JP2003505742A - 双安定コレステリック液晶表示装置の単極駆動 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 準備フェーズにおいて、パルスの振幅を適応させることによって、駆動電圧をＣ−ＭＯＳ技術の限界内に留めつつ、双安定コレステリックディスプレイにおいて、単極駆動を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、複数の状態を有することが可能であり、これらの状態のうち少なく
ともフォーカルコニック（焦円錐）状態及びプレーナ（平行配向）状態が、電界
の不在で安定であるキラルネマティック液晶材料を具えた表示装置に関するもの
である。こうした表示装置は、例えば電子新聞、ＧＳＭ電話機、等に使用するこ
とができる。

【０００２】 （従来技術） こうしたコレステリック液晶ディスプレイ（ＣＬＴＣディスプレイ）は、３フ
ェーズ（段階）の駆動モードで駆動することができる。準備信号、選択信号、及
び進化信号を続けて、行電極に供給する。選択信号期間中には、データ信号を、
行電極と共に列電極に供給して、中間液晶材料が画素を規定する。こうした駆動
モードは、X.-Y.Haung他、"Dynamic Drive for Bistable Reflective Cholester
ic Displays：A Rapid Addressing Scheme"、SID 95 Digest,347〜350ページに
示されている。この文献に示されている駆動モードでは、データ信号は、進化及
び準備信号に対して直交であり（データ信号の周波数は、進化及び準備信号の半
分である）、このため進化信号及び準備信号の実効値は、データ信号によって乱
されることがない。この関係のモードは高速であるが、特に準備フェーズでは、
信号に高振幅が要求され、これは３５Ｖになりうる。このモードはＡＣ駆動にも
とづいているので、使用すべき駆動回路は倍電圧、即ち７０Ｖを供給できなけれ
ばならない。この電圧は、通常のＩＣ技術（ＣＭＯＳ）では高すぎる。

【０００３】 （発明の開示） 本発明の目的は、この問題の解決方法を提供することにある。この目的のため
、本発明による表示装置は、準備信号、選択信号、及び進化信号のグループから
の信号で行電極を駆動する駆動手段と、表示すべき画像に従うデータ信号で列電
極を駆動する駆動手段とを設けて、準備信号、選択信号、及びデータ信号のグル
ープからの信号が、参照電圧に対して単極であることを特徴とする。

【０００４】 以下に記述するように、このことは、異なる補助電圧を、異なる時間ユニット
中に、すべての行及び列電圧に加算することによって可能となる。そして、準備
信号、選択信号、進化信号、及びデータ信号のグループからの信号の振幅が、駆
動ＩＣにおける最大許容電圧によって規定される、ということは明らかである。
これは、例えば、４０（または５０）Ｖ以下である。０Ｖを参照電圧に選択する
と、駆動ＩＣには４０Ｖプロセス（または５０Ｖプロセス）を用いることができ
る。 本発明のこれら及び他の要点は、以下に記述する実施例から明らかになる。

【０００５】 （発明を実施するための最良の形態） 以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。これらの図は一定
寸法比で描いたものではない。 図１に、電極５、６を設けた、例えばガラスのような２枚の基板３、４の間に
存在するキラルネマティック液晶材料２を有する光変調セル１の一部分の断面図
を示す。このデバイスは必要により、液晶材料を基板の内壁上に配向させる配向
層９を具えている。この場合には、この液晶材料は正の光学異方性および正の誘
電異方性を有する。図１の例では、光変調セルは吸収層１０を有する。

【０００６】 キラルネマティック液晶材料２は、正の誘電異方性を有するネマティック液晶
材料とキラル材料との混合物であり、キラル材料は、キラルネマティック構造が
所定のピッチＰでできるような量だけ存在する。ピッチＰは、この間で液晶材料
のディレクタが３６０度回転するような距離である。液晶分子は基板の壁上に、
いくぶん垂直に（あるいは、一部の場合にはこの壁面に平行に）配向されている
。ここで、第１安定状態（プレーナ状態）は、ピッチＰを有する螺旋構造で構成
される（図１^a）。光変調セルの厚さｄは、ピッチＰの数倍（例えば６倍、少な
くとも２倍）である。

【０００７】 プレーナ状態は、λ＝n.P（ｎ：平均屈折率）の帯域付近の波長を有する光に
関して、螺旋状に旋廻する偏光の偏光方向を反射するような特性を有する。図１
のデバイスでは、プレーナ構造が例えば青色光を反射するようなピッチを有する
液晶を選定して、黒色の吸収背景１０を選定する。そして、図に示す表示装置で
、黒色背景（または他の類似の方法）に対する青特性が生成される。

【０００８】 こうしたキラルネマティック液晶材料が有することができる他の安定状態は、
フォーカルコニック（焦円錐）状態（図１^b）であり、この状態は、電極５、６
に１つ以上の所定値（図１に電圧源１１及びスイッチ１２で示す）の電圧パルス
を給電した後に生成される。いわば、螺旋構造が細かく解体されて任意に配向し
、入射光はもはや（部分的に）反射されないが、吸収背景には到達しうる。

【０００９】 光変調セルにかかる高い電圧では、液晶材料は第３の状態を有し、これはホメ
オトロピック（垂直配向）状態と称され、即ちすべての分子が電界方向に指向し
、光変調セルが（可視）波長で透明になる。駆動電圧及びスイッチング速度に応
じて、光変調セルがこの状態からプレーナ状態またはフォーカルコニック状態に
切り替わる。

【００１０】 図２に、図１の表示装置の電圧／反射特性を示す。ゼロ電圧状態は履歴に依存
する。図式的に示せば、こうするためにプレーナ状態を選択して、これにより表
示要素が、青色光を高い反射値Ｒで反射する。（しきい値）電圧実効値Ｖ_pfを有
するパルスに対しては、液晶がフォーカルコニック状態（曲線１）に変化して、
この状態ではＲがほぼ０になる（背景は可視）。パルスの実効電圧をＶ_offから
さらに増加させると、反射も高い値に増加する。０Ｖで液晶がフォーカルコニッ
ク状態である場合に、やや高い実効電圧Ｖ'_offで反射の増加が始まり（曲線２）
、Ｖ_onで高い反射に至る。中間反射レベルは明確には規定されていないが、遷移
範囲Ｖ_off〜Ｖ_onでとりうる。いわば、例えば（１つ以上のパルスを伴う）ホメ
トロピック状態によって、かついわゆる準備フェーズにおいて、各選択（情報の
書き込み）の前に、表示装置（またはそのライン）を消去することによって、曲
線(1)、(2)が一致して、これによりＶ_off及びＶ_onが明確に固定される。この場
合には、Ｖ_off及びＶ_onは電圧／反射特性によって規定されるが（例えば、最大
反射の１％及び９９％）、必要ならば、異なるように規定することができる（例
えば最大反射の５％及び９５％）。

【００１１】 図３に、本発明を適用可能な表示装置１の等価回路を示す。この回路は、ｍ行
の選択電極５と、ｎ列の行またはデータ電極との交差点の位置に、画素のマトリ
クス１８を具えている。行ドライバ１６によって行電極を連続的に選択し、デー
タレジスタ１５経由で列電極にデータを供給する。この目的のために、必要によ
りプロセッサ１４内で、入力データ信号２１を最初に処理する。駆動線１７によ
って相互の同期を行う。

【００１２】 こうした表示装置の駆動については、図５〜図１８を参照して以下に説明する
。ＡＣ駆動に始まり、信号は単極になる。この説明は、電圧に対する電流値を有
する実施例に関して行うが、より抽象的な派生例も並列して提示し、これらの派
生例は、駆動電圧を駆動ＩＣの最大使用電圧に関連づけたものである。

【００１３】 図４に、既知の駆動モード（３フェーズ駆動モード）を示す。連続行（k、k+1
、k+2）に対して、準備信号、選択信号、及び進化信号を（連続的に）供給する
。選択期間中には、列電極に存在するデータ信号が、関係行の画像内容を規定す
る。図４の、選択信号及びデータ信号の周波数は、進化及び準備信号の周波数の
半分である。選択電圧の振幅は例えばＶ_sel＝７Ｖであり、データ電圧の振幅は
３Ｖであり、このため「オン」状態での画素電圧は１０Ｖであり、「オフ」状態
では４Ｖである。準備フェーズが長く継続し過ぎない（≦２０mS）ようにするた
めに、このフェーズでの振幅はＶ_prep＝３５Ｖでなければならない。進化フェー
ズでの振幅は、例えばＶ_evol＝２５Ｖである。行及び列を共に駆動する駆動ＩＣ
は、これらすべての電圧、特に準備フェーズにおける電圧のピーク−ピーク（尖
頭対逆）値を発生することができるように、少なくとも７０Ｖの電源電圧を有す
べきである。

【００１４】 本発明によれば、すべての電圧が単極（本例では正）になる。ここでは準備電
圧を適応させて（図５参照）、４つの異なる時間ユニットｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄中
に、交互に＋３７Ｖ、−３３Ｖ、＋３３Ｖ、及び−３７Ｖとする（この系列を繰
り返す）。データ電圧は、準備信号と同相または逆相にすることができる。これ
に応じて、準備フェーズ中の画素電圧は４つの異なる時間ユニットｔ₁、ｔ₂、ｔ ₃ 、ｔ₄中に、＋４０Ｖ、−３０Ｖ、＋３０Ｖ、−４０Ｖとなり、これらは所望の
リセットに到達するのに十分な、35.01Ｖの実効電圧に相当する。４つの異なる
時間ユニットｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄中に、すべての行及び列に次の電圧を連続的に
反復して加算し：＋３Ｖ、＋３３Ｖ、＋７Ｖ、及び＋３７Ｖ、これにより図６の
電圧パターンとなる。表１に、これらの値を示す。 表１

【００１５】 本例では、すべての駆動電圧が正であり、十分に低い（４０Ｖ以下）であるこ
とは、図及び表から明らかであり、このため駆動ＩＣは、いわゆる４０Ｖプロセ
スによって作られたものを使用することができる。

【００１６】 表１の電圧をより一般化して、次表のように表わすことができる。 表１^ａ この表において、 Ｖ_maxは、ＩＣの最大電源電圧であり、ＩＣプロセスによって決まる（例えば４
０Ｖ）。 Ａ_prepは、準備電圧の最小要求実効値または振幅（方形波電圧の場合）である（
例えば３５Ｖ）。 Ａ_selは、選択電圧の振幅である（本例では７Ｖ）。 Ａ_dataは、データ電圧の振幅である（本例では３Ｖ）。 Ａ_evolは、進化電圧の振幅である（本例では２５Ｖ）。

【００１７】 上述した例では、準備信号及び進化信号の周波数は、選択信号の周波数の２倍
である。表示装置の全行の電気容量を充電及び放電しなければならないので、こ
れにより消費電力が高くなり、これは１回書き込みの際に顕著である。準備信号
及び進化信号の周波数が選択信号の周波数の半分である、図７に示すような信号
パターンを用いると、この消費電力が減少する。異なる行の準備信号を互いに同
相にし、かつ進化信号と同相にするために、選択信号については２周期を選定す
る。ここで、準備信号及び進化信号の周波数は、（例えば１mSのような所定の選
択時間で、）先の例の半分になる。これにより、準備及び進化期間中の消費電力
は５０％減少するが、選択期間中の消費電力は１００％増加する。

【００１８】 最初の例と同様に、図８に示すように、まず準備信号を適応させる。これによ
り、準備電圧は交互に、＋３７Ｖ、＋３３Ｖ、−３３Ｖ、及び−３７Ｖとなり、
これは35.06Ｖの実効値に相当する。４つの異なる時間ユニットｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、
ｔ₄中に、すべての行及び列に、次の電圧を連続的に反復して加算し：＋３Ｖ、
＋７Ｖ、＋３３Ｖ、及び＋３７Ｖ、これにより図９の電圧パターンとなる。表２
にこれらの値を示す。ここでもすべての電圧が０Ｖと４０Ｖの間である。 表２

【００１９】 選択信号の位相（及びデータ信号の位相も）を反転させることによって、準備
から選択への遷移状態、及び選択から進化への遷移状態で、電圧のジャンプ（飛
躍）が低減される。このため、準備電圧の異なる値の列は少し変化して、＋３３
Ｖ、＋３７Ｖ、−３７Ｖ、−３３Ｖとなる。そして加算する電圧は、＋７Ｖ、＋
３Ｖ、＋３７Ｖ、及び＋３３Ｖとなる。

【００２０】 表２を一般化して、次のように書くことができる。 表２^ａ

【００２１】 選択期間中に、選択電圧の１周期のみを用いることによって、書き込み中の消
費電力をさらに減少させることができる。これにより、準備信号及び進化信号の
周波数は、図４を参照して説明した信号の周波数の四分の一になり、エネルギ消
費も比例的に低下するが、書き込み中のエネルギ消費は同じである。図１０に信
号パターンを示す。準備信号の位相を進化信号の位相に合わせて、負及び正の半
周期を交互に開始することによって、ここでも異なる行の準備信号が互いに同相
になり、かつ進化信号と同相になる。

【００２２】 ここでも、まず準備信号を適応させる（図１１）。ここでも準備電圧を交互に
、＋３７Ｖ、＋３３Ｖ、−３３Ｖ、及び−３７Ｖとし、これは35.06Ｖの実効値
に相当する。４つの異なる時間ユニットｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄中に、すべての行及
び列に、次の電圧を連続的に反復して加算し：＋３Ｖ、＋７Ｖ、＋３３Ｖ、及び
＋３７Ｖ、これにより図１２の電圧パターンとなる。表３にこれらの値を示す。
表３ この表は表２と同一であり、より一般化した形式として、表２^aと同一の値を
有する表を適用することができる。ここでもすべての電圧が、駆動ＩＣにおける
最大許容電圧より低いままとなる。

【００２３】 すべての行及び列において、選択信号の位相を反転させることにより、従って
データ信号の位相を反転させることにより、準備フェーズから選択フェーズへの
遷移状態（図１１）で発生する最大の電圧ジャンプが低減されて。これにより消
費電力がさらに減少する。そして準備電圧の異なる値の列は少し変化して、＋３
３Ｖ、＋３７Ｖ、−３３Ｖ、−３７Ｖとなる。加算する電圧は＋７Ｖ、＋３Ｖ、
＋３３Ｖ、及び＋３７Ｖとなる。

【００２４】 これまでの例は、特に１回書き込みに関するものである。図１３に示す信号に
よって、例えばビデオ画像のような動画像の表示を行うことができる。ここで、
準備信号及び進化信号は既にＤＣ信号（０Ｖについて単極）であり、次のフレー
ムでは反転する（反転信号と共に供給される）。すべての信号を０Ｖについて単
極にするために、図１４に示すように準備信号を適応させて、この信号は＋３７
Ｖと＋３３Ｖの値を交互にとる。２つの連続する時間ユニットのすべてにおいて
、後に値＋３Ｖ及び＋７Ｖを行及び列電圧に加算する。これによって得られる信
号を図１５に示し、関連する電圧を表４及び表４^aに示す。 表４ 表４^ａ

【００２５】 次のフレームについて、図１６に元の信号を示し、図１７に適応させた信号を
示す。準備信号は、値−３７Ｖと−３３Ｖを交互にとる。２つの連続する時間の
ユニットのすべてにおいて、後に値＋３７Ｖと＋３３Ｖを行及び列電圧に加算す
る（図１８を参照）。関連する電圧を表５に示し、より一般化して表５^aに示す
。 表５ 表５^ａ ここでも、すべての電圧がＶ_max以下の（絶対）値を有する。

【００２６】 本発明の範囲は、記述した実施例に限定されるものではない。各新規的特徴及
びこれらの特徴の各組合わせのすべてに、発明が存在する。「具えている」とい
う語およびその活用形は、請求項に記載した以外の要素の存在を排除するもので
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による光変調セルの断面図であり、２つの異なる状態を示す。

【図２】 図１の表示装置の、電圧／反射特性を示す図である。

【図３】 画素のマトリクスを有する表示装置の具体例を示す図である。

【図４】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図５】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図６】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図７】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図８】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図９】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１０】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１１】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１２】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１３】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１４】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１５】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１６】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１７】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

【図１８】 単純マトリクス用の行及び列信号の変化を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＮ，ＪＰ，Ｋ Ｒ (72)発明者 ルーカス イェー エム スフランゲン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ (72)発明者 アレクサンデル ヴェー ヘンゼン オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 2H093 NA11 NB07 NC10 NC16 NC65 NC90 ND03 NF14 5C006 AA01 AC15 AC24 AF44 BA12 BB12 EB05 FA14 FA46

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の状態を有することが可能であり、これらの状態のうち少な
   くともフォーカルコニック（焦円錐）状態及びプレーナ（平行配向）状態が、電
   界の不在で安定であるキラルネマティック液晶材料において、 準備信号、選択信号、及び進化信号のグループからの信号で行電極を駆動する
   駆動手段と、表示すべき画像に従うデータ信号で列電極を駆動する駆動手段とを
   具え、準備信号、選択信号、進化信号、及びデータ信号のグループからの信号が
   、参照電圧に対して単極であることを特徴とする表示装置。
2. 【請求項２】 少なくとも駆動ＩＣを設けた請求項１に記載の表示装置において
   、準備信号、選択信号、進化信号、及びデータ信号のグループからの信号の振幅
   が、前記駆動ＩＣの最大許容電圧によって決定されることを特徴とする請求項１
   に記載の表示装置。
3. 【請求項３】 準備信号、選択信号、進化信号、及びデータ信号のグループから
   の信号の振幅が４０ボルト以下であることを特徴とする請求項１または請求項２
   に記載の表示装置。
4. 【請求項４】 前記参照電圧が０ボルトであることを特徴とする請求項１、請求
   項２、または請求項３のいずれかに記載の表示装置。
5. 【請求項５】 行電極用の準備信号が、異なる振幅の複数の副信号から構成され
   ることを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の表
   示装置。
6. 【請求項６】 行電極用の進化信号が、異なる振幅の複数の副信号から構成され
   ることを特徴とする請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の表
   示装置。
7. 【請求項７】 アドレス電極用の選択信号が、異なる振幅の複数の副信号から構
   成されることを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の表示装置
   。
8. 【請求項８】 前記準備信号が、フレーム期間中に同一振幅を有することを特徴
   とする請求項１、請求項２、または請求項３のいずれかに記載の表示装置。