液晶装置驱动方法、空间光调节装置及其驱动方法

专利名称：液晶装置驱动方法、空间光调节装置及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种驱动液晶装置(如液晶空间光(spacial light)调节显示装置或液晶调节器(modulator))的方法，其中将具有第一电极的第一衬底和具有第二电极的第二衬底相互面对安装，在第一电极与第二电极之间夹有预定间隙，一种铁电液晶或一种反铁电液晶设置在该间隙中，使该液晶装置根据施加在第一电极与第二电极之间一电信号，基本上选择两种状态之一，即，ON(通)状态和OFF(断)状态。ON与OFF状态的实例为透光(light transmitting)状态与非透光状态、反光状态与非反光状态、偏振光状态与非偏振光状态以及旋光状态与非旋光状态。本发明还涉及一种空间光调节装置，如液晶空间光调节显示装置，它能根据施加在空间光调节装置的空间光调节单元的表面电极上的电信号基本上选择两种状态之一，即，ON状态与OFF状态，如透光状态与非透光状态、反光状态与非反光状态、偏振光状态与非偏振光状态以及旋光状态与非旋光状态。
用在采用液晶的显示单元中的液晶显示(LCD)装置具有功耗低、厚度小和重量轻的特点。由于这些特点，LCD装置应用于钟表、计算器、计算机显示单元和电视接收机等领域的数量正在增加。
对于将FLC(铁电液晶)用作LCD装置的液晶所进行的研究与开发朝着积极的方向进行。说到FLC，铁电液晶由Meyer于1975年首次合成，而在1980年，一种可由电场转换其畴的表面稳定(surface-stabilized)铁电液晶由Clark和Ragawall发明。
FLC其自身每个分子内都有一恒定偶极矩，它垂直于分子的纵轴取向，FLC表现出自然偏振。FLC是一种可由电场转换的液晶。利用了FLC所提供的这些优点的FLC显示装置效果极佳，即，该装置有以下3个特点1．转换速度为微秒级。FLC显示装置的响应速度为TN(扭曲向列)液晶显示装置转换速度的1000倍，优点在于其响应速度极快。
2．在其分子列中无扭曲结构，以致对可见区域角度的依赖性很小。
3．即使电源关断，因存储图片的能力也能使图片得以维持。可采用一种简单的矩阵驱动技术，能达1000扫描线或更多，它们能与高速图像(high vision)显示单元保持一致。
因而，FLC显示装置是这样一种显示装置，它能实现象高分辨率、低成本和与大屏幕保持一致的能力这样的高性能。
如图37所示，在诸如表面稳定铁电液晶显示装置这样的铁电液晶显示装置中，液晶分子M的取向响应于一外加电场E(或自然偏振Ps)在两种状态，即，状态1和状态2之间转换。当将液晶装置置于两个正交偏振片之间时，分子取向的这种变化表现为透光度的变化。如图38所示，随着所加电场的增大越过阈值电压Vth，透光度从0％骤然变到100％。
在上述双稳模式下工作的铁电液晶显示装置仅在两种状态下稳定。因此，与TN液晶显示装置不同，很难控制铁电液晶显示装置产生调色显示效果。
也就是说，铁电液晶显示装置通过如上所述骤然改变透光量来调节通过该装置的光，使得难以产生调色显示效果。作为解决该问题的对策，已提出一种叫做区域调色法(area toning method)的技术，借助该方法，使调色显示效果表现为通过设置子象素(sub-pixel)调整图像的结果。但是，若采用这种区域调色法，则无法在一个象素内表现调色功能。这样，对于一个极小的象素如空间光调节装置来说，就出现了不足的调色效果和高成本的问题。
为了解决上述问题，已发明了这样一种方法，它能实现数字调色显示效果，同时保持良好的对比度，从而使空间光调节装置或所谓的通/断型空间光调节装置能用来选择两种状态之一，即，象铁电液晶显示装置中的状态一样的反光状态与非反光状态或透光状态与非透光状态。
该方法实质上是这样一种显示技术，它通过结合调节光源的光强度和帧序制法(field sequential method)能使显示效果基本上达到连续调色以显现于人的视觉范围之内，它用空间光调节装置来选择两种状态之一，即，上述反光状态与非反光状态或透光状态与非透光状态。该方法已由本发明的发明人在公开号为平5-347576和平7-212686的日本专利中公开。
对于采用铁电液晶的反射空间光调节装置，在驱动层上设有用来反射光源产生的光的反光层；起光调节作用的铁电液晶层；和相互面对的铁电液晶驱动电极。
首先，当采用具有恒定光强的光源时，为了表达8位调色(或0-255色度)，必需通过简单地分为可由8位表达的0-255色度来显示16.7ms的一帧。这样，必须在约65.5μs之内完全驱动铁电液晶。在10位显示工作的情况下，驱动时间约为16.3μs。从现有铁电液晶的响应速度来看，这些值难以实现。为了实现它们，将外加电压设定为一较高的值。
但是，通过采用能调节其自身产生的光强的光源，可实质上延长铁电液晶时间分割的驱动时间。假定可以执行对光强的8位调节以便表达如图39所示的8位调色。这样，若可以在约2.08ms之内完全驱动铁电液晶，则将获得足以令人满意的运行效果。在10位显示工作的情况下，驱动时间约为1.67ms。从现有铁电液晶的响应速度来看，这些值是使铁电液晶的驱动得以实际实现的值。这里，把包括一个色度位的图像称作位平面(bit plane)，而把位平面的显示时间称作位平面时间。这样，为了表达如图39所示的8位调色，位平面的数目为8，而8个位平面总的位平面时间等于1帧时间。
近年来，正在进行等离子体显示板领域中数字显示装置的开发工作。最好是有一种具备中等或高品质的数字显示装置。数字调色显示效果的8位显示被认为足以作为最小的调色显示。但是，作为高品质显示效果来说，认为它还不够。
另外，在数字调色显示中，还遇有虚轮廓(false contour)的问题。
虚轮廓归因于长的位平面显示时间，在帧序制(时间分割)驱动过程中该时间受到时间分割。虚轮廓是这样一种现象，它的发生是由于向视网膜提供了一种不适当的刺激。当眼睛跟随一发光点时，发光图案的时间漂移转换为空间漂移，从而产生这种刺激。这种现象的作用可通过缩短位平面时间来减小。
当然，若无限缩短位平面时间，则可解决虚轮廓问题。但是，这样就会出现装置结构、功耗和将数据转换为光量值的速率的问题。就半导体工艺现状中在消除虚轮廓及这些问题的折衷方案来说，发现最好将1个位平面的显示时间设定在最小值100μs。从应用有源装置的驱动电压和铁电液晶实际响应时间出发，转换液晶完成的时间为50μs和由36位平面×3原色构成一帧较好。
但是，对于设定为10Vp-p的驱动电压和专供转换铁电液晶完成之用的50μs时间来说，可用的驱动波形数目有限。也就是说，不能采用用来减小烧坏(buming)和滞后现象次数的复杂驱动波形，而只剩一简单的双极波形或类似波形作为可用波形。
另外，所有液晶显示装置的显示性能因板中的离子而恶化。在某些情况下，在合成液晶期间、在构造液晶取向膜期间或在液晶注入的过程中引入板中的离子。在该技术目前的情况下，很难或不可能在将液晶做入一装置之后控制离子的数目。
那么，在将DC(脉冲波形)的不对称性引入驱动波形时，使得离子分布不均，在液晶材料中会发生变坏(deterioration)。认为对驱动波形来说不可缺少电中性条件(electrical neutrality condition)的常识，在液晶工业中一直很普遍。关于该常识更多的信息，参见N.A.Clark和S.T.Ragawall所著的“FERROELECTRIC LIQUID CRYSTALS:Principles,Properties andApplications”,Vol.7pp.409-461,Philadelphia:Gordon&Breach1991年出版；W.Hartman所著的“Ferroelectrics”,Vol.122,PP.1-26(1991)和Y.Inabara所著的“Ferroelectrics”,Vol.85,pp.255-264(1988)。
为了防止在信号中产生DC分量，采用以下驱动技术1．将多个脉冲信号合成在一起。这些脉冲信号包括用来选择一种状态的脉冲信号；和与该状态选择脉冲信号极性相反的脉冲信号，它用来抵消状态选择脉冲信号。状态选择脉冲信号和用来抵消该状态选择脉冲信号的脉冲信号分别称作黑色显示脉冲信号和白色显示脉冲信号。合成脉冲信号的实例示于图40。
2．在持续固定时间周期施加预定写信号W(白色)或B(黑色)之后，施加分别与写信号W(白色)或B(黑色)电压相同、周期相同但极性相反的电信号-W或-B，以消除该信号的DC分量。该技术的实例示于图41。
但是，若采用第一驱动技术的信号波形，则该信号波形变得很复杂，使驱动电路很复杂。另外，在施加消除DC分量的信号时，该状态无效。因此，所选状态有效的周期变短。也就是说，数字调色显示中的位平面显示时间变短。此外，在只在一有限时间周期内施加的信号的情况下，由于该周期的一部分必须专供用来消除该信号DC分量的无效脉冲使用，所以写信号的脉宽变小。为此，需要响应速度快的液晶材料。
另外，若采用第二驱动技术的信号波形，施加写信号的时间周期与施加用来消除DC分量的无效信号的时间周期相同。这样，使得所选状态占据的时间周期减小到一半。因此，由于数字调色显示中位平面的显示时间也减小到一半而使显示变暗。
因此本发明的一个目的在于提供一种非常简单的高性能液晶驱动方法，它能防止液晶内发生变坏，而无需如上所述通过DC平衡作用消除DC分量。
本发明的另一目的在于提供一种适用于上述液晶驱动方法的空间光调节装置，它能够高速工作，还提供一种用来驱动该空间光调节装置的方法。
在不受经验约束的情况下，例如用第一和第二种驱动技术提供的DC对称波形消除DC分量，本发明的发明人反复对DC不对称驱动方法进行了开创性的研究。最后，本发明的发明人发现，在铁电液晶中，利用一种特殊的DC不对称波形进行驱动不会引起液晶变坏，此外，还减小了发生烧坏和滞后现象出现的可能性，使本发明的发明人实现了本发明。
本发明提供一种驱动液晶装置的方法，下文亦将该方法称作本发明所提供的驱动方法，其中使装有第一电极的第一衬底和装有第二电极的第二衬底相互面对安装，在第一电极与第二电极之间夹有预定间隙，将一种铁电液晶(FLC)或反铁电液晶(AFLC)置于该间隙中，以便根据施加在第一电极与第二电极之间的电信号使液晶装置基本上选择两种状态之一，即ON状态和OFF状态，例如透光状态和非透光状态、反光状态和非反光状态、偏振光状态和非偏振光状态以及旋光状态和非旋光状态，据此将第一周期和第二周期设置在单位象素选择周期内，第一周期用来施加电信号以选择两种状态之一，第二周期通过借助铁电液晶或反铁电液晶的存储特性用来不施加电信号或施加一不选择任一状态的电信号(下文可理解为施加一个小于液晶转换阈值的电场或一个产生不由液晶转换的电场)来保持所选状态；把相对于参考电平具有正极性的脉冲信号实际上用作选择两种状态之一的电信号；和把相对于参考电平具有负极性的脉冲信号实际上用作选择另一状态的电信号。
如上所述本发明所提供的驱动方法的特征在于，该方法采用了具有DC不对称波形或所谓的单极波形的电信号，通过该方法将第一周期和第一周期之后的第二周期设置在单位象素选择周期中，即一个位平面内，第一周期用来施加电信号以选择两种状态之一，第二周期通过借助液晶的存储特性用来不施加电信号或施加一不选择任一状态的电信号来保持所选状态；把相对于参考电平具有正极性或负极性的脉冲信号实际上用作所述用来选择两种状态之一的电信号，而把与该脉冲信号极性相反的另一脉冲信号实际上用作用来选择另一状态的电信号；作为参考电平，常采用第一电极或第二电极中任一的电位；和通常，该脉冲信号和另一脉冲信号每个都基本上作为一个单独的脉冲信号得以实现。
本发明的发明人发现，对把多种类型的DC对称驱动波形加到上述铁电液晶空间光调节显示装置上所获得的结果和施加一DC不对称驱动波形所获得的结果进行比较，显示，由DC不对称驱动波形驱动的液晶装置的光电变坏量最小。
因通过施加不对称单极脉冲驱动的运动和通过由相反电场驱动的运动引起的分布不均的离子使脉宽持续时间和产生相反电场的时间周期相互不对称，其中相反电场由铁电液晶转换之后产生的自然偏振引起，使得本发明的发明人考虑到，存在平衡可能性的条件。应指出的是，总是在与施加脉冲相反的方向上由自然偏振产生一电场。为此，将这样一个电场称作相反电场。下文把产生相反电场的时间周期称作存储时间。
本发明的实施例将参照以下附图来描述，其中

图1A至1E中的每个图都表示可用于本发明所提供的驱动方法的单极脉冲波形；图2是表示具体为TFT型的以上驱动波形图；图3是表示具体为VLSI型的用于线性(linear)顺序驱动方法中的以上另一驱动波形图；图4是表示具体为VLSI型的用于成组(block)顺序驱动方法中的以上驱动波形图；图5是表示具体为VLSI型的用于分批(batch)顺序驱动方法中的以上驱动波形图；图6是表示采用扭曲向列液晶(TN液晶)的传统液晶装置的象素等效电路图；图7是表示采用铁电液晶(FLC)的液晶装置的象素等效电路图8是表示采用铁电液晶(FLC)的液晶装置的象素另一等效电路图；图9是表示采用铁电液晶(FLC)的液晶装置的象素另一等效电路图；图10是表示采用铁电液晶(FLC)的液晶装置的象素另一等效电路图；图11是表示用来说明图9所示象素工作的等效电路图；图12A至12C是工作的时序图；图13A是以简单明了的方式表示出VLSI型铁电液晶空间光调节显示装置的结构断面图；图13B是以简单明了的方式表示出VLSI型铁电液晶空间光调节显示装置的结构局部断面透视图；图14A是部分表示出同一铁电液晶空间光调节显示装置的另一典型结构局部断面透视图；图14B是部分表示出同一铁电液晶空间光调节显示装置的又一典型结构局部断面透视图；图15A是部分表示出另一铁电液晶空间光调节显示装置的典型结构局部断面透视图；图15B部分表示出该另一铁电液晶空间光调节显示装置的另一典型结构局部断面透视图；图16A是以简单明了的方式表示出TFT透光型铁电液晶空间光调节显示装置的结构局部断面透视图；图16B是部分表示出同一铁电液晶空间光调节显示装置的另一典型结构局部断面透视图；图17是每个都表示出本发明一实施例所提供的DC不对称单极脉冲驱动波形的图；图18是每个都表示出用作比较的另一DC对称双极脉冲驱动波形的图；图19是每个都表示出用作比较的又一DC对称双极脉冲驱动波形的图；图20A是表示一结果的图，该结果代表透光度对图17所示DC不对称驱动波形白色显示次数的依赖关系，其每帧的白色显示次数不超过36；图20B是表示另一结果的图，该结果代表透光度对图17所示DC不对称驱动波形黑色显示次数的依赖关系，其每帧的黑色显示次数不超过36；
图21A是表示一结果的图，该结果代表透光度对图18所示DC对称驱动波形白色显示次数的依赖关系，其每帧的白色显示次数不超过36；图21B是表示另一结果的图，该结果代表透光度对图18所示DC对称驱动波形黑色显示次数的依赖关系，其每帧的黑色显示次数不超过36；图22A是表示一结果的图，该结果代表透光度对图19所示DC对称驱动波形白色显示次数的依赖关系，其每帧的白色显示次数不超过36；图22B是表示另一结果的图，该结果代表透光度对图19所示DC对称驱动波形黑色显示次数的依赖关系，其每帧的黑色显示次数不超过36；图23是表示一曲线的图，该曲线代表白色电平随时间推移产生的变化，它通过连续一周使用DC不对称单极脉冲波形获得，作为驱动铁电液晶的结果；图24是表示用于观察滞后现象的驱动波形合成图；图25是表示一曲线的图，该曲线代表对本发明所提供的铁电液晶材料CS-1022的观察结果；图26是表示一曲线的图，该曲线代表对本发明所提供的铁电液晶材料CS-1016的观察结果；图27是表示一曲线的图，该曲线代表对本发明所提供的铁电液晶材料CS-1017的观察结果；图28是表示表明本发明所提供铁电液晶材料CS-1017的滞后现象的透光度变化图；图29是表示各曲线的图，这些曲线中每个都代表本发明所提供的铁电液晶材料CS-1017在白色显示与黑色显示之比为34∶2时滞后对脉冲电压的依赖关系；图30是表示各曲线的图，这些曲线中每个都代表本发明所提供的铁电液晶材料CS-1022在白色显示与黑色显示之比为34∶2时滞后对存储时间的依赖关系；图31是表示各曲线的图，这些曲线中每个都代表本发明所提供的铁电液晶材料CS-1016在白色显示与黑色显示之比为34∶2时滞后对存储时间的依赖关系；图32是表示各曲线的图，这些曲线中每个都代表本发明所提供的铁电液晶材料CS-1017在白色显示与黑色显示之比为34∶2时滞后对存储时间的依赖关系；图33是表示用加在一公共电极上的DC偏移量所获得的铁电液晶CS-1022对比度量的图；图34是表示具有一所加脉冲恶化(corruption)形状的波形图；图35是表示一曲线的图，该曲线代表一液晶显示装置的阈值与具有三次函数(third-order function)形状的恶化波形恶化时间之间的关系；图36是表示一曲线的图，该曲线代表一液晶显示装置的阈值与具有梯形形状的恶化波形恶化时间之间的关系；图37是表示铁电液晶显示的双稳模型图；图38是表示普通铁电液晶的阈值特性图或V-T曲线图；图39是用来以一种简单明了的方式描述光强调节型液晶显示装置1帧内的权重(weight)的示意图；图40是表示一驱动波形的图，该驱动波形包括多个脉冲信号的合成信号，这些脉冲信号包括写脉冲信号和每个都与写脉中信号极性相反以抵消写脉冲信号的脉冲信号；图41是表示一驱动波形的图，其中在持续固定时间周期施加了预定写信号之后，施加另一电信号，该信号与写信号的电压、周期相同，但极性相反，用以消除写信号中的DC分量。
通过使铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振所产生的一个相反电场处于与另一相反电场相平衡的状态，其中另一相反电场由自然偏振所引起的液晶中离子电荷积聚每个单位(unit)象素选择周期而产生，也就是说，通过采用本发明所提供的驱动方法使电荷成中性，就可以无需DC平衡而实现驱动。如下详细描述包括该机制(mechanism)的本发明所提供的驱动方法。
作为适用于本发明所提供的驱动方法的一种驱动方法，上述第一周期的长度设定在至少1μs，该时间周期对于使铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振反向来说足够长。另外，通过把液晶元中离子的数目和铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振作为参数，将第一周期与第二周期的长度之比(第一周期的长度/第二周期的长度)设定在等于或小于1，以便防止在选择两状态之一时发生烧坏现象。
作为这样的驱动波形的实例，提供象图1A至1E所示信号的电信号。在每个波形的情况下，把用于使自然偏振反向足够常的时间周期与存储时间长度之比，即与平衡时间长度之比(脉冲施加时间长度/存储时间长度)设定在等于或小于1，例如1/2。通常，可将脉冲施加时间长度与存储时间长度分别设定在50μs和100μs。
若将驱动波形设计成单极脉冲波形，则本发明所提供的驱动方法将工作。这样一种驱动波形的实例是图1A所示的方波、图1B所示的梯形波以及图1C所示的指数函数型脉冲，梯形波是因使用了慢速电路和三次函数型脉冲而产生的。其它实例是图1D所示具有短周期和与选择信号相同的极性的脉冲、图1E所示具有短周期和与选择信号相反的极性的脉冲以及它们结合在一起的脉冲。
图2是表示一典型驱动波形的图，该驱动波形通过采用下述图16A与16B的TFT结构的有源矩阵驱动而产生，即，TFT型线性顺序驱动方法的典型驱动波形。令数据Dn输入图16A与16B所示显示装置中的第n个象素电极。将电极扫描过程中所遇到的第(m-1)至(m+1)行的象素Pn(m-1)、Pnm与Pn(m+1)作为以下说明的实例。在扫描线选择阶段，一个被扫描电极有效。若在此期间将一信号加到数据线上，则使一电压加到象素上，驱动铁电液晶(FLC)。但是，在不选择阶段，不把来自数据线的信号加到FLC上。
图3是表示用于VLSI型线性顺序驱动方法的典型驱动波形图。与上述TFT型非常类似，电压只加到所选的象素上。这样，不必在非选择阶段将不必要的电压加到FLC上。
图4是表示用于成组顺序驱动方法的典型驱动波形图，该方法采用了使用如下所述图15A与15B所示存储装置的VLSI型结构。如图4所示，在将数据传送给从所有象素分成的多组中选出的组Bn-1和Bn的驱动电路之后，同时驱动其它组中所有与这些组中的象素PBn-1(n,m)相对应的FLC。然后，通过扫描各组，驱动所有的象素。
图5是表示用于VLSI型分批顺序驱动方法的典型驱动波形图，VLSI型使用了如图15A与15B所示的存储装置。其工作类似于图4所示的工作。但是，在这种情况下，在传送了所有象素的数据之后，根据传送给每个象素的数据同时驱动所有的FLC。
一般通过采用图13B所示的控制电路7来传送数据和控制扫描。在图4与5所示的驱动方法中，存储装置用在每个象素中。这样，一组中的象素或所有象素可同时被驱动，实现高速和极佳的工作。稍后将详细描述它。
通常，由于所施加的波形，使离子在驱动液晶过程中于液晶板中分布不均。离子运动的可能参数包括所施加波形的极性、施加的电压和施加时间。
但是，本发明的发明人考虑到，在响应于电场的一种类型液晶例如铁电液晶或反铁电液晶的情况下，在这种液晶中液晶分子本身表现出自然偏振，自然偏振本身在液晶板中产生离子。
另外，使响应于所加电场产生自然偏振反向的电场总与所加电场的极性相反。为此，下文也将该电场称作相反电场。当然，相反电场的强度取决于自然偏振值、液晶取向膜的厚度、该膜的导电率和液晶的层厚，该强度值约为所加脉冲电压的一半(1/2)。
例如，若选择脉冲的电压为Vs，则所产生的相反电场的强度约为Vs/2。这样，通过把不加信号的存储时间设定在2Tw，能够使电平衡条件满足液晶板中的离子，这里Tw是选择脉冲的宽度。从一外电源产生的唯一信号是该所施加的脉冲信号，即，+Vs×Tw。这样，在3Tw周期过程中，即，在1个位平面时间内，仅施加一个DC电压。
本发明的发明人认识到存在这样一种情况，即在该情况下，在第一周期阶段由DC不对称驱动脉冲驱动的离子运动处于与在第二周期阶段由相反电场驱动的离子运动相平衡的状态，相反电场由铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振产生，从而引出本发明的提出。
然后，根据自然偏振所产生的相反电场设定上述存储时间，以产生拟用的驱动波形，该波形具有防止在所选的一个状态下发生烧坏现象的特性。
通过把铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振所产生的一个相反电场置于与另一相反电场相平衡的状态，其中另一相反电场由选择单位象素或单位扫描线(1位平面)周期内的自然偏振所引起的液晶中离子的积聚电荷产生，从而通过采用如上所述本发明所提供的驱动方法平衡电荷，可以无需DC平衡条件而实现驱动技术。因此，驱动方法变得非常简单，使得可以设计各种装置，如液晶空间调节显示装置和液晶空间光调节器。另外，还表现出这样一个效果，即，不再需要追求施加在公共电极上的电压严格精确。
还认识到，用于本发明的铁电液晶装置中存在滞后现象。该滞后现象是这样一种现象，即，其中当前位平面的白色显示或黑色显示不仅受紧接着的前一个位平面的白色或黑色显示影响，还受前面数十个位平面的白色或黑色显示的影响。具体地说，即使紧接着的位平面的显示是黑色，也不可能仅仅通过在紧接着前一个位平面之前位平面的黑色或白色显示来确定当前所显示位平面的颜色是黑色还是白色。
为了避免滞后现象，希望把用来选择两状态之一的电信号的电压设定在这样一个值，如将在稍后解释第三实施例中描述的那样，该值防止在所选的一个状态下发生烧坏现象。
下面，通过液晶结构的象素来说明液晶结构。
图6是表示传统液晶装置的象素的等效电路图，该液晶装置采用扭曲向列液晶(TN液晶)。如图所示，每个象素利用一TFT(薄膜晶体管)来驱动具有辅助容性元件(auxiliary capacitive element)的TN液晶，该晶体管的栅极由一条扫描线控制。
另一方面，如图7至10所示，主要有4种类型的液晶象素，它们可由本发明所提供的驱动方法来驱动。
图7是表示采用铁电液晶(FLC)的液晶装置的一个象素的等效电路图，铁电液晶由一TFT或一MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)来驱动，该晶体管的栅极由一条扫描线控制。由于FLC具有存储特性，所以不需要TN液晶所需的辅助容性元件。
图8是表示采用铁电液晶的液晶装置的一个象素的另一等效电路图。较之图7所示的电路，它将一辅助容性元件接至FLC液晶，使得驱动时间拉长。
图9是表示采用铁电液晶的液晶装置的一个象素的又一等效电路图。如图所示，该等效电路包括一MOSFET和一电容，它们构成DRAM(动态随机存取存储器)的存储元(cell)，还包括一个用来驱动FLC液晶的MOSFET。把用来驱动FLC液晶的MOSFET的栅极接到一条数据设定控制线上。但是，与图7所示等效电路极其类似，由于FLC具有存储特性，所以无需TN液晶中所需的辅助容性元件。
图10是表示采用铁电液晶的液晶装置一个象素的另一等效电路图，它类似于图9所示的电路图。但是，较之图9所示的电路，它将一辅助容性元件接至FLC液晶，使得驱动时间拉长。
如上所述，图9与10所示的等效电路包括构成存储装置的一个MOSFET和一个电容，该存储装置即为DRAM存储元，由于图4与5所示一组中的象素或所有象素可在同一时间受到驱动，所以这些等效电路具有高速运行的优点。
具体地说，来自数据线的数据曾一度被存储在存储装置中。通过用控制线控制用来驱动FLC的MOSFET栅极，可以在显示工作中于同一时间将存储在存储装置中的数据传送给所选组象素或所有象素的FLC装置。
参照图11描述这些工作，图11是表示用来说明图19所示象素工作的等效电路图。应指出的是，该描述也适用于图10所示的象素。首先，在读取数据的工作中，使驱动FLC的MOSFET截止。另一方面，使存锗装置的MOSFET导通，以将数据积聚于元(cell)电容中。然后，使驱动FLC的MOSFET导通，同时使存储元的MOSFET截止，以便借助用来驱动FLC的MOSFET将积聚于元电容中的电荷供给FLC液晶，作为驱动电势。
只有在一个位平面的第一周期阶段可将该驱动电势施加到FLC液晶上，作为图1A至1E所示的脉冲。就在施加了脉冲之后，再次使存储装置的MOSFET导通，而使驱动FLC的MOSFET栅极保持有效。在这种情况下，在图1A至1E所示位平面的第二周期阶段，立刻借助两个MOSFET使所施加电势的电荷放电到一条数据线上。
这样，不仅图9和10所示的象素结构高速工作，而且还易于产生象图1A至1E所示波形那样的一个驱动波形。因此，能够实现极其便利的驱动方法。
图12A至12C具体表示出图11所示工作的时序图。
根据以上所述，本发明还提供一种空间光调节装置，该空间光调节装置能根据施加在其空间光调节单元的表面电极上的电信号来基本上选择两种状态之一，即，ON状态与OFF状态，例如透光状态与非透光状态、反光状态与非反光状态、偏振光状态与非偏振光状态以及旋光状态与非旋光状态，在该空间光调节装置中，为每个象素都设置一个用来电存储两状态之一的存储单元和一个用来设定存储在空间光调节单元表面电极上的存储单元中的状态的状态设定单元。
另外，本发明还提供一种驱动空间光调节装置的方法，该空间光调节装置能根据施加在其空间光调节单元的表面电极上的电信号来基本上选择两种状态之一，即，ON状态与OFF状态，例如透光状态与非透光状态、反光状态与非反光状态、偏振光状态与非偏振光状态以及旋光状态与非旋光状态，在该空间光调节装置中，为每个象素都设置一个存储单元和一个状态设定单元，通过该方法
使存储单元用来电存储两状态之一；和使状态设定单元用来设定存储在空间光调节单元的表面电极上的存储单元中的状态。
根据本发明所提供的空间光调节装置及其驱动方法，使存储单元(一般由图9所示DRAM的存储元实现)用来电存储两状态之一；和使状态设定单元(一般由图9所示的MOSFET实现)用来设定存储在空间光调节单元(一般由上述FLC实现)的表面电极上的存储单元中的状态。因此，可使一组的象素或所有象素同时工作。
另外，通过利用存储单元将积聚在状态设定单元中的电荷放电给一放电线，可易于产生如图1A至1E所示本发明提供的驱动波形。
这样，便于提供一种液晶空间光调节装置，该液晶空间光调节装置能根据施加在第一电极与第二电极之间的电信号来基本上选择两种状态之一，即，ON状态与OFF状态，例如透光状态与非透光状态、反光状态与非反光状态、偏振光状态与非偏振光状态以及旋光状态与非旋光状态，第一电极设置在该空间光调节装置的第一衬底上，第二电极设置在其第二衬底上，第一衬底与第二衬底相互面对安装，以使第一电极与第二电极之间夹有预定间隙，将铁电液晶或反铁电液晶置于该间隙中，其中在单位象素选择周期中设置第一周期和第二周期，借助于铁电液晶或反铁电液晶的存储特性，第一周期用来施加电信号以选择两状态之一，第二周期用来通过不施加电信号或施加不选择两状态任意一个的电信号而保持所选状态；把相对于参考电平极性为正的脉冲信号实质上用作选择两状态之一的电信号；和把相对于参考电平极性为负的脉冲信号实质上用作选择另一状态的电信号。
另外，最好由一单脉冲信号实现具有正极性的脉冲信号和具有负极性的脉冲信号，使通过铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振积聚在液晶元中的离子电荷平衡。
此外，最好设定以下值将第一周期的长度设定在至少1μs；通过将液晶元中的离子数目和铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振用作参数，将第一周期与第二周期的长度之比(第一周期的长度/第二周期的长度)设定在等于或小于1，以便防止在两状态中所选的状态下发生烧坏现象；和设定用来选择两状态之一的脉冲信号电压，以便防止在两状态中所选的状态下发生烧坏现象。
应指出的是，尽管本发明所提供的空间光调节装置及其驱动方法极其适用于FLC液晶，不过该象素的特性说明，该装置及其方法还适用于其它液晶，例如TN液晶。另外，TFT可用来代替MOSFET。
可用于本发明的液晶装置或空间光调节装置的典型结构示于图13至图16。
图13A是以一简单明了的方式表示出用作液晶装置的FLC显示装置的结构断面图，该液晶装置例如是反铁电液晶空间光调节显示装置，图13B是以一简单明了的方式表示出同一反铁电液晶空间光调节显示装置的结构透视图。如图所示，在用作反铁电液晶空间光调节显示装置11的液晶装置的结构中，在透明玻璃衬底1a例如厚度为0.7mm的Corning 7059上，通过在整个表面上涂敷来建立透明电极1b，该透明电极1b一般由电阻率为100Ω/cm2的ITO(铟锡氧化物)制成并用作公共电极。如图14A与14B所示，在一硅VLSI电路(超大规模集成电路)衬底2a上，即在面对衬底1a的另一衬底上，为每个象素铺设用作反射膜和显示电极(驱动电极)的铝膜2b，以形成一矩阵。
在公共电极1b和驱动电极2b上，分别建立SiO正交晶(rhombic)淀积膜1c与2c，以用作液晶取向膜。但是，图14A与14B中并未示出SiO正交晶膜1c与2c。在建立这些SiO正交晶膜1c与2c的过程中，以这样一种方式垂直于SiO淀积源在一真空淀积装置中设置玻璃衬底1a和硅VLSI电路衬底2a，即，垂直方向上的线相对于衬底1a与2a的法线成85°夹角。在100℃衬底温度下真空淀积SiO之后，在200℃温度下执行烧结过程2小时。
以这样一种方式组装每个都有如上所述构成的液晶取向膜的这对玻璃衬底1a和硅VLSI电路衬底2a，即，使公共电极1b和驱动电极2b侧面上的取向加工方向在面对的表面上相互反向平行。在该例中，以这样一种方式组装玻璃衬底1a和硅VLSI电路衬底2a，即，将取向加工方向设定得相互反向平行。但是，应指出的是，也可将它们组装成方向相互平行设置。作为玻璃衬底1a与硅VLSI衬底2a之间的垫球(spacer)3，通常采用其厚度由间隙厚度确定的玻璃球，例如Catalyst Chemical Synthesis Corporation生产的直径范围为0.6-3.0μm的Sincere Sphere。
垫球3的制造方法由玻璃衬底1a和硅VLSI电路衬底2a的大小确定。在衬底1a和2a的面积较小的情况下，通过在按重量计一般每个约为0.3％的条件下将Sincere Sphere颗粒扩散到一种密封材料中，制成垫球3，该密封材料用来将周边相互粘接在一起。作为密封材料，一般采用如Sekisui FineChemicals Corporation生产的Photoleck这类的紫外线硬化粘合剂。这样，玻璃衬底1a与硅VLSI电路衬底2a之间的间隙厚度可受到控制。另一方面，在衬底1a与2a的面积较大的情况下，通过在平均密度一般为100粒/mm2的条件下将Sincere Sphere颗粒覆盖在衬底1a与2a上，制成垫球3。然后，设定一间隙，并保持液晶注入孔，以便通过密封材料将周边相互粘接在一起。
例如，把诸如Chisso Corporation生产的CS-1022、CS-1016、CS-1017或CS-1025之类的铁电液晶4注入该对玻璃衬底1a和硅VLSI电路衬底2a之间的间隙中。在减压条件下注入混合物--铁电液晶，它们处于表现流动性的状态例如各向同性相温度或手性向列相温度下。在注入液晶之后，温度逐渐降低。然后，在把注入孔周围衬底上的液晶去除之后，用环氧树脂类粘合剂密封该间隙，制成一铁电液晶空间光调节显示装置11。
如图37所示，在一铁电液晶显示装置例如一表面稳定铁电液晶显示装置中，根据外加电场E(或自然偏振Ps)，液晶分子M的取向在两种状态，即状态1和状态2之间转换。当将一液晶装置置于两个正交偏振片之间时，分子取向的改变表现为透光度的改变。如图38所示，随着外加电场的增强，越过阈值电压Vth，透光度从0％骤然变到100％。
如图13A、13B、14A和14B所示，将铁电液晶空间光调节显示装置11的像素设置在二维平面上。实际上，可沿一条线设置它们。另外，如图13B所示，通过用作驱动电极和反光膜的层2b反射入射光5。根据在如图38所示的公共电极1b与驱动电极2b之间产生的电场，改变设置在光路上的铁电液晶(FLC)4的透光度。也就是说，通过公共电极1b与驱动电极2b之间产生的电场强度来调节反射光6的强度。为每个像素选择反光状态或非反光状态。
如图13B所示，通过每个像素铁电液晶空间光调节显示装置11外部的控制电路7来控制将一信号加到驱动电极2b上。但是，应指出的是，也可将嵌入硅VLSI电路衬底2a中的控制电路用来代替外部控制电路7。可为每个像素施加一电压，通过扫描，为多个像素中的每个像素施加电压，或同时对所有像素施加电压。
随着嵌入硅VLSI电路衬底2a中的电路控制的信号的施加，为了设计如图7所示的像素，将一MOS或双极晶体管加到每个像素上，作为成整体装入其中的控制栅极装置(control gate device)(或转换装置)8，如图14A所示。由于液晶4在转换之后显现出存储特性，所以控制栅极装置8无需一辅助容性元件。另一方面，为了设计图8所示的像素，加入电容9作为辅助容性元件，如图14B所示，以便延长驱动时间。
为了设计图9所示的像素，可将接至控制栅极装置8的存储装置10嵌入硅VLSI电路衬底2a中，如图15A所示。通常，作为存储装置10，采用动态RAM(随机存取存储器)或静态RAM的一个存储元。将电容9接至控制栅极装置8，该电容9作为辅助容性元件，如图15B所示。
本发明还可用于图16A与图16B所示的透光型液晶装置21。
透光装置与图13A和13B所示反光装置的根本不同之处在于，在前者的情况下，用设置在玻璃衬底12a上的透明ITO12b制成驱动电极。该驱动电极由用作每个象素的控制栅极装置18的TFT(薄膜晶体管)驱动。通过接通和断开信号电压，可使入射光15通过以作为透射光，或隔离该入射光15。可将一辅助容性元件接至控制栅极装置18。
另外，在图16A和16B所示的透光装置中，通过将存储装置例如DRAM存储元接到控制栅极装置18上，可驱动该透光装置，以执行图11所示的工作。
应指出的是，在本发明中，可将反铁电液晶(AFLC)用作代替上述铁电液晶的液晶。在反铁电液晶中，在一层上所有的恒定偶极矩沿同一方向上取向。但是，除了与相邻层上恒定偶极矩的取向方向相反的方向以外，一层上的恒定偶极矩可以在其它的每个方向上进行取向。因此，一层的偏振抵消了相邻一层的偏振，导致没有宏观的自然偏振(macro spontaneous polarization)。与铁电液晶极其类似，在与分子纵轴相垂直并与该层相平行的方向上对自然偏振进行取向。
反铁电液晶通过施加其强度至少等于某个阈值的电场来变换到铁电相。也就是说，通过施加这样一个电场，使在与所施加电场的方向相反方向上取向的每个偶极矩反向，使得反铁电液晶进入铁电相，在铁电相中沿所施加电场的方向对所有的偶板矩进行取向。
反铁电液晶(AFLC)显示装置的特性类似于FLC显示装置。在与FLC显示板相同的条件下制造AFLC显示板。可以以与FLC显示装置相同的方式制造反铁电液晶(AFLC)显示装置，例如Chisso Corporation生产的CS-4000，但其液晶变成反铁电液晶。
根据对以下一些优选实施例详细描述的仔细研究，本发明将变得更清楚，其中每个将本发明用于铁电液晶显示装置。
第一实施例在用溅射方法提供的具有厚度为40nm、表面电阻率为100Ω/cm2的透明ITO膜的玻璃基片上，通过Joule＇s加热法加热一钽舟(tantalum boat)(JpanBacks Metals Corporation制造)，它含有Furuuchi Chemicals Corporation生产的纯度为99.99％的SiO粉，从而在80℃温度下于真空淀积过程中产生一层SiO正交晶淀积膜，其厚度为50nm，作为液晶取向膜。同时，进行真空淀积过程，以便使玻璃衬底的法线相对于垂直于淀积源的线成85。夹角。在真空淀积过程之后，在200℃下于大气中进行烧结过程，以便获得良好的取向。
然后，以这样一种方式将完成了上述过程的两个玻璃衬底通过一直径为1.6μm的垫球和紫外线硬化粘合剂相互叠加，即，使SiO正交晶淀积膜的淀积方向反向相互平行，产生一个组装的空液晶元。作为垫球，采用CatalystChemical Synthesis Corporation生产的Sincere Sphere，而作为紫外线硬化粘合剂，采用Sekisui Fine Chemicals Corporation生产的Photoleck。将铁电液晶注入元中的空隙中，以制作FLC显示装置，即，包括1个象素的液晶显示装置。作为铁电液晶，采用Chisso Corporation生产的CS-1022。
所加电压与该液晶显示装置(即，液晶板)的透光度之间的关系受到检验。具体地说，在一正交尼科耳棱镜下将一DC不对称驱动波形施加到液晶显示装置上。该DC不对称驱动波形具有200μs的存储时间和每个位平面有50μs脉冲宽度的信号，如图17所示。图17的上图表示增加白色(W)显示次数的情况。另一方面，图17的下图表示增加黑色(B)显示次数的情况。在这两种情况中任一情况下，在多次施加了相同脉冲信号之后，施加一次相反极性的脉冲信号。具体地说，在该上图所示的情况下，在多次施加白色脉冲信号(W)之后，施加一次与W脉冲极性相反的黑色脉冲信号(B)。另一方面，在该下图所示的情况下，在多次施加了黑色脉冲信号(B)之后，施加一次与B脉冲极性相反的白色脉冲信号(W)。为作比较，将该技术用于图18和19所示的驱动信号。图20A与20B每个都表示出根据用图17使用的显示技术对透光强度监控所得到的结果。如图20A和20B所示，白色与黑色电平的变化幅度约为5％或更小。
第一比较例为作比较，把象图18和19所示波形的DC对称驱动波形施加到一液晶元上，该液晶元是以与第一实施例相同的方式、在与第一实施例相同的实验中制成的。
图21A是表示一实验结果的图，该实验结果代表透光度对图18所示DC对称驱动波形的白色显示次数的依赖关系；图21B是表示另一实验结果的图，该实验结果代表透光度对图18所示DC对称驱动波形的黑色显示次数的依赖关系。另一方面，图22A是表示一实验结果的图，该实验结果代表透光度对图19所示DC对称驱动波形的白色显示次数的依赖关系；图22B是表示另一实验结果的图，该实验结果代表透光度对图19所示DC对称驱动波形的黑色显示次数的依赖关系。当采用图18或19所示DC对称驱动波形时，白色电平的变化程度分别如图21A或22A所示那样高，显然表示发生了烧坏现象。也就是说，随着白色显示次数的增加，白色电平也升高。另一方面，当增加施加黑色脉冲信号的次数时，白色电平如图21B和22B所示下降。
与第一实施例的比较结果显示，在图18和19所示驱动波形的情况下，尤其对于白色显示次数增加的情况，白色电平升高的幅度是第一实施例白色电平升高幅度的4倍或更大。另一方面，对于黑色显示次数增加的情况，白色电平降低的幅度是第一实施例白色电平降低幅度的6倍或更大。这样，图18和19所示的驱动波形显示出对白色显示次数或黑色显示次数更大的依赖关系。这被归于这样一个事实，即，由于这些驱动波形每个都是双极性波形或DC对称波形，它们在一个位平面中包含一个信号脉冲和其后紧接着施加的极性相反的另一脉冲，所以，在位平面时间之后的存储时间内，自然偏振的相反电场并不处于与离子的相反电场相平衡的状态。
上述结论证明，与通常的看法相反，象图17所示波形那样的DC不对称驱动波形适于驱动而不会产生烧坏现象，而通常的看法是，这样一种驱动波形很可能要使离子运动并使积聚电荷量增大从而发生烧坏现象。
上述结论使本发明的发明人想出这样一种方法，它在转换铁电液晶之后使脉冲引起的离子运动(自然偏振)与因自然偏振产生的相反电荷引起的离子运动相一致，保持平衡状态。通常，据称自然偏振引起的电荷密度是外加电荷密度的一半或更小。在脉冲施加时间为50μs的情况下，产生相反电场的时间周期就需是脉冲施加时间的两倍或更长，即，至少100μs。考虑到离子引起积聚电荷的量，把运动时间看作一个参数。总之，液晶材料的自然偏振处于与包含于液晶板内离子数相平衡的状态。
第二实施例借助第一实施例所提供的用来连续驱动液晶的同一DC不对称波形，检验液晶的变坏情况。具体地说，用设定到含36个位平面的1帧，即，施加白色脉冲信号35次而施加黑色脉冲信号1次，测量白色透光度随时间推移的变化量。
图23是表示一曲线的图，该曲线代表白色电平随时间推移的变化量，通过连续一个星期使用DC不对称单极脉冲波形来驱动铁电液晶获得该变化量。如该图所示，很显然，即使在连续一个星期施加这样一个波形之后，白色电平随时间推移的变化量被稳定到该星期第一个小时内观察到的变化量。这样，不会有因离子的积聚而引起的液晶混合物变坏情况。
第三实施例借助注入以与第一实施例相同方式制成的液晶元中的铁电液晶材料CS-1022、CS-1016和CS-1017，可观察到滞后现象。应指出的是，这些液晶材料都由Chisso Corporation生产。
为了观察滞后现象，采用图17所示的驱动波形。图24是表示用于观察滞后现象驱动波形的合成脉冲图。鉴于一帧包括1种原色的36个位平面，在36个白色和黑色位平面组合中一预定位置处监控白色电平，该组合包括如图24所示于当前正显示的位平面。应指出的是，有72种组合。该位置之前的一个脉冲可以为白色或黑色。在图24所示典型组合的情况下，在该位置之前的脉冲为黑色。图25、26和27是表示一些曲线的图，这些曲线分别代表对铁电液晶材料CS-1022、CS-1016和CS-1017观察的结果。
就白色电平(透光度)而言，例如如图28所示，其中黑色电平之后的白色电平下降的状态是一滞后现象，该滞后现象归因于以下两种可能的情况。一种情况是，对于一个大的白色显示次数来说，因白色显示之前的一个黑色显示而由相反电场引起的离子数目降低了当前白色显示的脉冲电压。另一种情况是，铁电液晶材料CS-1022的自然偏振值为35nCcm-2，而铁电液晶材料CS-1016和CS-1017的自然偏振值为9nCcm-2。这样，鉴于相反电场取决于自然偏振，所以认为存储电平因自然偏振所引起的相反电场而改变。
本发明的发明人证实第一种情况是有效的，即，白色显示之前的一个黑色显示可能降低白色显示的脉冲电压。第一种情况的有效性通过改变白色显示的脉冲电压和观察滞后现象得到证实。对于铁电液晶材料CS-1017来说，白色显示与黑色显示之比为35∶1及34∶2均表现最大的滞后量。图29是表示一些曲线的图，这些曲线代表在白色显示与黑色显示之比为34∶2时滞后量对铁电液晶材料CS-1017的脉冲电压的依赖关系。
图29所示的曲线证明，通过施加比5v/μm阈值高出至少1.7v/μm的脉冲电压，可消除滞后现象。但是，应指出的是，即使存储电平稳定，其透光度也低于传统技术的透光度。
第四实施例可检验到能否用液晶板中的离子对自然偏振所引起的相反电场进行平衡。时间是一个离子运动的较大参数。因而，通过将相反电荷的存在时间即存储时间改变为各种值，可观察到滞后现象。图30和32是表示一些曲线的图，这些曲线分别代表在铁电液晶材料CS-1022、CS-1016和CS-1017的白色显示与黑色显示之比为34∶2时滞后量对存储时间的依赖关系。
这些曲线显示，在如图30所示铁电液晶材料CS-1022的情况下，滞后现象消失至少200μs的存储时间；在如图31所示铁电液晶材料CS-1016的情况下，滞后现象消失至少100μs的存储时间；而在如图32所示铁电液晶材料CS-1017的情况下，滞后现象消失至少500μs的存储时间。正如前面所述，该存储时间意味着相反电荷产生的时间周期。
由于组成铁电液晶材料的混合物相互之间完全不同，所以其中所含离子的类型和数目相互也完全不同。然而，已发现这些单独的铁电液晶材料表现相同的趋势，在一固定时间周期过去之后达到平衡状态。
具体地说，离子和相反电场并不在一特定的时间点达到平衡状态，而是在比一定时间周期更长的时间内达到饱和。这种趋势显示，可以为把液晶转变为一产品的过程界定一个范围。
如上所述，存储时间的长度由虚轮廓和转换率的问题确定。这样，存储时间的长度可最终由本实施例产生的结果确定。但是，若无法将该长度置于从装置一侧确定的时间内时，作为替换，则通过改变液晶材料使该长度最优。
第五实施例为了得到关于加到公共电极上的电压的所需的精度的信息，采用类似于第一实施例的液晶元，并将一DC偏差量叠加到公共电极上。然后，监控透光度以计算对比度的量。图33是表示铁电液晶CS-1022对比度量的图，该量借助叠加到公共电极上的DC偏差量而得到。根据其结果，对于±2.5V(或1.6V/μm)或更小的DC偏差量来说，对比度并不受影响。
对于50μs的脉宽来说，将阈值电压设定在5V/μm。即使叠加1.6V/μm的偏差量，也可以进行充分的转换。这显示，可把这种叠加认为是通过离子电荷的积聚实现的平衡。在施加脉冲电压的过程中连续施加DC偏差量，使得离子易于积聚。
上述结果显示，施加DC不对称驱动波形和优化脉冲信号周期都使铁电液晶能显示一种状态，似乎烧坏和滞后现象并不存在一样。也就是说，可实现极高品质的画面。另外，施加到电极上的电压电平精度几乎已不需要，使得可能设计各种装置。
第六实施例利用第一实施例所提供的液晶板，测量光电特性对通过速率(through-rate)的依赖关系。
作为驱动波形，将象图17所示波形那样的单极波形用作一个基准(base)。但是，在这种情况下，考虑到了脉冲的通过速率，以使脉冲的电场强度面积不变。图34是表示具有一所加脉冲恶化形状的波形图。将该图中所示的恶化时间转换成三次函数的形状或梯形形状。
图35是表示一曲线的图，该曲线代表由存储器所表现的阈值(或脉冲高度)与具有三次函数形状的恶化波形恶化时间之间的关系，图36是表示另一曲线的图，该曲线代表液晶显示装置(液晶板)的阈值与具有梯形形状的恶化波形恶化时间之间的关系。
如图35所示，在具有三次函数形状的恶化波形脉冲的情况下，即使恶化时间占据了整个脉冲宽度，存储器所表现的阈值也不改变。
在具有梯形形状的恶化波形脉冲的情况下，如图36所示，在长达15μs的恶化时间内，存储器所表现的阈值也不改变。另一方面，对于恶化时间超过15μs的情况，所加电场的强度不得不增大。但是，对转换的动态性能并无影响。
也就是说，通过速率只对转换有影响。原因在于，在具有三次函数形状的恶化波形脉冲的情况下，脉冲的上升时间极短，使人认为并无影响。
这样，即使阈值改变，任何脉冲都对最初的转换没有影响，而与脉冲形状无关。
可根据本发明所提供的技术概念对至此所述本发明的实施例作进一步的修改。
例如，在使本发明的目的能够实现的范围内，可将上述驱动波形变为各种形状。作为驱动方法，可以采用一种节段法(segment method)，该方法仅驱动预先确定的图案；或采用一种有源矩阵法，该方法用于具有矩阵形状的图案。尤其是，可把由一矩阵电极和一辅助容性元件组成的合成结构用来产生一驱动波形，该波形类似上述波形，用以最终施加到液晶上。
另外，在上述驱动方法中，为了平衡所施加脉冲的电场和自然偏振所产生的电场所积聚的电荷，驱动波形的脉冲施加时间与存储时间(即，平衡时间)之比可改变。应指出的是，根据液晶的类型，可在0.1nC/cm2-100nC/cm2范围内改变自然偏振的值。此外，在上述驱动方法中，在存储时间内的任何时候都未施加任何脉冲。但是，值得注意的是，在电信号未选择一种状态的情况下，可在存储时间内施加一脉冲。另外，在上述实例中，选择两种状态中任意一种，即，反光状态与非反光状态或透光状态与非透光状态。应指出的是，还可选择其它两种状态之一，例如偏振光状态与非偏振光状态或旋光状态与非旋光状态或基本上为ON与OFF状态。
另外，构成一个象素的元件并不限于上述那些。作为存储元件，可采用静态RAM的存储元或类似元件。作为控制栅极装置，可在公知的各种装置中挑选一个。
作为可用于本发明的铁电液晶材料，实际上，最好采用一种通过合成手性混合物或非手性混合物获得的液晶或由上述两种混合物之一制成的液晶。作为变换，还可采用由多种类型混合物制成的液晶。
作为手性混合物，可用诸如公知的嘧啶类、联二苯类和联苯(phenylbenzoate)类之类的材料。应指出的是，这些铁电液晶因温度变化可表现手性向列相或处于某些状态下的层列相。作为非手性混合物，可用诸如公知的联二苯类、三联苯类、三环环已基(tricycliccyclohexyl)类、环己基类、联二苯环己烷类、环己基乙烷类、酯类、嘧啶类、哒嗪类、乙烷类和二氧杂环已烷类之类的材料。另外，公知的反铁电液晶也可用来代替上述铁电液晶。
至于组成液晶的成分，可将一透明玻璃衬底用作一衬底，而将诸如ITO(铟锡氧化物)或铝之类的材料用作电极层。至于液晶取向层，可采用完成抛光(rubbing)处理的SiO正交晶淀积膜或聚酰亚胺(polyimid)膜。
作为透明电极，可采用除诸如氧化锡或氧化铟之类上述ITO之外的材料制成的公知透明电极。当希望是反光类型时，可把具有高反光率的材料例如铝或银用作反光膜。至于组成液晶的其它成分例如透明衬底、垫球和密封材料，可采用公知的传统材料。
上述材料还可用于除空间光调节器之外的其它装置，例如遮光器、光开关和挡光板。当用其它材料，例如光电装置进一步组合时，上述材料也可用于其它装置，即，液晶棱镜、液晶透镜、光路转换开关、显示装置、相衍射栅、A/D转换器和光学逻辑电路。
如上所述，本发明提供的用来驱动液晶装置的驱动方法，其中使装有第一电极的第一衬底和装有第二电极的第二衬底相互面对安装，在第一电极与第二电极之间夹有预定间隙，将一种铁电液晶或反铁电液晶置于该间隙中，以便根据施加在第一电极与第二电极之间的电信号使液晶装置基本上选择两种状态之一，即ON状态和OFF状态，其特征在于将第一周期和第二周期设置在单位象素选择周期内，第一周期用来施加一电信号以选择两种状态之一，第二周期通过借助铁电液晶或反铁电液晶的存储特性用来不施加该电信号或施加不选择任一状态的电信号来保持所选状态；把相对于参考电平具有正极性的脉冲信号实际上用作用来选择两种状态之一的电信号；把相对于参考电平具有负极性的脉冲信号实际上用作用来选择另一状态的电信号。
这样，在每个单位象素选择周期(每个位平面)，通过将铁电液晶或反铁电液晶的自然偏振所产生的相反电场置于一种状态，即与自然偏振引起的液晶中离子积聚电荷所产生的相反电场相平衡的状态，也就是说，通过利用本发明所提供的驱动方法来平衡电荷，无需DC平衡就可进行驱动。因此，驱动方法变得极其简单，使得可以设计各种装置，例如液晶空间光调节显示装置和液晶空间光调节器。另外，还表现出这样一个效果，即，不再需要追求施加在公共电极上的电压严格精确。
根据本发明所提供的空间光调节装置及其方法，提供了一种带有栅极装置的存储单元，它用于电存储两种状态之一；状态设定单元，用来在空间光调节装置的空间光调节单元表面电极上设定存储在存储单元内的状态。因此，可使一组的象素或所有象素同时工作。另外，通过借助存储单元将积聚于状态设定单元内的电荷泄放到放电线上，可易于产生用于本发明所提供驱动方法中的驱动波形。
权利要求
1．一种驱动液晶装置的方法，其中使装有第一电极的第一衬底和装有第二电极的第二衬底相互面对安装，在所述第一电极与所述第二电极之间夹有预定间隙，将一种铁电液晶或反铁电液晶置于所述间隙中，以便根据施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电信号使所述液晶装置基本上选择两种状态之一，即ON状态和OFF状态，据此将第一周期和第二周期设置在单位象素选择周期内，第一周期用来施加所述电信号以选择两种状态之一，第二周期通过借助所述铁电液晶或所述反铁电液晶的存储特性用来不施加所述电信号或施加不选择任一所述状态的电信号来保持所述所选状态；把相对于参考电平具有正极性的脉冲信号实际上用作所述用来选择两种状态之一的电信号；和把相对于所述参考电平具有负极性的脉冲信号实际上用作所述用来选择另一状态的电信号。
2．根据权利要求1所述的驱动液晶装置的方法，通过该方法，所述具有正极性的脉冲信号与所述具有负极性的脉冲信号每个都基本上由一个单独的脉冲信号实现。
3．根据权利要求1所述的驱动液晶装置的方法，通过该方法，在一液晶元中的离子积聚电荷由所述铁电液晶或所述反铁电液晶的自然偏振进行平衡。
4．根据权利要求1所述的驱动液晶装置的方法，通过该方法将所述第一周期的长度设定在至少1μs；并利用作为参数的所述液晶元中的离子数和所述铁电液晶或所述反铁电液晶的所述自然偏振，将所述第一周期与所述第二周期的长度之比(所述第一周期的长度/所述第二周期的长度)设定在等于或小于1，以便防止在所述两种状态中所述选择的一种状态下发生烧坏现象。
5．根据权利要求1所述的驱动液晶装置的方法，通过该方法，设定用来选择所述两种状态之一的所述脉冲信号的电压，以便防止在所述两种状态中所述选择的一种状态下发生烧坏现象。
6．根据权利要求1所述的驱动液晶装置的方法，该方法用于液晶空间光调节显示装置或液晶空间光调节器。
7．一种空间光调节装置，根据加到所述空间光调节装置的空间光调节单元的表面电极上的电信号，它能够基本上选择两种状态之一，即，ON状态或OFF状态，在所述空间光调节装置中，为每个象素设置存储单元用于电存储所述两种状态之一；和状态设定单元，用于在所述空间光调节单元的所述表面电极上设定存储于所述存储单元内的所述状态。
8．根据权利要求7所述的空间光调节装置，其中通过所述存储单元泄放积聚于所述状态设定单元内的电荷。
9．根据权利要求8所述的空间光调节装置，根据加到设置于所述空间光调节装置第一衬底上的第一电极和所述装置第二衬底上的第二电极之间的电信号，它能够基本上选择两种状态之一，即，ON状态或OFF状态，所述第一衬底与所述第二衬底相互面对安装，将一预定间隙夹在所述第一电极与所述第二电极之间，将一种铁电液晶或反铁电液晶置于所述间隙中；其中将第一周期和第二周期设置在单位象素选择周期内，第一周期用来施加所述电信号以选择两种状态之一，第二周期通过借助所述铁电液晶或所述反铁电液晶的存储特性用来不施加所述电信号或施加不选择任一所述状态的电信号来保持所述所选状态；把相对于参考电平具有正极性的脉冲信号实际上用作所述用来选择两种状态之一的电信号；和把相对于所述参考电平具有负极性的脉冲信号实际上用作所述用来选择另一状态的电信号。
10．根据权利要求9所述的空间光调节装置，其中所述具有正极性的脉冲信号与所述具有负极性的脉冲信号每个都基本上由一个单独的脉冲信号实现。
11．根据权利要求9所述的空间光调节装置，其中在一液晶元中的离子积聚电荷由所述铁电液晶或所述反铁电液晶自然偏振进行平衡。
12．根据权利要求9所述的空间光调节装置，其中将所述第一周期的长度设定在至少1μs；并利用作为参数的所述液晶元中的离子数和所述铁电液晶或所述反铁电液晶的所述自然偏振，将所述第一周期与所述第二周期的长度之比(所述第一周期的长度/所述第二周期的长度)设定在等于或小于1，以便防止在所述两种状态中所述选择的一种状态下发生烧坏现象。
13．根据权利要求9所述的空间光调节装置，其中设定用来选择所述两种状态之一的所述脉冲信号的电压，以便防止在所述两种状态中所述选择的一种状态下发生烧坏现象。
14．一种驱动空间光调节装置的方法，根据加到所述空间光调节装置的空间光调节单元表面电极上的电信号，它能够基本上选择两种状态之一，即，ON状态或OFF状态，在所述空间光调节装置中，为每个象素设置一存储单元和一状态设定单元，据此所述存储单元用于电存储所述两种状态之一；所述状态设定单元用来在所述空间光调节单元的所述表面电极上设定存储于所述存储单元内的所述状态。
15．根据权利要求14所述的驱动空间光调节装置的方法，其中通过所述存储单元泄放积聚于所述状态设定单元内的电荷。
16．根据权利要求15所述的驱动空间光调节装置的方法，其中使装有第一电极的第一衬底和装有第二电极的第二衬底相互面对安装，在所述第一电极与所述第二电极之间夹有预定间隙，将一种铁电液晶或反铁电液晶置于所述间隙中，以便根据施加在所述第一电极与所述第二电极之间的电信号使液晶装置基本上选择两种状态之一，即ON状态和OFF状态，据此将第一周期和第二周期设置在单位象素选择周期内，第一周期用来施加所述电信号以选择两种状态之一，第二周期通过借助所述铁电液晶或所述反铁电液晶的存储特性用来不施加所述电信号或施加不选择任一所述状态的电信号来保持所述所选状态；把相对于参考电平具有正极性的脉冲信号实际上用作所述用来选择两种状态之一的电信号；和把相对于所述参考电平具有负极性的脉冲信号实际上用作所述用来选择另一状态的电信号。
17．根据权利要求16所述的驱动空间光调节装置的方法，通过该方法，所述具有正极性的脉冲信号与所述具有负极性的脉冲信号每个都基本上由一个单独的脉冲信号实现。
18．根据权利要求16所述的驱动空间光调节装置的方法，通过该方法，在一液晶元中的离子积聚电荷由所述铁电液晶或所述反铁电液晶自然偏振进行平衡。
19．根据权利要求16所述的驱动空间光调节装置的方法，通过该方法将所述第一周期的长度设定在至少1μs；并利用作为参数的所述液晶元中的离子数和所述铁电液晶或所述反铁电液晶的所述自然偏振，将所述第一周期与所述第二周期的长度之比(所述第一周期的长度/所述第二周期的长度)设定在等于或小于1，以便防止在所述两种状态中所述选择的一种状态下发生烧坏现象。
20．根据权利要求16所述的驱动空间光调节装置的方法，通过该方法，设定用来选择所述两种状态之一的所述脉冲信号的电压，以便防止在所述两种状态中所述选择的一种状态下发生烧坏现象。
全文摘要
一种利用具有DC不对称波形来驱动液晶的方法,将第一周期和第二周期设置在一个位平面内,第一周期用来施加电信号以选择两种状态之一,第二周期借助液晶的存储特性用来不施加电信号或通过施加不选择任一状态的电信号来保持所选状态。把相对于参考电平具有正极性和负极性的脉冲信号分别用来选择两种状态的电信号。通常,该脉冲信号和另一脉冲信号每个都用单个脉冲信号来实现。
文档编号G02F1/133GK1232191SQ98127140
公开日1999年10月20日 申请日期1998年10月30日 优先权日1997年10月31日
发明者松居惠理子, 川角浩一, 秋元修 申请人:索尼公司