[发明专利]双稳定型液晶显示装置的驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及双稳定(双稳态)型的液晶显示装置的驱动方法，特别涉及利用双稳定性开关单纯矩阵驱动的手征向列型液晶显示装置的驱动装置。

背景技术

现在，扭曲向列(TN)型液晶、超扭曲向列(STN)型液晶、电气控制双折射的ECB型液晶、垂直取向向列(VA)型液晶等液晶显示装置被广泛使用。这些液晶属于单稳定型，在不向液晶层施加电场时，液晶分子成为单一的结构(texture)。向液晶层施加电场时，液晶分子的结构连续地变形，伴随着结构的变形，光特性发生变化。如果液晶层中不存在电场，就重新返回并稳定为单一的结构。这些液晶显示装置没有存储效应。因此，需要使用静态驱动、多路传输驱动或有源矩阵驱动，连续地驱动。另一方面，双稳定或多稳定型液晶显示装置具有存储效应。这些液晶显示装置即使在不向液晶层施加电场的状态下，也能够在盒(cell)内形成不同的结构。而且，通过向液晶层施加特定的电场，能够改变结构。这种显示装置，一旦决定结构后，即使失去电场，也能够利用其双稳定性，维持其结构的状态。因此，图像刷新速度大幅度下降，耗电量减少。

近几年来，提倡使用手征向列型液晶的双稳定液晶显示装置(例如参照专利文献1)。图5是讲述双稳定液晶面板的液晶分子的动态的示意图。如图所示，在第一基板31和第二基板32上分别形成电极33，进而在其上设置第一取向膜34及第二取向膜35。在第一基板31和第二基板32的间隙中设置液晶层6。在这种双稳定液晶面板中，在取向膜的作用下液晶分子朝着所需的朝向。在这里，第一取向膜34的锚环力大于第二取向膜35。因此，在第一取向膜34的界面上，由于液晶层6的液晶分子的锚环力较大，所以液晶分子稍微具有角度，而在第二取向膜35的界面上，由于锚环力较小，所以液晶分子大致成为水平。没有给液晶层6施加电场时，在取向膜的界面上，虽然液晶分子的锚环显示单稳定性，但是作为液晶层6却可以成为U结构和T结构这两个稳定状态。U结构(uniform-texture)7是液晶分子一样的或者稍微扭曲了的排列的状态，T结构(twisted-texture)8是液晶分子扭曲后排列的状态。这两个结构的扭曲大约互差180°，在相同的部位不能够共存。向列型的液晶分子的自发性的间距p0，就像一样的U结构和扭曲了的T结构的能量本质上相同那样，最大可以使其成为盒的厚度d的大约4倍地选择。这样，没有施加电场时，不存在具有更低的能级的其它的状态地以U结构7和T结构8中的某个状态稳定(双稳定性)。

无论哪个结构，破坏锚环后，都要从一个结构向另一个结构变化。从外部施加较强的电场、破坏取向膜表面的锚环力，从而引起从U结构向T结构(或者从T结构向U结构)的变换。无论是U结构及T结构中的哪个状态，施加特定的电场后，液晶层6就都成为垂直排列结构(Homeotropic-texture，以下简称“H结构”)。将使液晶层成为H结构9的电场阈值，定义为Vc(锚环破坏阈值)。锚环破坏阈值Vc取决于取向膜的材料固有的极角锚环能(zenithal-anchoring-energy)Az和液晶材料。若施加锚环破坏阈值以上的电场，则锚环就被破坏。另外，该电场还促使取向膜的表面附近中的液晶分子重新排列。直到最终形成H结构9为止，需要将该电场施加足够的时间。最小的时间与施加电场的大小(振幅)、液晶及取向膜的物理特性相关。电场被施加1～3毫秒或以上时，可以用下述公式1定义锚环破坏阈值Vc。

(公式1)Vc＝d×Az/(k33×ε0×Δε)^1/2式中，d表示液晶单元的厚度；Az表示极角锚环能；k33表示液晶的弹性扭转系数；Δε表示液晶的电介质各向异性；ε0表示液晶的真空中的介质常数。

若施加该锚环破坏阈值Vc，则取向膜界面的液晶分子的朝向和垂直之间的角度就非常小(例如0.5°以下)，取向膜影响液晶分子的应力非常低。在该状态下切断电场后，取向膜附近的液晶分子就成为不稳定的平衡状态，是恢复原来的朝向或成为向相反的方向旋转180°扭曲的新的结构中的某一个。最终成为哪一个结构，与施加的电信号的形状、具体地说与该电场(电压)返回零的方法息息相关。

使电场阶段性地下降时，流动(液晶分子的流体力学上的力)成为最小，较强的锚环的取向膜附近的液晶分子缓慢地趋于平衡状态，在与中央的液晶分子进行弹性结合后，液晶分子朝着相同的方向旋转。该运动向较弱的锚环侧基板扩散，迅速地一个接一个地朝着相同的方向旋转，在盒内形成一样的状态(U结构7)。