CN101147097A - 显示元件的驱动方法 - Google Patents

Abstract

在使用胆甾相液晶的显示元件中，为了能够用廉价的通用驱动器以高速进行局部画面的改写，以液晶的交叉干扰容许范围内的高速模式扫描局部改写的非对象区域，以可改写的范围之内的通常速度扫描局部改写对象区域，从而进行局部改写。其结果，即便使用廉价的通用驱动器IC，也能够实现仅对任意特定区域的高速改写。

Description

显示元件的驱动方法

技术领域

本发明涉及使用胆甾相液晶的显示元件的驱动方法，特别是涉及能够进行局部画面的高速改写的液晶显示元件的驱动方法。

背景技术

近年来，各企业、大学正在积极地进行电子纸张的开发。作为正在期盼电子纸张的应用市场，以电子书籍为首，应用于移动终端的小显示器或IC卡的显示器等、各种各样的便携式设备。

电子纸张的有力的方式之一是使用胆甾相液晶的方式。

胆甾相液晶具有优越的特征：例如，半永久性的显示保持(记忆特性)及鲜艳的彩色显示、高对比度和高清晰度。有时也将胆甾相液晶叫做向列相液晶，其将比较多(几十％)的手性添加剂(也叫做向列相材料)添加到列向液晶内，从而使列向液晶的分子形成螺旋状的胆甾相。

以下说明胆甾相液晶的显示及驱动原理。

胆甾相液晶在其液晶分子的定向状态下进行显示控制，如图1的反射率曲线所示，在胆甾相液晶中，有反射入射光的平面状态(P)和透过入射光的焦锥状态(FC)，在无电场的情况下这些状态也都稳定地存在。在平面状态时，反射对应于液晶分子的螺距的波长的光。根据液晶的平均折射率n和螺距p，用下式表示反射为最大的波长λ。

λ＝n·p

另一方面，反射频域Δλ随液晶的折射率各向异性Δn增大而增大。

因此，通过选择液晶的平均折射率n、螺距p，能够在平面状态时显示波长λ的颜色。

另外，除液晶层之外，通过设置光吸收层则能够在焦锥状态时显示黑色。

接着，说明胆甾相液晶的驱动例。

一旦对该液晶施加强电场，则液晶分子的螺旋结构完全瓦解，所有的分子就处于随着电场取向的垂直排列(homeotropic)状态。接着，一旦使电场从垂直排列状态急剧变为零，则液晶的螺旋轴垂直于电极，而成为有选择地反射螺距所对应的光的平面状态。另一方面，在除去液晶分子的螺旋结构不瓦解的弱电场形成后的电场，或者施加强电场后缓慢地除去电场的情况下，液晶的螺旋轴就平行于电极，而成为透过入射光的焦锥状态。另外，一旦施加中间强度的电场，再急剧地除去该电场，则平面状态和焦锥状态混合存在，而可以显示中间色调。利用液晶的上述现象，就能够进行信息的显示。

参照说明胆甾相液晶的应答特性的图1，将以上的电压应答特性归纳说明如下。

如果初始状态(0V)是平面状态(高反射率)，则一旦使脉冲电压升高到某范围(如24V)，就处于焦锥状态(低反射率)的驱动区域，如果进一步使脉冲电压上升(如32V)，则再次达到平面状态(高反射率)的驱动区域。如果初始状态(0V)是焦锥状态，则随着脉冲电压上升，逐渐达到平面状态的驱动区域。

这里，用图2A～图2C说明可用于胆甾相液晶的2值输出的市售的STN驱动器的电压输出。

首先，因为液晶必须交流驱动，所以必须设定交流信号的高、低电平情况的两套驱动电压。就数据信号和扫描信号而言，如图2A所示，此时的电压(V0、V21、V34、V5)与交流信号的高、低电平的对应必须作成电压输出的大小为V0≥V21≥V34≥V5。

例如，如图2A所记载的那样，对于分段模式(segment mode)下所提供的数据，如果数据信号为高电平，与其相对应的交流信号的高电平是V0，低电平是V5。

因此，在驱动胆甾相液晶的情况下，如图2B所示，例如在分段模式下，将电压(V0、V21、V34、V5)分别设定为(32、24、8、0)的电压值。这样，就得到图2C所记载的电压波形。

即，如图2C的“ON扫描”所示，将0→32V的电压施加在通过扫描而选择出来的行(Line)上。相对于此，从数据侧施加32→0V的电压作为“ON数据”，施加24→8V的电压作为“OFF数据”。如果将它们合成起来，在所选择出来的行中，在作为ON显示的像素上，产生“ON扫描-ON数据”的电位差，从而被施加±32V的电压；在作为OFF显示的像素上，产生“ON扫描-OFF数据”的电位差，从而被施加±24V的电压。

同样，对于处在非选择的行的像素，产生“OFF扫描-ON数据”、“OFF扫描-OFF数据”的电位差而全都施加±4V电压。

因此，像根据图1记载的电压应答特性所理解的那样，非选择的行不产生交叉干扰，而保持为以前的显示状态(平面状态或焦锥状态)。

可是，在使用胆甾相液晶的显示元件的应用领域即电子纸张中，要求仅可改写显示区域内的特定区域的功能(以下称为局部改写)。在进行局部改写时，除此之外的区域必须原样保持为以前写入的显示状态。

但是，市售的STN驱动器存在如下问题。

(1)扫描模式必须移位(扫描)所有的行，所以对于不需要进行局部改写的区域，也一定会施加ON、OFF电压。即，不能仅扫描特定区域。结果，变得对所有行进行扫描，所以要用处理部将已显示的图像数据和局部改写所用的图像数据合成起来，并改写整个画面，这就要花时间。

(2)若对扫描侧及数据侧均设定为分段模式，则能够只对特定的行进行扫描，但在这种情况下，如已在图2A中所示那样，如V0≥V21≥V34≥V5这样的电压的大小关系成为障碍，所以无法得到如在通常模式(common mode)与分段模式的组合下那样的驱动波形，而在非选择的像素上必然会产生交叉干扰，因此已显示的像素会受到破坏。

另一方面，下述专利文献1～5中记载的公知的胆甾相液晶的局部改写方法中，采用将电压输出做成双极性(正和负)而对所述电压无制约的自定义驱动器。

这里，图3中表示假定用双极性及电压无制约的驱动器简易且符合图1中记载的液晶的应答特性而进行驱动的例子。在例1的情况下或例2的情况下，都能将图2C所示的ON电平和OFF电平的施加电压施加在所选择出来的行的像素上。这样，只要无电压的制约，就容易仅选择局部改写的区域进行驱动。

但是，由于做成双极性，驱动器内的LSI必需高的耐电压而结构复杂，从而增加了成本。

即，以往，为了仅对使用胆甾相液晶的显示元件的某特定区域进行局部改写，扫描驱动器和数据驱动器中都必须作成能够选择任意行的模式(通称分段模式)，而为能够抑制交叉干扰必须作成特殊的输出电压。因此，这就成为增大成本的主要原因。如已经描述的那样，使用通用STN驱动器，由于在扫描驱动器和数据驱动器中，作为分段模式，都产生交叉干扰，所以不可能进行局部改写，而且即使仅改写一部分，也必须更新整个图像。因此，要花更多改写时间。

专利文献1：JP特开2000-147465号公报

专利文献2：JP特开2000-147466号公报

专利文献3：JP特开2000-171837号公报

专利文献4：JP特开2000-180887号公报

专利文献5：JP特开2000-194005号公报

发明内容

本发明的目的在于，在采用胆甾相液晶的显示元件中，能够用廉价通用驱动器以高速进行局部画面的改写。

为此，以液晶的交叉干扰容许范围内的高速模式扫描局部改写的非对象区域，而以可改写的范围内的通常速度扫描局部改写对象区域，从而进行局部改写。

其结果，即便使用廉价的通用驱动器IC，也能够实现仅对任意的特定区域的高速改写。

附图说明

图1是胆甾相液晶的应答特性的说明图。

图2A是市售的通用STN驱动器的电压输出与通常模式、分段模式下的信号输出的关系图。

图2B是驱动胆甾相液晶情况下的市售的通用STN驱动器的电压输出与其电压值的对应例的示例图。

图2C是数据信号、扫描信号和施加在像素上的电压的示图。

图3是双极性驱动器的显示元件驱动例的示例图。

图4是本发明的原理说明图。

图5是高速扫描的阈值特性的移位图。

图6是驱动器时钟与扫描脉冲的关系图。

图7是仅对改写区域的一部分进行改写的方法的说明图。

图8是有关本发明的驱动电路的框图结构例的示例图。

图9是显示元件的一个例子的剖面的示例图。

具体实施方式

图4是本发明的原理说明图。

对原图像100改写其一部分区域220，在显示局部改写后的图像200的情况下，以高速模式扫描不进行局部改写的区域210，在到达了进行局部改写的区域220时，以通常的扫描速度进行改写。此后，当改写区域220的改写结束时，再返回到高速模式，高速扫描剩余的区域230。

即使在改写前后的区域上的高速模式下，也将图2C所示的±24V或±32V的电压施加在各像素上，但是如图5所示，为了进行高速扫描而将胆甾相液晶的动作阈值电压大幅度地提高到32V以上，所以液晶的定向状态(显示状态)并不变化。因此，如在局部改写后的图像200上所示那样，能够将召开会议的通知显示在原图像100上。

此外，图4中示例出进行局部改写的区域220上留下原图像100的一部分的例子，但是仅简单地使扫描速度达到通常大小的速度，并不能留下原图像100的一部分。在后参照图7来说明用于留下这一部分的处理。

图6是用于取得数据的时钟脉冲即驱动器时钟脉冲与扫描脉冲的关系图。设输入显示数据的总线宽例如是8比特、1行的像素数例如是320比特，那么每40个驱动器时钟脉冲(XSCL)产生1个通常模式下的扫描脉冲(LP)。如在高速模式下，例如图6所示，使用对驱动器时钟脉冲(XSCL)进行2分频的长周期的扫描脉冲(LP)。这种情况下，就以通常模式的20倍高速进行扫描。高速模式下的扫描脉冲(LP)的周期短的一方就更能够可靠地防止交叉干扰。

另外，虽然高速模式下的扫描脉冲(LP)与驱动器时钟脉冲(XSCL)的数据取得时机没有关系，但是由于不在高速模式下进行数据写入，所以没有什么不良。再说，在高速模式下，作为向驱动器IC提供的图像数据，可以采用任意的图像数据。

下面，参照图7说明留下局部改写区域的一部分原图像的处理。这种情况下，以如图7所示的方式预先合成图像。即，虽然改写图7所示的显示写入已显示的某局部区域，但在该改写区域的一部分保持以前的显示的情况下，作成局部改写图案，该局部改写图案是在原区域中已改写了实际要改写的部分的图案，并且，在扫描局部改写区域时，提供所作成的局部改写图案的数据信号，由此能够实施仅对部分区域的改写。

在进行了上述说明的实施例中，即便在改写前后的区域的高速扫描模式下，也对各像素施加与通常写入时相同的电压。对于此，考虑到在扫描不进行改写的区域期间，将驱动器输出的电压全部置为0V，但这种情况下，有时从不是局部改写对象的区域转移到局部改写区域时，将驱动器的输出电压从0V提升到规定的大小需要花数ms的时间。这样的话，这样扫描有可能在局部改写的最初的部分产生边缘的模糊。

另外，虽然认为达到规定的大小之前的数ms时间也包括等待时间，但是这样也有可能使噪声掺入到显示中。

因此，优选也将局部改写的非对象区域作成规定的电压输出。

通过以上那样的流程的处理，就能够原样使用2值输出的通用驱动器来实现高速局部改写，而不会提高成本。

下面，在图8中表示实施本发明的显示元件的驱动方法的驱动电路例子的框图。在驱动器IC10中，包含有扫描驱动器和数据驱动器。运算部20进行显示用处理并将提供给到数据驱动器的图像数据输出到驱动器IC10，同时将图示的各种控制数据输出到驱动器IC10。

数据移位及锁存信号是将扫描行移位到下一行的控制和控制数据信号的锁存的信号，按照本发明，由于局部改写的处理中使用高速模式，所以经由扫描速度控制部30将该信号输出到驱动器IC10。极性反转信号是使单极性的输出即驱动器IC10的输出反转的信号。帧开始信号是开始写入一幅显示画面时的同步信号。驱动器时钟脉冲是如图6所说明过的表示取得图像数据的时机的信号。驱动器输出关闭信号是用于强制使驱动器输出为零的信号。

输入到驱动器IC10的驱动电压由升压部40升压3～5V的逻辑电压之后，在电压形成器50形成为各种电压输出。电压选择器60根据从运算部20输出的控制数据，从电压形成器40形成的电压中选择应输入到驱动器IC10的电压，然后经由稳压器70输入到驱动器IC10。

然后，参照图附图说明本发明的反射型液晶显示元件的实施方式，进一步具体说明本发明的液晶组成物。

图9表示应用本发明的驱动方法的液晶显示元件的实施方式的断面结构。该液晶显示元件具有记忆特性，在停止施加脉冲电压后，仍维持平面状态和焦锥状态。液晶显示元件在电极之间包含有液晶组成物。若从垂直于基板的方向上观察，则电极3、4以相互交叉的方式对置。用图4所记载的扫描驱动器驱动的电极是扫描电极，用数据驱动器驱动的电极是数据电极。优选在电极上涂敷绝缘性薄膜或取向稳定膜。另外，根据需要，在与入射光侧相反面一侧的基板的外表面(里表面)设置可见光吸收层8。

在本发明的液晶显示元件中，5是室温下呈现胆甾相的胆甾相液晶组成物，用以下的实验例来说明这些材料或其组合。

6、7是密封材料，用于将液晶组成物5封入各基板1、2之间。9是驱动电路，将脉冲状的规定电压施加在所述电极3、4上。

基板1、2都具有透光性，但是可以用于本发明的液晶显示元件的一对基板的至少一方必须具有透光性。作为具有透光性的基板，可以是玻璃基板，但是除了玻璃基板之外，也可以使用PET或PC等膜片基板。

作为电极3、4，有代表性的例如是Indium Tin Oxide(ITO：铟锡氧化物)，但也可以使用其它的Indium Zic Oxide(IZO：铟锌氧化物)等透明导电膜或铝、硅等金属电极或非晶质硅、BSO(Bismuth Silicon Oxide：铋硅氧化物)等光导电性膜等。在图9所示的液晶显示元件中，如已经描述的那样，在透明基板1、2的表面上形成有相互平行的多条带状的透明电极3、4，若从垂直于基板1、2的方向观察，则这些电极以相互交叉的方式对置。

图9中虽未图示，但接着说明用于本发明的液晶显示元件的合适的要素。

(绝缘性薄膜)

包含图9所示的液晶显示元件在内，本发明的液晶显示元件也可以形成绝缘薄膜作为阻气层，该绝缘薄膜可以防止电极间短路，同时具备提高液晶显示元件的可靠性的功能。

(取向稳定性)

作为取向稳定膜，例如有聚酰亚胺树脂、聚酰胺亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚乙烯丁缩醛树脂树脂、丙烯树脂等有机膜、或氧化硅、氧化铝等无机材料。本实施方式中，将取向稳定膜涂敷在电极3、4上。另外，也可以将取向稳定膜与绝缘性薄膜兼用。

(隔件)

包含图9所示的液晶显示元件在内，本发明的液晶显示元件也可以在一对基板之间设置用于保持基板间隙缝一致的隔件。

在本实施方式中，基板1、2之间插入有隔件。作为该隔件，例如可以是树脂制或无机氧化物制的球体，优选使用表面涂敷有热塑性树脂的粘合隔件。

然后，说明液晶组成物。构成液晶层的液晶组成物是在列向液晶混合物中添加了10～40wt％的向列相材料的胆甾相液晶。这里，向列相材料的添加量是将列向液晶成分与向列相材料总量作为100wt％时的值。

作为列向液晶，可以使用现有公知的各种液晶，但是对于驱动电压的情况来说，优选其介电常数各向异性大于20。如果介电常数各向异性大于20，驱动电压可以较低。作为胆甾相液晶组成物的介电常数各向异性(Δε)，优选是20～50。

折射率各向异性(Δn)优选是0.18～0.24。如果小于该范围，则平面状态的反射率低，而大于该范围，除了焦锥状态下的乱反射增大之外，粘度也随之变高，导致应答速度下降。

另外，该液晶的厚度优选是3～6μm。如果小于该范围，平面状态的反射率低，而大于该范围，则取得电压过高。

下面来说明制作上述所示的内容的单色8级灰度、清晰度Q-VGA的显示元件并使用该显示元件的本发明的实验例。

液晶在平面状态下呈绿色，在焦锥状态下呈黑色。

驱动器IC使用两个作为通用SAN驱动器的EPSON公司制SID17A03(160条输出)和一个SID17A04(240条输出)。并且，设定输出电路，将320输出侧作为数据侧，将240输出侧作为扫描侧。此时，根据需要，为了使输入到驱动器的电压稳定，也可以用运算放大器的电压跟随器进行稳压。

向该驱动器IC输入的电压与图2B所示的输入电压一样。如图2C所示，将±32V脉冲电压稳压后加在ON像素上，而将±24V脉冲电压稳压后施加在OFF像素上，将±4V脉冲电压加在非选择的像素上。

以大约3ms/line的速度扫描要局部改写的区域，以数μs～数十μs/line的速度瞬间结束扫描。虽然在该非选择的像素上施加±24V电压，但是因为是高速扫描所以不产生交叉干扰，因此能够保持已显示的图像。在要局部改写的区域，因为采用规定的扫描速度，所以显示被重新更新。

除胆甾相液晶之外，只要是具有记忆特性的显示材料，本发明同样可以应用，特别是，如果是一种液晶，就能够应用得更好。

如以上的说明，按照使用本发明的胆甾相液晶的显示元件的驱动方法，由于可以使用廉价的通用驱动器来高速进行局部画面的改写，所以适用于电子纸张等，就能够带来更多更好的效果。

Claims (14)

1.一种显示元件的驱动方法，该显示元件具有以相互对置的状态交叉的多个扫描电极和多个数据电极，并且，在按规定的顺序选择该扫描电极的同时，由驱动器IC施加脉冲状的驱动电压，其特征在于，

针对从已有显示状态要局部改写的区域，以通常速度扫描可改写的范围，而且，切换为不产生交叉干扰的速度来扫描要保持已有显示状态的区域。

2.根据权利要求1所记载的显示元件的驱动方法，其特征在于，所述驱动器IC的电压输出是单极性输出。

3.根据权利要求1或2所记载的显示元件的驱动方法，其特征在于，

所述驱动器IC使用2值输出的通用STN驱动器，

将所述扫描电极设定为通常模式，

将所述数据电极设定为分段模式。

4.根据权利要求1～3中任一项所记载的显示元件的驱动方法，其特征在于，在扫描要保持已有显示状态的区域期间，也保持在局部改写时的电压输出。

5.根据权利要求1～4中任一项所记载的显示元件的驱动方法，其特征在于，在要局部改写的区域中要局部保持已有显示状态的情况下，在将图像数据输入到所述驱动器IC之前，合成改写用图像与保持用图像。

6.根据权利要求1～5中任一项所记载的显示元件的驱动方法，其特征在于，所述显示元件采用具有记忆特性的反射材料来进行显示。

7.根据权利要求6所记载的显示元件的驱动方法，其特征在于，所述反射材料采用形成胆甾相的液晶。

8.一种显示元件，具有以相互对置的状态交叉的多个扫描电极和多个数据电极，并且，在按规定的顺序选择该扫描电极的同时，由驱动器IC施加脉冲状的驱动电压，其特征在于，

针对从已有显示状态要局部改写的区域，以通常速度扫描可改写的范围，而且，切换为不产生交叉干扰的速度来扫描要保持已有显示状态的区域。

9.根据权利要求8所记载的显示元件，其特征在于，所述驱动器IC的电压输出是单极性输出。

10.根据权利要求8所记载的显示元件，其特征在于，在扫描要保持已有显示状态的区域期间，也保持在局部改写时的电压输出。

11.根据权利要求8～10中任一项所记载的显示元件，其特征在于，

在要局部改写的区域中要局部保持已有显示状态的情况下，在将图像数据输入到所述驱动器IC之前，合成改写用图像与保持用图像。

12.根据权利要求8～11中任一项所记载的显示元件，其特征在于，所述显示元件采用具有记忆特性的反射材料来进行显示。

13.根据权利要求12所记载的显示元件，其特征在于，所述反射材料采用形成胆甾相的液晶。

14.一种电子终端，其特征在于，装载有权利要求8～13中任一项所记载的显示元件。

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