JP2001100182A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 周囲の温度変化にも拘わらず常時一定の表示
状態を維持できる積層型の液晶表示装置を得る。 【解決手段】 カイラルネマティック液晶の選択反射を
利用した表示層１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒを積層した液晶
表示素子１０と、それらの駆動回路１０３，１０４，１
０５と、素子１０の温度を検出するための回路１０６
と、コントローラ１０７と、温度補償テーブルメモリ１
０９とを備えた液晶表示装置。各表示層は駆動回路から
印加されるパルス電圧にて表示状態を選択的に駆動され
る。該パルス電圧の電圧値及びパルス幅は、検出された
温度に基づいてメモリ１０９の補正データを参照のうえ
調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置、詳
しくは、複数の液晶表示層を積層した液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術と課題】近年、液晶のコレステリック相に
よる選択反射を利用した液晶表示装置、特に、カイラル
ネマティック液晶を用いたものが、複数の表示層を積層
することでフルカラーの表示を可能とすることができ、
かつ、装置の軽量化、薄型化、省エネルギー化、駆動の
簡易化等の利点によって注目されている。

【０００３】この種のカイラルネマティック液晶では、
マトリクス状に配置した電極に印加する選択パルスの電
圧値とパルス幅によって配向状態をフォーカルコニック
状態とプレーナ状態に選択して所望の画像を表示するこ
とができる。

【０００４】ところで、この種の液晶では、表示状態
（Ｙ値、即ち、視感反射率）が周囲の温度によって変化
するという温度特性を有している。これは主として、カ
イラルネマティック液晶は温度の上昇に伴って粘度が低
下することに起因する。従って、常時同一の電圧値とパ
ルス幅を持つパルス電圧で駆動すると、温度によっては
表示状態が異なってしまうという問題点を有している。

【０００５】そこで、本発明の目的は、周囲の温度変化
にも拘わらず常時一定の表示状態を維持できる積層型の
液晶表示装置を提供することにある。

【０００６】

【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するた
め、本発明に係る液晶表示装置は、複数の液晶表示層を
積層した液晶表示素子と、複数の表示層にそれぞれパル
ス電圧を印加して駆動するための駆動手段と、前記液晶
表示素子又は液晶表示素子の周囲の温度を検出するため
の検出手段と、この検出手段にて検出された温度に基づ
いて前記パルス電圧を調整して温度補償制御を行う制御
手段とを備えている。

【０００７】特定の液晶の温度特性、即ち、駆動用のパ
ルス電圧の電圧値及び／又はパルス幅をパラメータとす
る温度変化に対する液晶の表示状態（Ｙ値）の変動は予
め予測することができる。そこで、本発明はおいては、
液晶表示素子又はその周囲の温度を検出することで、駆
動パルス電圧を調整する温度補償を実行する。これに
て、周囲の温度変化にも拘わらず常時一定の表示状態を
維持することができる。

【０００８】前記制御手段は、各表示層ごとに独立した
温度補償データを備えていてもよいし、あるいは、各表
示層に共通した温度補償データを備えていてもよい。前
者にあってはより精密な温度補償が可能であり、後者に
あっては制御が簡略化される。

【０００９】前記制御手段は、全ての液晶表示層につい
て温度補償を行ってもよいし、特定の液晶表示層につい
てのみ温度補償を行うようにしてもよい。前者の場合は
より精密な温度補償が可能であり、後者の場合は制御が
容易になる。

【００１０】また、複数の温度検出手段によって液晶表
示素子又は液晶表示素子の周囲の温度を検出し、各検出
手段からの温度情報を温度補償に反映させるようにして
もよい。この場合、複数の温度検出手段は、液晶表示素
子の観察側及び背面側に配置してもよいし、液晶表示素
子の画面方向の複数地点に配置してもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶表示装置
の実施形態について、添付図面を参照して説明する。

【００１２】（液晶表示素子）まず、本発明に係る液晶
表示装置を構成する液晶表示素子の一例を図１に示す。
液晶表示装置は、この液晶表示素子と駆動回路１０３，
１０４，１０５と温度検出回路１０６（図４参照）等か
ら構成されている。

【００１３】液晶表示素子１０は、赤色の選択反射と透
明状態の切り換えにより表示を行う赤色表示層１１Ｒ
と、緑色の選択反射と透明状態の切り換えにより表示を
行う緑色表示層１１Ｇと、青色の選択反射と透明状態の
切り換えにより表示を行う青色表示層１１Ｂを積層した
もので、最下層には光吸収層１９が配置されている。

【００１４】各表示層１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒは、それ
ぞれ透明電極１３，１４を形成した透明基板１２間に樹
脂製柱状構造物１５及び液晶１６を挟持したものであ
る。また、透明電極１３，１４上には図示しない配向制
御膜あるいは絶縁膜を設けたり、スペーサ粒子を散布し
てもよい。

【００１５】液晶１６としては、室温でコレステリック
相を示すカイラルネマティック液晶を使用する。カイラ
ルネマティック液晶はネマティック液晶にカイラル材を
添加することによって得られる。カイラル材は、ネマテ
ィック液晶に添加された場合にネマティック液晶の分子
をねじる作用を有し、添加量を調整することで液晶の選
択反射波長が制御される。

【００１６】この液晶表示素子１０において、各表示層
１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒの透明電極１３，１４はそれぞ
れ駆動回路１０３，１０４，１０５に接続されており、
透明電極１３，１４の間にそれぞれ所定電圧のパルス信
号が印加される。この印加電圧に応答して、液晶１６が
可視光を透過する透明状態（フォーカルコニック状態）
と、可視光を選択的に反射する選択反射状態（プレーナ
状態）との間で表示が切り換えられる。

【００１７】透明電極１３，１４は、それぞれ微細な間
隔を保って平行に並べられた複数の帯状電極からなり、
その帯状に並ぶ向きが互いに直角方向となるように対向
させてある。即ち、各液晶１６に対してマトリクス状に
順次電圧が印加されて表示が行われる。このようなマト
リクス駆動を各表示層１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒごとに順
次又は同時に行うことにより、液晶表示素子１０にフル
カラー画像を表示する。

【００１８】光吸収層１９を観察する方向（矢印Ａ方
向）に対して最下層に設けることにより、各表示層１１
Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒを透過した光は全て光吸収層１９に
よって吸収される。即ち、各表示層の全てが透明状態で
あれば黒色の表示となる。

【００１９】カイラルネマティック液晶を用いた表示層
１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒにおいて、液晶の選択反射波長
が可視光領域にある場合、液晶分子のヘリカル軸が基板
面に対してほぼ平衡状態となったフォーカルコニック配
列状態においては、入射した可視光に対して微弱な散乱
を示すものの、ほぼ透過する透明状態となる。また、液
晶分子のヘリカル軸が基板面に対してほぼ垂直状態とな
ったプレーナ配列状態においては、入射した可視光に対
してヘリカルピッチに対応した波長の光を選択的に反射
する。これら二つの状態は所定の電圧を印加することに
よって切り換えることが可能であり、電圧の印加を停止
しても各状態は保持される。即ち、メモリ性を有する。

【００２０】以上の構成からなる液晶表示素子１０は、
青色表示層１１Ｂ及び緑色表示層１１Ｇを液晶がフォー
カルコニック配列となった透明状態とし、赤色表示層１
１Ｒを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とする
ことにより、赤色表示を行うことができる。また、青色
表示層１１Ｂを液晶がフォーカルコニック配列となった
透明状態とし、緑色表示層１１Ｇ及び赤色表示層１１Ｒ
を液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすること
により、イエローの表示を行うことができる。同様に、
各表示層の状態を透明状態と選択反射状態とを適宜選択
することにより、赤色、緑色、青色、白色、シアン、マ
ゼンタ、イエロー、黒色等の表示が可能であり、さら
に、各表示層の状態として中間の選択反射状態を選択す
ることにより中間色の表示が可能であり、フルカラー表
示素子として使用できる。

【００２１】ところで、前記液晶表示素子１０の各表示
層における画素構成は単純マトリクスであるため、図２
に示すように、走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍと信号電極Ｃ
１，Ｃ２〜Ｃｎのｍ×ｎのマトリクスで表すことができ
る。走査電極Ｒａと信号電極Ｃｂ（ａ，ｂはａ≦ｍ、ｂ
≦ｎを満たす自然数）との交差部分の画素をＬＣａ−ｂ
とする。また、これらの電極群はそれぞれロウドライバ
１０１、カラムドライバ１０２の出力端子に接続されて
おり、これらのドライバ１０１，１０２から各電極に走
査電圧及び選択電圧が印加される。ところで、以下に説
明する印加電圧（リセットパルス信号、選択パルス信
号）とは走査電圧と選択電圧とを重畳した電圧値を意味
する。

【００２２】（駆動方法）次に、前記液晶表示素子１０
の各液晶表示層を駆動する方法として、各液晶をフォー
カルコニック状態にリセットする駆動方法を例にとって
説明する。

【００２３】図３は、液晶をフォーカルコニック状態に
リセットし、所望の表示を行う際に液晶に印加する電圧
波形を示す。図３では交流化された駆動波形を示してい
る。最初に、Ｖ１の電圧値を持つ第１リセットパルス信
号を印加する。このパルス信号により、カイラルネマテ
ィック液晶のねじれ構造は解かれ、ホメオトロピック状
態になる。次に、Ｖ２の電圧値を持つ第２リセットパル
ス信号を印加する。このパルス信号により、カイラルネ
マティック液晶はフォーカルコニック状態になる。

【００２４】なお、この第１及び第２リセットパルス信
号を印加するリセット期間を全画素に対して同時に設定
し、この後、順次各走査ライン上の画素に選択パルス信
号を印加して画面を書き換えるようにすれば、ヒステリ
シスの影響のない良好な画面表示を短時間で表示でき
る。

【００２５】次に、表示すべき画素部分に選択パルス信
号を印加する。このパルス信号の電圧値とパルス幅によ
り、カイラルネマティック液晶の表示状態が決定され
る。ここでは、プレーナ状態（もっとも明るい状態）に
設定するのに必要な最低限の電圧としてＶ３の電圧を印
加することにしている。

【００２６】（液晶のＹ−Ｖ特性）ところで、カイラル
ネマティック液晶を用いた表示層における、選択パルス
信号の電圧値Ｖと選択されるＹ値（視感反射率）との関
係を示すＹ−Ｖ特性を、種々のパルス幅について測定し
た例を図６に示す。図６において、横軸は選択パルス信
号の電圧値、縦軸は選択されるＹ値を示す。パラメータ
としてのパルス幅を一定に維持することで、電圧値を調
整することにより配向状態を選択可能である。

【００２７】但し、Ｙ−Ｖ特性は選択パルス信号のパル
ス幅によって異なる。即ち、パルス幅が大きくなると、
同じＹ値を選択するために必要な電圧値は小さくなる。
一方、パルス幅が小さくなると、同じＹ値を選択するた
めに必要な電圧値は大きくなる。このことから、選択パ
ルス信号の電圧値は、パルス幅の関数であり、配向状態
はその電圧値とパルス幅によって決定されることが分か
る。

【００２８】また、カイラルネマティック液晶のＹ−Ｖ
特性は温度によっても変化し、温度をパラメータとした
この特性の一例を図７に示す。図７において、横軸は選
択パルス信号の電圧値、縦軸は選択されるＹ値を示し、
パルス幅は全ての温度において４ｍｓである。

【００２９】図７に示した一例から明らかなように、例
えば、Ｙ値１５を選択するのに必要な電圧値は、１０℃
のときは約８０Ｖ、２０℃のときは約７０Ｖ、３０℃の
ときは約６３Ｖである。このように、周囲温度が上昇す
るに伴って、選択パルス信号の電圧値は低くなる傾向に
ある。これは、温度上昇に伴ってカイラルネマティック
液晶の粘度が低下するためであると考えられる。

【００３０】そこで、本実施形態では、このような液晶
の温度特性を補正するために、液晶表示素子の周囲温度
を検出し、その温度に基づいて選択パルス信号を調整し
て温度補償を行う。調整は、電圧値及び／又はパルス幅
に関して行う。

【００３１】（第１実施形態）本第１実施形態は、三つ
の表示層１０１，１０２，１０３ごとに独立した温度補
償データを備えたものである。

【００３２】図４において、液晶表示素子１０は図１に
示したものであり、各表示層１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒを
駆動する駆動回路１０３，１０４，１０５は、コントロ
ーラ１０７にて制御される。コントローラ１０７には、
温度検出回路１０６とデータ演算部１０８と温度補償テ
ーブルメモリ１０９とが接続されている。また、データ
演算部１０８には温度補償テーブルメモリ１０９の他に
電圧・パルス幅データメモリ１１０が接続されている。

【００３３】温度検出回路１０６は、液晶表示素子１０
の周囲温度を検出するためのもので、図５に示すよう
に、抵抗２００とサーミスタ２０１と電源２０２とＤ／
Ａコンバータ２０３とから構成されている。サーミスタ
２０１の抵抗値が温度によって変化することにより、Ｄ
／Ａコンバータ２０３に入力される電圧値が変化する。
この入力値がＤ／Ａ変換され、温度データとしてコント
ローラ１０７に転送される。

【００３４】温度補償テーブルメモリ１０９の内容を以
下の表１に示す。

【００３５】

【表１】

【００３６】メモリ１０９のデータは各アドレスごとに
３２ビットあり、それぞれ表示層１１Ｂのある温度での
ロウ電圧値補正データ、カラム電圧値補正データ及びパ
ルス幅補正データ、表示層１１Ｇのある温度でのロウ電
圧値補正データ、カラム電圧値補正データ及びパルス幅
補正データ、表示層１１Ｒのある温度でのロウ電圧値補
正データ、カラム電圧値補正データ及びパルス幅補正デ
ータが一つのブロックとして、各温度ごとのブロックで
構成されている。

【００３７】電圧・パルス幅データメモリ１１０には、
標準温度、例えば、２５℃での各表示層１１Ｂ，１１
Ｇ，１１Ｒごとのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅の
データが記憶されている。

【００３８】画像の表示要求が発せられた場合、コント
ローラ１０７は温度検出回路１０６から温度データを受
け取り、該データに基づいて温度補償テーブルメモリ１
０９の所定のアドレスに書き込まれている各表示層１１
Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒごとのロウ電圧、カラム電圧及びパ
ルス幅の補正データを読み込む。読み込まれたデータ
は、データ演算部１０８によって電圧・パルス幅データ
メモリ１１０に記憶されている各表示層１１Ｂ，１１
Ｇ，１１Ｒごとのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅の
データと積算され、検出された温度でのロウ電圧、カラ
ム電圧及びパルス幅のデータに補正される。コントロー
ラ１０７はこの補正されたデータを受け取り、駆動回路
１０３，１０４，１０５をそれぞれ独立した電圧値とパ
ルス幅の選択パルス信号を発生するように制御する。

【００３９】（第２実施形態）前記各表示層１１Ｂ，１
１Ｇ，１１Ｒの温度係数を同じに設定するのであれば、
ロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅の温度補償データを
各表示層１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒで共通化することがで
きる。本第２実施形態は、三つの表示層１０１，１０
２，１０３に共通した温度補償データを備えたものであ
る。

【００４０】第２実施形態においても装置の構成は第１
実施形態で示した図４と同様である。但し、温度補償テ
ーブルメモリ１０９の内容が簡略化されており、その内
容を以下の表２に示す。

【００４１】

【表２】

【００４２】メモリ１０９のデータは各温度ごとに、ロ
ウ電圧値補正データ、カラム電圧値補正データ及びパル
ス幅補正データが書き込まれている。また、電圧・パル
ス幅データメモリ１１０には、標準温度、例えば、２５
℃での各表示層１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒごとのロウ電
圧、カラム電圧及びパルス幅のデータが記憶されている
点は、前記第１実施形態と同様である。

【００４３】画像の表示要求が発せられた場合、コント
ローラ１０７は温度検出回路１０６から温度データを受
け取り、該データに基づいて温度補償テーブルメモリ１
０９の所定のアドレスに書き込まれているロウ電圧、カ
ラム電圧及びパルス幅の補正データを読み込む。読み込
まれたデータは、データ演算部１０８によって電圧・パ
ルス幅データメモリ１１０に記憶されている各表示層１
１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒごとのロウ電圧、カラム電圧及び
パルス幅のデータと積算され、検出された温度でのロウ
電圧、カラム電圧及びパルス幅のデータに補正される。
コントローラ１０７はこの補正されたデータを受け取
り、駆動回路１０３，１０４，１０５をそれぞれ独立し
た電圧値とパルス幅の選択パルス信号を発生するように
制御する。

【００４４】なお、温度補償のための補正データをより
最適な値に修正するための修正データや修正式を各液晶
表示層ごとに設けておき、各液晶表示層ごとに各補正デ
ータを修正し、擬似的に第１実施形態のように各液晶表
示層ごとに温度補償を行うようにしてもよい。

【００４５】また、温度補償が必要な液晶表示層のみに
補正を実行するようにしてもよい。

【００４６】（第３実施形態）本第３実施形態では、図
６に示すように、液晶表示素子１０の観察側と背面側と
に二つの温度検出回路１０６，１０６’を設け、両者の
温度情報及び両者の温度差を検知し、その結果を各液晶
表示層１１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒの温度補償に反映させる
ようにしている。この場合の温度補償の実施形態とし
て、観察側の液晶表示層１１Ｂと背面側の液晶表示層１
１Ｒとで温度補償の仕方を変える方法を挙げることがで
きる。また、中央の液晶表示層１１Ｇについては、観察
側の温度検出回路１０６’と背面側の温度検出回路１０
６との温度勾配から算出された推定温度値に基いて温度
補償を行うこともできる。いずれにしても、複数の温度
検出手段を用いて、観察側の温度情報と背面側の温度情
報を反映させることで、よりきめ細やかな温度補償を行
うことができる。

【００４７】（第４実施形態）本第４実施形態では、図
７に示すように、液晶表示素子１０の画面と平面面上に
配置された複数の温度検出回路１０６ａ〜１０６ｄによ
って、複数地点の温度を測定し、温度補償に反映させる
ようにしている。この場合、例えば、各地点の温度デー
タを勘案して（例えば平均をとって）温度補償を行うこ
とができる。また、各地点の温度データに合わせて領域
別に駆動波形を調整して温度補償を行うこともできる。
後者の場合、特に液晶表示素子１０の画面サイズが大き
くなる場合に有効である。

【００４８】（他の実施形態）なお、本発明に係る液晶
表示装置は前記実施形態に限定するものではなく、その
要旨の範囲内で種々に変更することができる。特に、液
晶表示素子の構成や駆動回路、温度検出回路の構成は任
意である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液晶表示装置を構成する表示素子
の一例を示す断面図。

【図２】前記表示素子のマトリクス駆動回路を示すブロ
ック図。

【図３】駆動パルス電圧の波形を示すチャート図。

【図４】第１実施形態である液晶表示装置を示すブロッ
ク図。

【図５】温度検出回路を示すブロック図。

【図６】第３実施形態である液晶表示装置を示すブロッ
ク図。

【図７】第４実施形態である液晶表示装置を示す斜視
図。

【図８】液晶のＹ−Ｖ特性をパルス幅をパラメータとし
て示すグラフ。

【図９】液晶のＹ−Ｖ特性を温度をパラメータとして示
すグラフ。

【符号の説明】

１０…液晶表示素子 １１Ｂ，１１Ｇ，１１Ｒ…表示層 １０３，１０４，１０５…駆動回路 １０６…温度検出回路 １０７…コントローラ １０８…データ演算部 １０９…温度補償テーブルメモリ １１０…電圧・パルス幅データメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H093 NB25 NC51 NC57 NC63 ND02 ND44 NF14 5C006 AA22 AC24 AF62 BA19 BB08 BB11 FA19 5C080 AA10 BB05 CC03 DD01 EE30 FF10 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の液晶表示層を積層した液晶表示素
   子と、 前記複数の表示層にそれぞれパルス電圧を印加して駆動
   するための駆動手段と、 前記液晶表示素子又は液晶表示素子の周囲の温度を検出
   するための検出手段と、 前記検出手段にて検出された温度に基づいて前記パルス
   電圧を調整して温度補償制御を行う制御手段と、 を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、各表示層ごとに独立し
   た検出温度に基づく温度補償データを備えていることを
   特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、各表示層に共通した検
   出温度に基づく温度補償データを備えていることを特徴
   とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、全ての液晶表示層につ
   いて温度補償を行うことを特徴とする請求項１、請求項
   ２又は請求項３記載の液晶表示装置。