駆動構成要素１８によって駆動電圧が供給され
る。
【００５６】一般に、πセルに使用される通常の材料
は、弾性定数Ｋ１１、Ｋ２２、およびＫ３３を有する。
これらの弾性定数は、５０ｐＮ未満であり、より一般的
には、室温で且つπセルの動作範囲の少なくとも大部分
において３０ｐＮ未満である。弾性定数が互いに等しい
材料について、約４５°の臨界プレティルトが存在し、
この値よりも大きい場合、印加電場０のときにＶ状態は
安定であり、この値よりも小さい場合、印加電場０のと
きにＨ状態は安定である。したがって、ほとんどの材料
について、弾性定数は互いに等しくなく、通常、弾性定
数Ｋ２２は、Ｋ１１およびＫ３３の各々よりも小さい。
臨界プレティルト角は、これらの定数の値に依存する
が、通常、３０°〜６０°の間に維持される。図４に示
す性能を有する材料の場合、臨界プレティルトは約４８
°であり、図５に示す性能を有する材料の場合も同様で
ある。図５に示すプレティルト角の下限は、図４に示す
プレティルト角の下限よりも高いが、通常、２つの材料
の特徴は等しく、主な差異は、電圧スケールが互いに異
なる点にある。
は、弾性定数Ｋ１１、Ｋ２２、およびＫ３３を有する。
これらの弾性定数は、５０ｐＮ未満であり、より一般的
には、室温で且つπセルの動作範囲の少なくとも大部分
において３０ｐＮ未満である。弾性定数が互いに等しい
材料について、約４５°の臨界プレティルトが存在し、
この値よりも大きい場合、印加電場０のときにＶ状態は
安定であり、この値よりも小さい場合、印加電場０のと
きにＨ状態は安定である。したがって、ほとんどの材料
について、弾性定数は互いに等しくなく、通常、弾性定
数Ｋ２２は、Ｋ１１およびＫ３３の各々よりも小さい。
臨界プレティルト角は、これらの定数の値に依存する
が、通常、３０°〜６０°の間に維持される。図４に示
す性能を有する材料の場合、臨界プレティルトは約４８
°であり、図５に示す性能を有する材料の場合も同様で
ある。図５に示すプレティルト角の下限は、図４に示す
プレティルト角の下限よりも高いが、通常、２つの材料
の特徴は等しく、主な差異は、電圧スケールが互いに異
なる点にある。
【００５７】薄膜トランジスタアクティブマトリクス液
晶ディスプレイの一部を形成するπセルについて、適切
な材料の誘電異方性は、概して２より大きく、概して１
５より小さく、より一般的には１０より小さい。
晶ディスプレイの一部を形成するπセルについて、適切
な材料の誘電異方性は、概して２より大きく、概して１
５より小さく、より一般的には１０より小さい。
【００５８】全ての適切な液晶材料ではないが、たいて
いの液晶材料について、プレティルト角の範囲は、約２
０°〜約５０°であると考えられている。但し、上で説
明したように、実際の限界値は、材料によって変わり得
るが、特定の材料について容易に判定し得る。
いの液晶材料について、プレティルト角の範囲は、約２
０°〜約５０°であると考えられている。但し、上で説
明したように、実際の限界値は、材料によって変わり得
るが、特定の材料について容易に判定し得る。
【００５９】図６および図７は、図４に示した性能を有
する上述の液晶材料を用いた、図２および図３に示した
タイプのデバイスの性能を示す。液晶層１７は６．２５
マイクロメートルの厚さを有し、アライメント層１４お
よび１５は２９°の対称なプレティルトを提供する。リ
ターダ２１は５５ナノメートルのリターデーションを有
し、πセルとリターダ２１の組み合わせは、駆動構成要
素１８が電極１２および１３に５ボルトを供給する場
合、ゼロのリターデーションを提供し、駆動構成要素１
８が電極１２および１３に０ボルトを供給する場合、５
５０ナノメートルの波長の光に対して、５Ｖおよび半波
長分のリターデーションを提供する。
する上述の液晶材料を用いた、図２および図３に示した
タイプのデバイスの性能を示す。液晶層１７は６．２５
マイクロメートルの厚さを有し、アライメント層１４お
よび１５は２９°の対称なプレティルトを提供する。リ
ターダ２１は５５ナノメートルのリターデーションを有
し、πセルとリターダ２１の組み合わせは、駆動構成要
素１８が電極１２および１３に５ボルトを供給する場
合、ゼロのリターデーションを提供し、駆動構成要素１
８が電極１２および１３に０ボルトを供給する場合、５
５０ナノメートルの波長の光に対して、５Ｖおよび半波
長分のリターデーションを提供する。
【００６０】図６は、５５０ナノメートルの波長のモノ
クロマチック光源を用いるデバイスについて、光の透過
と印加電圧との関係を示す。したがって、このデバイス
は、高いコントラスト比を達成し得る。
クロマチック光源を用いるデバイスについて、光の透過
と印加電圧との関係を示す。したがって、このデバイス
は、高いコントラスト比を達成し得る。
【００６１】図７は、πセルに印加される電圧が５ボル
トから０ボルトへと切り換えられる場合の、光の透過を
時間の関数として示す。緩和時間は、０％から８０％へ
と遷移するのに必要な時間であり、このデバイスについ
て、緩和時間は５．１５ミリ秒である。
トから０ボルトへと切り換えられる場合の、光の透過を
時間の関数として示す。緩和時間は、０％から８０％へ
と遷移するのに必要な時間であり、このデバイスについ
て、緩和時間は５．１５ミリ秒である。
【００６２】図８は、例えば、図２および図３に示した
タイプのアクティブマトリクス液晶ディスプレイの各画
素（ピクセル）に印加される、適切なディスプレイ駆動
波形を模式的に示す。画像データが連続するフレームと
して供給されて、ディスプレイの全ての画素が更新また
はリフレッシュされる。各画素に印加される電場は、画
素の白状態をアドレシングする場合、最小値ＶW（この
場合、ゼロ）を有し、画素の黒状態をアドレシングする
場合、最大値ＶBを有する。ミリ秒で示した時間に対し
て、画素に印加される電圧をＶで示す。
タイプのアクティブマトリクス液晶ディスプレイの各画
素（ピクセル）に印加される、適切なディスプレイ駆動
波形を模式的に示す。画像データが連続するフレームと
して供給されて、ディスプレイの全ての画素が更新また
はリフレッシュされる。各画素に印加される電場は、画
素の白状態をアドレシングする場合、最小値ＶW（この
場合、ゼロ）を有し、画素の黒状態をアドレシングする
場合、最大値ＶBを有する。ミリ秒で示した時間に対し
て、画素に印加される電圧をＶで示す。
【００６３】各フレームは、ＶBに等しい電圧を有する
ブランキングパルスＶbで始まり、画素を黒状態へとブ
ランキングする。その後、所望の光学的状態に対応し、
且つ、０（ＶW）とＶBとの間の値を有する電圧を画素に
印加することにより、画素が所望の状態へとリフレッシ
ュされる。アクティブマトリクスは、次のフレームのブ
ランキングパルスまで、画素に印加されたこの電圧を維
持する。
ブランキングパルスＶbで始まり、画素を黒状態へとブ
ランキングする。その後、所望の光学的状態に対応し、
且つ、０（ＶW）とＶBとの間の値を有する電圧を画素に
印加することにより、画素が所望の状態へとリフレッシ
ュされる。アクティブマトリクスは、次のフレームのブ
ランキングパルスまで、画素に印加されたこの電圧を維
持する。
【００６４】図９は、連続する４フレームの間に画素に
印加される実際の波形の典型例を示し、該画素の対応す
る光透過を示す。フレーム１において、ブランキングパ
ルスの後に、最大値ＶBを有する画素電圧が印加され、
黒状態、または、光の透過が最小の画素状態が選択され
る。フレーム２において、ブランキングパルスの後、画
素に印加される電圧が０に低減されて、白状態、また
は、光の透過が最大の画素状態が選択される。その後、
フレーム３のブランキングパルスによって画素が黒状態
へとブランキングされるが、画素電圧は再び０に低減さ
れて、白状態が選択される。
印加される実際の波形の典型例を示し、該画素の対応す
る光透過を示す。フレーム１において、ブランキングパ
ルスの後に、最大値ＶBを有する画素電圧が印加され、
黒状態、または、光の透過が最小の画素状態が選択され
る。フレーム２において、ブランキングパルスの後、画
素に印加される電圧が０に低減されて、白状態、また
は、光の透過が最大の画素状態が選択される。その後、
フレーム３のブランキングパルスによって画素が黒状態
へとブランキングされるが、画素電圧は再び０に低減さ
れて、白状態が選択される。
【００６５】フレーム４において、ブランキングパルス
に続いて、中間値として画素電圧が選択され、画素が中
間のグレイレベルに切り換えられる。したがって、ブラ
ンキングパルスが終わる時点で、画素電圧は選択された
値に下がり、この結果、黒画素状態と白画素状態との間
の透過レベルになる。ＶW〜ＶBの範囲内の任意の電圧が
選択され得、広い範囲のグレイレベルが表示され得る。
に続いて、中間値として画素電圧が選択され、画素が中
間のグレイレベルに切り換えられる。したがって、ブラ
ンキングパルスが終わる時点で、画素電圧は選択された
値に下がり、この結果、黒画素状態と白画素状態との間
の透過レベルになる。ＶW〜ＶBの範囲内の任意の電圧が
選択され得、広い範囲のグレイレベルが表示され得る。
【００６６】ブランキングパルスの効果、特に、画素を
白状態にする必要があるフレーム２およびフレーム３に
おけるブランキングパルスの効果は、最大の輝度を低減
する効果、すなわち、ディスプレイのコントラスト比を
低減する効果を有する。しかし、本発明のディスプレイ
は、ねじれ状態によって、Ｈ状態からのＶ状態の比較的
速い成長が形成され且つ提供されることを防ぐので、フ
レーム毎にブランキングパルスを印加する必要がない。
この能力を利用する異なる駆動スキームを図１０に示
す。この場合、アクティブマトリクスの偶数番目の行に
含まれる画素についての駆動スキームを上段の波形図に
示し、アクティブマトリクスの奇数番目の行に含まれる
画素についての駆動スキームを下段の波形図に示す。
白状態にする必要があるフレーム２およびフレーム３に
おけるブランキングパルスの効果は、最大の輝度を低減
する効果、すなわち、ディスプレイのコントラスト比を
低減する効果を有する。しかし、本発明のディスプレイ
は、ねじれ状態によって、Ｈ状態からのＶ状態の比較的
速い成長が形成され且つ提供されることを防ぐので、フ
レーム毎にブランキングパルスを印加する必要がない。
この能力を利用する異なる駆動スキームを図１０に示
す。この場合、アクティブマトリクスの偶数番目の行に
含まれる画素についての駆動スキームを上段の波形図に
示し、アクティブマトリクスの奇数番目の行に含まれる
画素についての駆動スキームを下段の波形図に示す。
【００６７】偶数番目の行に含まれる画素について、ブ
ランキングパルスは偶数番目のフレームでのみ印加さ
れ、奇数番目のフレームでは印加されない。逆に、奇数
番目の行に含まれる画素について、ブランキングパルス
は奇数番目のフレームで印加され、偶数番目のフレーム
では印加されない。この結果、図８および図９に示した
駆動スキームと比較して、ディスプレイの輝度が増加
し、したがって、ディスプレイのコントラスト比が増加
する。
ランキングパルスは偶数番目のフレームでのみ印加さ
れ、奇数番目のフレームでは印加されない。逆に、奇数
番目の行に含まれる画素について、ブランキングパルス
は奇数番目のフレームで印加され、偶数番目のフレーム
では印加されない。この結果、図８および図９に示した
駆動スキームと比較して、ディスプレイの輝度が増加
し、したがって、ディスプレイのコントラスト比が増加
する。
【００６８】図１１および図１２は、従来のπセルの性
能を示す。このπセルは、プレティルトが５°、Δｎ＝
０．１８、液晶層の厚さが５マイクロメートル、リター
ダ２１のリターデーションが７６ナノメートルである点
で、図６および図７に示した性能を有するπセルとは異
なる。このデバイスについての緩和時間は、３．５ミリ
秒である。
能を示す。このπセルは、プレティルトが５°、Δｎ＝
０．１８、液晶層の厚さが５マイクロメートル、リター
ダ２１のリターデーションが７６ナノメートルである点
で、図６および図７に示した性能を有するπセルとは異
なる。このデバイスについての緩和時間は、３．５ミリ
秒である。
【００６９】図１３および図１４は、公知のデバイスの
性能を示す。このデバイスは、液晶層の厚さのキラルピ
ッチに対する比が０．２５に等しくなるようにキラルド
ーパントを加えた点で、図１１および図１２に示した性
能を有するデバイスとは異なる。このデバイスについて
の緩和時間は、３．７ミリ秒である。
性能を示す。このデバイスは、液晶層の厚さのキラルピ
ッチに対する比が０．２５に等しくなるようにキラルド
ーパントを加えた点で、図１１および図１２に示した性
能を有するデバイスとは異なる。このデバイスについて
の緩和時間は、３．７ミリ秒である。
【００７０】図１５および図１６は、公知のデバイスの
性能を示す。このデバイスは、πセルが１５°のプレテ
ィルトを有し、液晶層の厚さが５．３マイクロメートル
であり、リターダ２１が６６ナノメートルのリターデー
ションを有する点で、図１１および図１２に示した性能
を有するデバイスとは異なる。このデバイスの緩和時間
は、４ミリ秒である。
性能を示す。このデバイスは、πセルが１５°のプレテ
ィルトを有し、液晶層の厚さが５．３マイクロメートル
であり、リターダ２１が６６ナノメートルのリターデー
ションを有する点で、図１１および図１２に示した性能
を有するデバイスとは異なる。このデバイスの緩和時間
は、４ミリ秒である。
【００７１】図１７および図１８は、公知のデバイスの
性能を示す。このデバイスは、πセルが４９°の対称な
プレティルトを有し、液晶層の厚さが１２．５マイクロ
メートルであり、リターダ２１が５６ナノメートルのリ
ターデーションを有する点で、図１１および図１２に示
した性能を有するデバイスとは異なる。このデバイスの
緩和時間は、１４．１ミリ秒である。
性能を示す。このデバイスは、πセルが４９°の対称な
プレティルトを有し、液晶層の厚さが１２．５マイクロ
メートルであり、リターダ２１が５６ナノメートルのリ
ターデーションを有する点で、図１１および図１２に示
した性能を有するデバイスとは異なる。このデバイスの
緩和時間は、１４．１ミリ秒である。
【００７２】したがって、本発明の一実施形態を構成す
るデバイスは、ねじれの発生に関連する欠点を有する公
知のデバイスの切り換え速度よりもわずかだけ切り換え
速度が遅くなるが、ねじれが起こらないことに関連する
利点を有する。図１７および図１８に示した性能を有す
るデバイスもまた、切り換え時間は実質的に遅くなる
が、ねじれの発生を回避する。
るデバイスは、ねじれの発生に関連する欠点を有する公
知のデバイスの切り換え速度よりもわずかだけ切り換え
速度が遅くなるが、ねじれが起こらないことに関連する
利点を有する。図１７および図１８に示した性能を有す
るデバイスもまた、切り換え時間は実質的に遅くなる
が、ねじれの発生を回避する。
【００７３】πセル液晶デバイスは、第１および第２の
アライメント層（１４，１５）の間に配置されたネマチ
ック液晶層（１７）を含み、第１および第２のアライメ
ント層は、印加された電場が０である場合、Ｈ状態のエ
ネルギーがＴ状態のエネルギーよりも小さいＶ状態のエ
ネルギーよりも小さくなるように、プレティルトを提供
する。駆動構成要素（１８）は、Ｖ状態のエネルギーが
Ｈ状態およびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さい第
１の電場、または、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態および
Ｔ状態の各々のエネルギーよりも小さい、第２のより小
さな電場を印加することにより、πセルを切り換える。
したがって、高い切り換え速度を維持しつつ、Ｔ状態を
回避し得る。
アライメント層（１４，１５）の間に配置されたネマチ
ック液晶層（１７）を含み、第１および第２のアライメ
ント層は、印加された電場が０である場合、Ｈ状態のエ
ネルギーがＴ状態のエネルギーよりも小さいＶ状態のエ
ネルギーよりも小さくなるように、プレティルトを提供
する。駆動構成要素（１８）は、Ｖ状態のエネルギーが
Ｈ状態およびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さい第
１の電場、または、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態および
Ｔ状態の各々のエネルギーよりも小さい、第２のより小
さな電場を印加することにより、πセルを切り換える。
したがって、高い切り換え速度を維持しつつ、Ｔ状態を
回避し得る。
【００７４】
【発明の効果】本発明のπセルデバイスによって、デバ
イス内でねじれの発生を回避し、高速スイッチングで動
作させることが可能である。さらに液晶ディスプレイの
輝度および応答速度を向上させ、均一な画像を提供する
ことができる。
イス内でねじれの発生を回避し、高速スイッチングで動
作させることが可能である。さらに液晶ディスプレイの
輝度および応答速度を向上させ、均一な画像を提供する
ことができる。
【図１】πセルのさまざまな状態を模式的に示す図。
【図２】本発明の実施形態を構成するπセルの断面図。
【図３】空間光変調器における図２のπセルの使用を示
す図。
す図。
【図４】πセルの状態の安定度を、印加電圧（ボルト）
および（対称な）表面プレティルト（°）の関数として
示す状態図。
および（対称な）表面プレティルト（°）の関数として
示す状態図。
【図５】異なるネマチック液晶材料について図４と同様
な状態図。
な状態図。
【図６】図３に示したタイプの、本発明を実施する第１
の空間光変調器（ＳＬＭ）についての、光透過と印加電
圧との関係を示す図。
の空間光変調器（ＳＬＭ）についての、光透過と印加電
圧との関係を示す図。
【図７】印加電圧が５ボルトから０ボルトに切り換えら
れた場合の緩和を示す、第１のＳＬＭについての、光透
過と時間との関係を示す図。
れた場合の緩和を示す、第１のＳＬＭについての、光透
過と時間との関係を示す図。
【図８】図２および図３に示したタイプのディスプレイ
についての、第１の駆動スキームを示す波形図。
についての、第１の駆動スキームを示す波形図。
【図９】図８に示したスキームに基づく画素電圧の一例
と、得られた画素透過の一例とを示す波形図。
と、得られた画素透過の一例とを示す波形図。
【図１０】図８に示した第１の駆動スキームの変形例を
示す第２の駆動スキームを示す波形図。
示す第２の駆動スキームを示す波形図。
【図１１】公知のπセルに基づく第２のＳＬＭについて
の、光透過と印加電圧との関係を示す図６と同様な図。
の、光透過と印加電圧との関係を示す図６と同様な図。
【図１２】印加電圧を５ボルトから１．０６ボルトに切
り換えた場合の、第２のＳＬＭについての、光透過と時
間との関係を示す図７と同様な図。
り換えた場合の、第２のＳＬＭについての、光透過と時
間との関係を示す図７と同様な図。
【図１３】公知のキラルドーピングされたデバイスに基
づく、第３のＳＬＭについての、光透過と印加電圧との
関係を示す図６と同様な図。
づく、第３のＳＬＭについての、光透過と印加電圧との
関係を示す図６と同様な図。
【図１４】印加電圧を５ボルトから１．０６ボルトに切
り換えた場合の、第３のＳＬＭについての、光透過と時
間との関係を示す図７と同様な図。
り換えた場合の、第３のＳＬＭについての、光透過と時
間との関係を示す図７と同様な図。
【図１５】別の公知のπセルに基づく、第４のＳＬＭに
ついての、光透過と印加電圧との図６と同様な関係を示
す図。
ついての、光透過と印加電圧との図６と同様な関係を示
す図。
【図１６】印加電圧を５ボルトから０．７８３ボルトに
切り換えた場合の、第４のＳＬＭについての、光透過と
時間との関係を示す図７と同様な図。
切り換えた場合の、第４のＳＬＭについての、光透過と
時間との関係を示す図７と同様な図。
【図１７】高いプレティルトを有する公知のπセルに基
づく、第５のＳＬＭについての、光透過と印加電圧との
関係を示す図６と同様な図。
づく、第５のＳＬＭについての、光透過と印加電圧との
関係を示す図６と同様な図。
【図１８】印加電圧を５ボルトから０ボルトに切り換え
た場合の、第５のＳＬＭについての、光透過と時間との
関係を示す図７と同様な図。
た場合の、第５のＳＬＭについての、光透過と時間との
関係を示す図７と同様な図。
１０ 上部基板 １１ 下部基板 １２ 上部電極構造体 １３ 下部電極構造体 １４ アライメント層 １６ 絶縁スペーサボール １８ 駆動構成要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリザベス ジェーン アコスタ イギリス国 オーエックス２ ９エイエル オックスフォード， ザ ガース ボト リー 20 (72)発明者 ハリー ガース ウォルトン イギリス国 オーエックス４ ３エヌイー オックスフォード， ビューチャンプ プレイス カウリー 45 Ｆターム(参考） 2H088 GA02 HA03 HA06 JA28 KA07 KA08 KA14 LA06 MA06 MA10 2H090 KA18 LA04 LA07 MA00 MA02 MA10 MA11 MB01 2H093 NA79 NC90 ND08 ND32 NE04 NE06
Claims (18)
- 【請求項１】 第１および第２のアライメント層（１
４，１５）の間に配置されたネマチック液晶材料の層
（１７）を含むπセル液晶デバイスであって、印加され
た電場が０である場合、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態お
よびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さくなり、Ｖ状
態のエネルギーがＴ状態のエネルギー以下になるよう
に、該第１および第２のアライメント層が、隣接する該
液晶材料内にプレティルトを誘起し、該層（１７）の少
なくとも１つの領域に、Ｖ状態のエネルギーがＨ状態お
よびＴ状態の各々のエネルギーよりも小さい第１の電場
（ＶB）と、該第１の電場（ＶB）よりも大きさが小さ
く、且つ、Ｈ状態のエネルギーがＶ状態およびＴ状態の
各々のエネルギーよりも小さい第２の電場（ＶW）とを
選択的に印加する駆動構成要素（１８）とを特徴とす
る、πセル液晶デバイス。 - 【請求項２】 印加された電場が０である場合に、前記
Ｖ状態の前記エネルギーが、前記Ｔ状態の前記エネルギ
ーよりも小さい、請求項１に記載のデバイス。 - 【請求項３】 前記第２の電場（ＶW）が、実質的にゼ
ロの値を有することを特徴とする、請求項１または２に
記載のデバイス。 - 【請求項４】 前記第１および第２の電場（ＶB，ＶW）
が、前記少なくとも１つの領域の光学的範囲の第１およ
び第２の極限光学状態を選択することを特徴とする、前
記請求項のいずれか１つに記載のデバイス。 - 【請求項５】 前記第１および第２の極限光学状態が、
前記デバイスに照射される光放射の波長の１／２の奇数
倍分だけ互いに異なる、前記少なくとも１つの領域の第
１および第２のリターデーションを含むことを特徴とす
る、請求項４に記載のデバイス。 - 【請求項６】 前記第１および第２のリターデーション
が、波長の１／２だけ異なることを特徴とする、請求項
５に記載のデバイス。 - 【請求項７】 前記第１および第２の極限光学状態が、
それぞれ、最大の減衰および最小の減衰を含むことを特
徴とする、請求項４から６のいずれか１つに記載のデバ
イス。 - 【請求項８】 前記第１および第２の極限光学状態が、
それぞれ、最小の減衰および最大の減衰を含むことを特
徴とする、請求項４から６のいずれか１つに記載のデバ
イス。 - 【請求項９】 前記プレティルトが実質的に５０°より
小さいことを特徴とする、前記請求項のいずれか１つに
記載のデバイス。 - 【請求項１０】 前記プレティルトが実質的に４８°よ
り小さいことを特徴とする、請求項９に記載のデバイ
ス。 - 【請求項１１】 前記プレティルトが実質的に２０°よ
り大きいことを特徴とする、前記請求項のいずれか１つ
に記載のデバイス。 - 【請求項１２】 前記プレティルトが実質的に２６°以
上であることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイ
ス。 - 【請求項１３】 前記プレティルトが実質的に２９°以
上であることを特徴とする、請求項１１に記載のデバイ
ス。 - 【請求項１４】 前記液晶材料が弾性定数Ｋ１１、Ｋ２
２、およびＫ３３を有し、該弾性定数の各々は、室温に
おいて５０ｐＮ未満であることを特徴とする、前記請求
項のいずれか１つの記載のデバイス。 - 【請求項１５】 前記デバイスの動作温度範囲内にわた
って、前記弾性定数の各々が３０ｐＮ未満であることを
特徴とする、請求項１４に記載のデバイス。 - 【請求項１６】 前記液晶材料が、実質的に２よりも大
きな誘電率を有することを特徴とする、前記請求項のい
ずれか１つに記載のデバイス。 - 【請求項１７】 前記液晶材料が、実質的に１５よりも
小さな誘電率を有することを特徴とする、前記請求項の
いずれか１つに記載のデバイス。 - 【請求項１８】 前記誘電率が、実質的に１０よりも小
さいことを特徴とする、請求項１７に記載のデバイス。
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