本発明は、液晶表示装置(LCD)および液晶表示素子の駆動方法、詳しくは、互いに対向状態で交差する複数のコモン電極と複数のセグメント電極とから液晶層に電圧波形を入力するようにしたコレステリック液晶表示装置およびコレステリック液晶表示素子の駆動方法に関する。
コレステリック液晶表示装置は、外光の反射を利用した明るい表示が可能であること、電源を切っても表示内容が消えないこと(メモリ性)、単純マトリクス駆動で大容量表示が可能であることなどの利点を有することから、近年、電子ペーパー分野で注目されている。そして、コレステリック液晶表示素子は、メモリ性という独特な特徴を有することから、駆動方法として工夫がこらされた種々の提案がなされている。
例えば、特開平11−326871号公報の一例には、はじめに全コモン電極に、コレステリック液晶をフォーカルコニック配向にするためのリセット電圧を印加した後に、コモン電極を一本ずつ順次選択して選択電圧を印加する駆動方法が開示されている(この駆動方法は、フォーカルコニックリセット法;FCR法と呼ばれている)。この方法では、コモン電極,セグメント電極兼用のSTN(Super Twisted Nematic)ドライバを使用して駆動することが可能であるところから、この駆動方法は、コンベンショナル駆動とも呼ばれている。
一例として、STNドライバを使用してコレステリック液晶表示素子を駆動するために、コモン電極,セグメント電極に出力する波形を図1A,図1Bに示す。図1Bは、コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。図1Aには、コモン電極に出力する波形と、セグメント電極に出力する波形の合成波形も記載した。合成波形は、実際の駆動において液晶表示素子の画素に入力される波形に対応する。V0,V1,V2,V3,V4,V5は、各波形の電圧を示している。図1Aにおいて、V2−V5=V0−V3,V0−V1=V1−V2=V3−V4=V4−V5とすることによって、各合成波形の正の電圧と負の電圧を等しくすることができる。
図2A,図2B,図2Cに、図1A,図1Bに示した各電圧波形で、コモン電極が4本、セグメント電極が3本のコレステリック液晶表示素子をFCR駆動させるために、各コモン電極,各セグメント電極に実際に出力する電圧波形の一例を示す。
ところで、汎用のSTNドライバには共通した規則がある。コモンモードで使用する場合には、V0,V1,V4,V5の4値の電圧を設定でき、また、セグメントモードで使用する場合には、V0,V2,V3,V5の4値の電圧が設定できる。これらの設定電圧の大小関係を、V0≧V1≧V2≧V3≧V4≧V5とする必要がある。また、同時に出力できる電圧が常に2値以下であり、その2値の組み合わせは、コモンモードで使用する場合には、V0とV4の組み合わせ、およびV1とV5の組み合わせの2つの組み合わせのみであり、セグメントモードで使用する場合には、V0とV2の組み合わせ、およびV3とV5の組み合わせの2つの組み合わせのみである。
さらに、コモンモードでは、マトリクス駆動を行うために、1本目のコモン電極に最初に出力したV0および/またはV5からなる波形が、その長さ分だけずれて次のコモン電極に出力する機構を有しているので、V0,V1,V4,V5を使用した任意の波形を出力することができない。
図2AのA区間に注目すると、コモン電極3には選択波形を、コモン電極1,コモン電極2,コモン電極4には非選択波形を出力する必要がある。したがって、コモン電極に使用するドライバには、選択波形と非選択波形を同時に出力できるものが必要であるが、図1Bに示すように、コモン電極に出力する波形は、全域に渡り同時に出力すべき電圧は常に2値であり、その組み合わせがV5とV1の区間t1と、V0とV4の区間t2から構成されている。同様に図2AのB区間に注目すると、セグメント電極3にはON波形を、セグメント電極1,セグメント電極2にはOFF波形を出力する必要がある。したがって、セグメント電極に使用するドライバには、ON波形とOFF波形を同時に出力できるものが必要であるが、図2Cに示すように、セグメント電極に出力する波形は、全域に渡り同時に出力すべき電圧は常に2値であり、その組み合わせがV0とV2の区間t1と、V5とV3の区間t2から構成されている。また、V0≧V1≧V2≧V3≧V4≧V5を満足することから、図1Aに示した波形による駆動には、汎用のSTNドライバが使用できる。
図2Aのコモン電極に出力する波形に注目すると、この波形はリセット期間と書き換え期間からなる。リセット期間では、全コモン電極が一括して選択され、このときに全セグメント電極にON波形を出力するとパネルの表示エリア全体がプレーナー状態にリセットされる。また、全セグメント電極にOFF波形を出力するとパネルの表示エリア全体がフォーカルコニック状態にリセットされる。
一方、書き換え期間では、選択波形を出力したコモン電極が選択され、そのときにセグメント電極からON波形が印加された画素は、プレーナー状態となる。セグメント側からOFF波形が印加された画素は、フォーカルコニック状態になる。コモン電極の数がn本のパネルでは、書き換え期間にコモン電極に出力する波形は、1回の選択波形と(n−1)回の非選択波形からなる。選択波形をコモン電極毎に重複しないように、ずらしながら書き換えが行われる。
しかし、このような汎用のSTNドライバを使用したFCR駆動では、プレーナー配向状態の反射率の高い、高コントラストの見やすい実用的な表示を得るためには、各波形の幅を3msec以上に設定する必要があり、書き換え速度が遅いという欠点を有していた。
このような問題点を鑑みて、米国特許第5,748,277号明細書には、DDS(Dynamic Drive Scheme)法と名づけられた駆動方法が提案されている。図3に、DDS法の駆動電圧波形を示すが、液晶をホメオトロピック配向にするためのリセット期間、最終的な表示がプレーナー配向か、フォーカルコニック配向か、またはその中間状態かを決定する選択期間、選択期間で選択された状態を保持するための保持期間、および、単純マトリクス駆動をするために生じる非選択期間を有している。
一例として、コモン電極数が16本の単純マトリクスパネルを駆動させるために、コモン電極に印加される電圧のタイミング図を、図4に示す。コモン電極にはリセット期間,選択期間,保持期間,非選択期間に対応した電圧波形、すなわちリセット波形,選択波形,保持波形,非選択波形を、選択期間の長さ分ずらして順次コモン電極に印加していく。DDS法では、この選択期間を室温でも1msec以下にすることが可能であるので、DDS法は高速駆動に適した方法であるといえる。
ところで、図4のA区間に注目すると、コモン電極11〜16にはリセット波形を、コモン電極10には選択波形を、コモン電極4〜9には保持波形を、コモン電極1〜3には非選択波形を入力する必要がある。すなわち、コレステリック液晶パネルをDDS駆動するためコモン電極側に使用されるコモンドライバICには、同時にリセット波形,選択波形,保持波形,非選択波形の4種類の電圧波形を出力できる機能が要求される。
SID’97 Digest,899(1997)には、実際にDDS駆動を行う場合に、コレステリック液晶表示素子のコモン電極,セグメント電極に入力される波形が記載されている。その形状を図5A,図5Bに示す。図5Aは、コモン電極,セグメント電極に出力する波形およびその合成波形を示す図であり、図5Bは、コモン電極に入力される波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。図5Bによれば、コモン電極に入力されるリセット波形,選択波形,保持波形,非選択波形は、それぞれt1〜t4の4つのユニット期間からなるが、各ユニット期間毎に、常に4値の電圧が必要であることがわかる。
この方法では、各波形のt1〜t4の各ユニット期間毎に、常に同時に4値の電圧が供給できるドライバICが必要である。前述の通り、STNで使用されている汎用ドライバICは、通常、同時に出力できる電圧の値は2つである(2値出力)ため、DDS駆動を行うためには、専用のドライバICを作成する必要があった。
SID’02 Digest,546(2002)には、同時に出力する電圧値の数を減らす検討がされている。この場合に、コモン電極,セグメント電極に入力される波形を、図6A,図6Bに示す。コモン電極に入力される電圧は、3値に減らされている。これにより、ドライバICの面積を小さくすることができるので、コストダウンが可能であるが、t2〜t4のユニット期間では、3値の電圧が必要であるので、3値出力の専用のドライバICがやはり必要であった。
さらに、特開2001−228459号公報には、コモン電極に電圧を印加するコモン電極用ドライバの出力電圧を2値にする方法が開示されている。しかし、コレステリック液晶表示素子の表示内容の書き込みにはコモン電極側には3値の電圧を使用し、コモン電極側には電圧切り換え手段を設ける必要があった。
特開平11−326871号公報
米国特許第5748277号明細書
特開2001−228459号公報
SID’01 Digest882(2001)
SID’02 Digest546(2002)
これら従来のDDS駆動方法では、非選択期間に印加される電圧の高低がコレステリック液晶表示素子の表示品位に影響する。保持期間を経て決定されたコレステリック液晶の配向が、それに引き続く非選択期間に損なわれないように、非選択期間に印加する電圧を小さく設定しなければならない。非選択期間に印加する電圧を小さく設定すると、選択期間に印加されるコレステリック液晶をプレーナー配向へ導く波形と、フォーカルコニック配向へ導く波形の実効電圧の差も小さくする必要があり、コントラストの良好な表示を得にくくなる。したがって、実際のコレステリック液晶表示装置では、コレステリック液晶が保持期間を経てプレーナー配向状態になった画素の反射率は、程度の差はあるものの、非選択期間に低下していることが多い。すなわち、従来のDDS駆動方法では、コレステリック液晶表示素子が本来有する光学特性を、発揮できないという問題点があった。
SID’01 Digest, 882(2001)には、コレステリック液晶表示素子の表示エリア全面に対応するコレステリック液晶を一括してホメオトロピック配向にリセットした後、コモン電極を選択波形と保持波形のみで駆動する方法が記載されている。この方法によれば、非選択波形を含まないために、コレステリック液晶が保持期間を経てプレーナー配向になった画素の反射率が、非選択期間に低下するということはあり得ないので、コレステリック液晶表示素子が本来有する明るい表示を得ることができる。
この方法における、コモン電極に出力する選択波形,保持波形、およびセグメント電極に出力するON波形,OFF波形を、図7A,図7Bに示す。図7Aは、コモン電極,セグメント電極に出力する波形、およびそれらの合成波形を示す図、図7Bは、コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。コモン電極に出力する電圧、およびセグメント電極に出力する電圧は、VhおよびVlの2値である。
しかし、汎用のSTNドライバを使用した駆動を考慮すると、コモンモードでは任意の波形を出力することができないので、図7A,図7Bに示した波形を出力するためには、コモン電極側,セグメント電極側ともに、セグメントモードで対応しなければならない。
STNドライバのセグメントモードで対応する場合の設定電圧は、V3=Vh,V5=Vlとするか、V0=Vh,V2=Vlとするかのいずれかである。
STNドライバは、P−MOSトランジスタとN−MOSトランジスタで構成されており、V5,V3の切換えをN−MOSが受け持ち、V0,V2の切換えをP−MOSが受け持つ。構造上、P−MOS側は、低電圧対応を苦手とし、N−MOS側は、高電圧対応を苦手とする。V3がドライバの耐電圧の半分以下、または、V2がドライバの耐電圧の1/4以上がその目安である。V3がドライバの耐電圧の半分以上、または、V2がドライバの半分以下の場合には、出力波形が歪みやすく、パネルに表示を与える十分な電圧が伝えられなかったり、V0≧V1≧V2≧V3≧V4≧V5の上下関係が崩れる瞬間を作る原因となって、ドライバが破損したり機能しなかったり、駆動回路に負担をかけることになるという問題点があった。したがって、耐電圧がVhの2倍以上の駆動ドライバが必要になる。プレーナー配向状態の反射率の高い、高コントラストの見やすい表示を得るためにはVhを30V以上にする必要があることから、専用のドライバが必要になる。
本発明の目的は、コレステリック液晶表示素子が有する本来の光学特性を発揮できる駆動方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、STNの汎用ドライバICを使用してDDS駆動が可能なコレステリック液晶表示素子の駆動方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、STNの汎用ドライバICを使用したDDS駆動が可能なコレステリック液晶表示装置を提供することにある。
本発明の第1の態様は、互いに対向状態で交差する複数のコモン電極と複数のセグメント電極間に電圧を印加して、前記電極間に介在するコレステリック液晶をマトリクス駆動するコレステリック液晶表示素子の駆動方法である。この駆動方法によれば、全コモン電極および全セグメント電極に、コレステリック液晶をホメオトロピック配向状態にするためのリセット電圧を印加するリセットステップと、各コモン電極にコレステリック液晶の最終的な配向状態を選択するための選択パルス電圧の印加と選択パルス電圧の印加により選択された配向状態を保持するための保持パルス電圧の印加を順次行うとともに、セグメント電極にコレステリック液晶の最終的な配向状態をプレーナー配向状態に決定するON波形パルス電圧とコレステリック液晶の最終的な配向状態をフォーカルコニック配向状態に決定するOFF波形パルス電圧とを印加して表示内容を書き込むステップとを含み、選択パルス電圧および保持パルス電圧の印加期間を同一のユニット期間の同じ偶数和で構成するとともに、ON波形パルス電圧およびOFF波形パルス電圧の印加期間を同一のユニット期間の同じ偶数和で構成し、同時に印加する選択パルス電圧値および保持パルス電圧値を、各ユニット期間において常に2値となるように設定するか、または同時に印加するON波形パルス電圧値およびOFF波形パルス電圧値を、各ユニット期間において常に2値となるように設定する。
本発明の第2の態様は、コレステリック液晶表示装置である。この液晶表示装置は、対向配置された複数のコモン電極と複数のセグメント電極との各交差部で形成される画素と該画素部に存在するコレステリック液晶とを有するコレステリック液晶表示素子と、液晶表示素子のコレステリック液晶をホメオトロピック配向状態にするリセット電圧と、コレステリック液晶の最終的な配向状態を選択する選択パルス電圧と、選択パルス電圧の印加により選択された配向状態を保持する保持パルス電圧とを順次、各コモン電極からコレステリック液晶に印加するコモンドライバと、コレステリック液晶をホメオトロピック配向状態にするリセット電圧と、コレステリック液晶の最終的な配向状態をプレーナー配向状態に決定するON波形パルス電圧と、コレステリック液晶の最終的な配向状態をフォーカルコニック配向状態に決定するOFF波形パルス電圧を、各セグメント電極からコレステリック液晶に印加するセグメントドライバと、コモンドライバとセグメントドライバを制御するコントローラとを備え、コントローラは、選択パルス電圧および保持パルス電圧の印加期間を同一のユニット期間の同じ偶数和で構成するとともに、ON波形パルス電圧およびOFF波形パルス電圧の印加期間を同一のユニット期間の同じ偶数和で構成し、同時に印加する選択パルス電圧値および保持パルス電圧値を、各ユニット期間において常に2値となるように設定するか、同時に印加するON波形パルス電圧値およびOFF波形パルス電圧値を、各ユニット期間において常に2値となるように、コモンドライバおよびセグメントドライバを制御する。
以上のようなコレステリック液晶表示素子の駆動方法およびコレステリック液晶表示装置では、コモン電極への出力電圧をV0ボルト,V1ボルト,V4ボルト,V5ボルト(V0≧V1>V4≧V5)から選ばれた4値または2値とし、表示内容の書き込みを行うためのコモン電極に出力するパルス電圧の印加期間を、V0ボルトとV4ボルトの2値を選択して出力するユニット期間と、V1ボルトとV5ボルトの2値を選択して出力するユニット期間とで構成し、セグメント電極への出力電圧をV0ボルト,V2ボルト,V3ボルト,V5ボルト(V0>V2≧V3>V5)から選ばれた4値または2値とし、表示内容の書き込みを行うためのセグメント電極に出力するパルス電圧の印加期間を、V0ボルトとV2ボルトの2値を選択して出力するユニット期間と、V3ボルトとV5ボルトの2値を選択して出力するユニット期間とで構成するのが好適である。
これにより、汎用のSTNドライバの規則を満たすことができるので、STNの汎用ドライバICを使用してDDS波形を出力できる。
汎用のSTNドライバを使用して駆動する場合に、コモン電極側をドライバICのコモンモードで対応するために、選択パルス電圧とON波形パルス電圧とで合成される実効電圧と、選択パルス電圧とOFF波形パルス電圧とで合成される実効電圧とを等しくすると良い。これによって、コントローラから特別な制御をしなくとも、またコモン電極側に電圧の切換えスイッチを設置しなくても、保持パルス電圧とON波形パルス電圧とで合成される実効電圧と、保持パルス電圧とOFF波形パルス電圧とで合成される実効電圧とを等しくできるのでDDS駆動が可能になる。
さらに表示を得るためには、ON波形パルス電圧およびOFF波形パルス電圧の印加期間を構成するユニット期間の数を、選択パルス電圧の印加期間を構成するユニット期間の数の3〜10の整数倍に設定し、表示内容の書き込みを行うためのセグメント電極に出力するパルス電圧の印加期間を、V0ボルトとV2ボルトの2値を選択して出力するユニット期間と、V3とV5の2値を選択して出力するユニット期間とで構成するのが好適である。また、このようにすることによってコレステリック液晶表示素子の駆動電圧を下げることができる。
また、選択パルス電圧とOFF波形パルス電圧で合成される印加電圧が、0V以外の電圧が印加される期間を含むようにすると、選択パルス電圧とON波形パルス電圧とで合成される実効電圧と、選択パルス電圧とOFF波形パルス電圧とで合成される実効電圧とを等しくしなくとも、保持パルス電圧とON波形パルス電圧とで合成される実効電圧と、保持パルス電圧とOFF波形パルス電圧とで合成される実効電圧とを等しくできるので、より幅広い条件でコレステリック液晶表示素子に表示を得ることが可能である。
コモン電極への出力電圧を、V0=V1,V4=V5=0ボルトとする、0ボルトを含む2値とすることにより、駆動できるコモン電極数をさらに増やすことが可能となり、表示面積を拡大したり、画面の精細度を向上することができる。
本発明によれば、コモン電極に電圧を印加するコモン電極用ドライバの出力を2値以下に、セグメント電極に電圧を印加するセグメント電極用ドライバの出力を2値以下とする駆動が可能となった。したがって、汎用ドライバICを使用したDDS駆動が可能なコレステリック液晶表示装置を得ることができる。さらには、従来のDDS駆動方法が必要とした非選択期間を排除したため、コレステリック液晶が保持期間を経てプレーナー配向状態になった画素の反射率が、非選択期間に低下することがないので、コレステリック液晶表示素子が本来有する明るい表示が可能になった。
図8は、本発明のコレステリック液晶表示装置の構成を示す概略図である。本発明のコレステリック液晶表示装置は、コレステリック液晶を互いに対向状態で交差する複数のコモン電極COM1,COM2,…と、複数のセグメント電極SEG1,SEG2,…とでマトリクス駆動するコレステリック液晶表示素子10と、本発明の駆動方法で表示内容の書込みを行う機構とを具備したものである。この機構は、コモンドライバ12,セグメントドライバ14,コントローラ16,電源18により構成されている。
コレステリック液晶表示素子10のコモン電極はコモンドライバ12の出力端子に接続され、セグメント電極はセグメントドライバ14の出力端子に接続されている。コントローラ16から与えられたデータに基づき、コモンドライバ12からコモン電極COM1,COM2,…に、セグメントドライバ14からセグメント電極SEG1,SEG2,…にそれぞれ電圧が印加される。液晶表示素子の画素にはそれらの電圧の差が印加される。
図9は、本発明のコレステリック液晶表示装置に使用されるコレステリック液晶表示素子10の概略図である。図9において、基板1としては、石英ガラス,SiO2 膜等のアルカリイオン溶出防止膜が形成されたソーダライムガラス,ポリエーテルスルフォン,ポリエチレンテレフタレート等のプラスチックフィルム、ポリカーボネート等のプラスチック基板が挙げられる。
基板1に、電極2,電気絶縁膜3および配向膜4をこの順に積層し、電極2を、複数の直線状の電極にパターニングし、透明基板を作る。このような2枚の透明基板を電極が交差するようにメインシール5で貼り合わせ、メインシールで仕切られたスペース内に、コレステリック液晶6を封じ込める。
ここで、電極2としては、ITO(Indium Tin Oxide)が好適であるが、他にSnO2 などの導電性金属酸化物や、ポリピロールやポリアニリン等の導電性樹脂などの導電性材料でも良い。
電気絶縁膜3は、SiO2 ,TiO2 等の絶縁材料が好適である。電気絶縁膜は、対向する電極間のショートを防止するために設けるもので必ずしも必要ではない。
配向膜4としては、ポリイミド樹脂が好適であるが、含珪素,含フッ素,含窒素系の表面改質剤や樹脂を使用してもよい。
コレステリック液晶6は、正の誘電異方性を有するネマティック液晶と10〜50重量%のカイラル剤とからなるもの好適である。使用するネマティック液晶としては、特に限定しないが、その一例としてシアノビフェニル型,フェニルシクロヘキシル型,フェニルベンゾエート型,シクロヘキシルベンゾエート型,トラン型等の液晶が挙げられる。
コレステリック液晶は、高分子マトリクス中に分散したものやカプセル化したものでもよい。コレステリック液晶の選択反射波長は可視域にあるものだけではなく、赤外域にあってもよい。
観察側と反対面には、光吸収膜7を形成してもよい。光吸収膜の色については、特に限定はしないが、黒または青が好まれる。
また、光吸収膜7の代わりに反射板、偏向板、位相差板などの光学フィルムを貼ってもよい。
観察側の面には、偏向板、位相差板、紫外線カット等の機能を有する光学フィルムを貼ってもよい。
以下、実施例を用いて、本発明を具体的に説明する。
本実施例において、コモン電極に出力する選択波形,保持波形、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形を、図10A,図10Bに示す。図10Aは、コモン電極に出力する波形、セグメント電極に出力する波形と、その合成波形を示す図である。図10Bは、コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
図10Bにおいて、コモン電極に出力する選択波形,保持波形は、T1とT2の2つのユニット期間からなり、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形は、t1〜t6のユニット期間からなる。t1〜t6のユニット期間の波形は、すべて同じ長さ(1.2msec)である。
コモン電極に出力する波形は、全部で2値の電圧(V0=30V,V1=30V,V=0V,V5=0V)で構成されているが、ユニット期間T1はV5とV1の2値の電圧で、ユニット期間T2はV0とV4の2値の電圧で構成されている。したがって、コモンドライバ12には2値出力のものを用いることができる。同時に出力する2つの電圧は、STNドライバのコモンモードで使用する規則に当てはまっている。
一方、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形とも3値の電圧(V0=30V,V2=V3=15V,V5=0V)で構成されているが、ユニット期間t1およびt3はV5とV3であり、ユニット期間t4およびt6はV2とV0であり、ユニット期間t2はON波形,OFF波形ともV5であり、ユニット期間t5はON波形,OFF波形ともV0である。ユニット期間t1,t3,t4,t6は、2値の電圧からなっているので、セグメントドライバ14には、出力が2値以下のドライバを用いることができる。同時に出力する2つの電圧は、STNドライバのセグメントモードで使用する規則に当てはまっている。また、V0,V1,V2,V3,V4,V5の大小関係は、STNドライバを使用する規則に当てはまっている。
図10Bに示すように、セグメント電極に出力する波形のユニット数は、コモン電極に出力する波形ユニット数の3倍である。
また、図10Aに示すように、選択波形とON波形の合成波形の実効電圧は、選択波形とOFF波形の合成波形の実効電圧に等しく設定することによって、保持波形とON波形の合成波形の実効電圧と保持波形とOFF波形の合成波形の実効電圧を等しくできるので、コモン電極数の多い表示にも追従できる。
図11A,図11B,図11Cに、図10A,図10Bに示した各電圧波形でコレステリック液晶表示素子のマトリクス駆動を行うために、各コモン電極,各セグメント電極に実際に出力する電圧波形の一例を示す。
まず、全コモン電極を一括して選択して、表示エリア全面をホメオトロピック状態にリセットする。このとき、全コモン電極および全セグメント電極に、一括してリセット波形を印加する。引き続いてFCR駆動と同じ要領で、各コモン電極には、選択波形がその長さ分ずれて印加されるように、選択波形と保持波形からなる駆動電圧波形を印加する。最後のコモン電極に選択波形が印加された後もしばらくの間は、保持波形を印加する。一方、各セグメント電極には表示内容に応じてON波形,OFF波形を配置した駆動電圧波形を印加する。
電圧波形を簡単にするために図11Aでは、最後のコモン電極に選択波形が印加された後に続く保持期間を、保持波形3回分としているが、本発明はこれに限定されるものではない。
液晶表示素子の画素には、コモン電極に出力する波形と、セグメント電極に出力する波形との差が出力される。一例として、図11Aの(COM2,SEG3)、(COM3,SEG2)の各画素に印加される電圧波形を図12A,図12Bに示す。図12Aの波形は、(COM2,SEG3)の画素に印加される電圧波形を、図12Bの波形は、(COM3,SEG2)の画素に印加される電圧波形を示す。
図11Aでは、コモン電極が4本、セグメント電極が3本のマトリクス構造を示したが、本発明では電極の本数はこれに限定されない。コレステリック液晶はメモリ性を有するので、理論上コモン電極数,セグメント電極数に制限はない。
以下にさらに具体例を説明する。コレステリック液晶表示素子10として、0.7gの大日本インキ化学工業製ネマティック液晶RPD−84202に、0.2gのメルク社製カイラル剤CB−15と、0.1gの旭電化工業社製カイラル剤CNL−617Rとを混合して得たコレステリック液晶を使用して、図9に示すコレステリック液晶表示素子を作成した。液晶層の厚みは4.5μmである。
得られたコレステリック液晶表示素子に、図10Aに示す電圧波形を用いて形成された表1に示すDDS駆動電圧波形を、図13に示すように印加した。図13には、リセット期間終了後、前保持期間,選択期間,後保持期間に、保持波形,選択波形,保持波形が複数回繰り返し印加される状態を示しており、表1には、印加波形A〜Lのそれぞれについて、リセット条件、および、前保持期間,選択期間,後保持期間の各期間の波形繰り返し回数およびセグメント電極へのON波形,OFF波形の印加の状態を示している。
印加波形A〜Lをわかりやすく示すものが図14A〜図14Lである。これら波形では、リセット波形の周波数と、コモン電極に出力する選択波形および保持波形の周波数とを同じ設定にしてあるが、リセット期間が、マトリクス駆動と分離されているので、リセット波形は任意の周波数にすることができる。
このようなDDS駆動電圧波形を液晶表示素子10に印加し、液晶表示素子を表示した結果(視感反射率)を、表1に示している。
いずれの印加波形A〜Lの場合も、選択波形の入力時にON波形を入力すると、コレステリック液晶はプレーナー配向状態に、OFF波形を入力するとフォーカルコニック配向状態になった。プレーナー状態の視感反射率は18%前後、フォーカルコニック状態は3%程度であり、コントラスト約6であった。
本実施例によれば、図10Aに示した電圧波形を用いることによって、液晶表示素子を良好なコントラストで駆動することができる。
さらに、本実施例によれば、通常のDDS駆動方法が必要とした非選択期間を排除したため、コレステリック液晶が保持期間を経てプレーナー配向状態になった画素の反射率が、非選択期間に低下することがない。
本実施例では、図15A,図15Bに示した電圧波形を用いる。図15Bにおいて、コモン電極に出力する選択波形,保持波形は、T1とT2の2つのユニット期間からなり、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形は、t1〜t10のユニット期間からなる。これらt1〜t10のユニット期間の波形は、すべて同じ長さ(1msec)である。
コモン電極に出力する波形は、全部で2値の電圧(V0=V1=30V,V4=V5=0V)で構成されているが、ユニット期間T1がV5とV1の2値の電圧で、ユニット期間T2は、V0とV4の2値の電圧で構成されている。したがって、コモンドライバ12には2値出力のものを用いることができる。同時に出力する2つの電圧は、STNドライバのコモンモードで使用する規則に当てはまっている。
一方、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形とも4値の電圧(V0=30V,V2=16V,V3=14V,V5=0V)で構成されているが、ユニット期間t1〜t4はV5とV3であり、ユニット期間t7〜t10はV2とV0であり、ユニット期間t5は、ON波形,OFF波形ともV5であり、ユニット期間t6はON波形,OFF波形ともV0である。ユニット期間t1〜t4およびt7〜t10は、2値の電圧からなっているのでセグメントドライバ14には、出力が2値以下のドライバを用いることができる。同時に出力する2つの電圧は、STNドライバのセグメントモードで使用する規則に当てはまっている。また、V0,V1,V2,V3,V4,V5の大小関係は、STNドライバを使用する規則に当てはまっている。
図15Bに示すように、セグメント電極に出力する波形のユニット数は、コモン電極に出力する波形のユニット数の5倍である。
また、図15Aに示すように、選択波形とON波形の合成波形の実効電圧は、選択波形とOFF波形の合成波形の実効電圧に等しい。
以上の電圧波形を用いて、図13に示すようにコレステリック液晶表示素子に実際に出力したDDS駆動電圧波形、および視感反射率測定結果を表2に示す。
いずれの印加波形A〜Lの場合も、選択波形の入力時にON波形を入力すると、コレステリック液晶はプレーナー配向状態に、OFF波形を入力するとフォーカルコニック配向状態になった。プレーナー状態の視感反射率は18%前後、フォーカルコニック状態は3%程度であり、コントラスト約6であった。
本実施例によれば、図15Aに示した電圧波形を用いることによって、液晶表示素子を良好なコントラストで駆動することができる。
また、実施例1と同様、本実施例によれば、従来のDDS駆動方法が必要とした非選択期間を排除したため、コレステリック液晶が保持期間を経てプレーナー配向状態になった画素の反射率が、非選択期間に低下するということはない。
さらに具体例を説明する。実施例1で使用した液晶表示素子にNOVATEK MICROELECTRONICS社製のコモン,セグメント兼用STNドライバNT7705を実装し、図8に示すコレステリック液晶表示装置を作成し、上記と全く同じ電圧設定および電圧波形で、液晶表示素子の駆動を行った。液晶表示素子のコモン電極は480本、セグメント電極は640本である。液晶表示素子には、コントラストの良好な表示が得られた。
本実施例では、図16A,図16Bに示した電圧波形を用いる。図16Aは、コモン電極,セグメント電極に出力波形と、それらの合成波形とを示す図、図16Bは、コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
図16Bにおいて、コモン電極に出力する選択波形,保持波形は、T1とT2の2つのユニット期間からなり、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形は、t1〜t10のユニット期間からなる。これらt1〜t10のユニット期間の波形は、すべて同じ長さ(1.5msec)である。
コモン電極に出力する波形は、全部で4値の電圧(V0=34V,V1=30V,V4=4V,V5=0V)で構成されているが、ユニット期間T1がV5とV1の2値の電圧で、ユニット期間T2は、V0とV4の2値の電圧で構成されている。したがって、コモンドライバ12には2値出力のものを用いることができる。同時に出力する2つの電圧は、STNドライバのコモンモードで使用する規則に当てはまっている。
一方、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形とも4値の電圧(V0=34V,V2=20V,V3=14V,V5=0V)で構成されているが、ユニット期間t1〜t4はV5とV3であり、ユニット期間t7〜t10はV2とV0であり、ユニット期間t5は、ON波形,OFF波形ともV5であり、ユニット期間t6はON波形,OFF波形ともV0である。ユニット期間t1〜t4およびt7〜t10は、2値の電圧からなっているのでセグメントドライバ14には、出力が2値以下のドライバを用いることができる。同時に出力する2つの電圧は、STNドライバのセグメントモードで使用する規則に当てはまっている。
また、V0,V1,V2,V3,V4,V5の大小関係は、STNドライバを使用する規則に当てはまっている。
このように、V0,V1,V2,V3,V4,V5を設定することによって、コモン電極に出力する波形と、セグメント電極に出力する波形の各合成波形は、図15Aに示した実施例2と全く同じである。
オシロスコープでコモン電極,セグメント電極に出力された波形を調べた結果、セグメント電極に出力した波形にはON波形,OFF波形とも問題はなかったが、コモン電極に出力した保持波形のV4電圧が数ボルト低下していた。この結果、パネル全面について表示のコントラストが実施例1に比較して劣っていた。
保持期間中に液晶表示素子には、コモン電極から保持波形が、セグメント電極からON波形またはOFF波形が印加されるが、セグメント電極から大きな電圧V0=34Vが印加されるときには、コモン電極から小さな電圧V4=4Vが印加される。その差が大きいので保持期間が長いと、液晶表示素子に大きな電気が蓄えられ、コモンドライバがV1からV4に電圧を切換えたときに、その電気がコモン電極からコモンドライバへと逆流するのでV4が低下する。一方、コモン電極から大きな電圧V1=30Vが印加されるときには、セグメント電極はV5=0Vで接地されているので、液晶表示素子に大きな電気が蓄えられてもセグメントドライバがV0からV5に電圧を切換えたときに、その電気がセグメント電極からコモンドライバを通って接地点に流れるので、V5に変化はない。
したがって、保持期間を長くするような、コモン電極数の多い液晶表示素子には、コモン電極に出力する波形は、全部で2値の電圧(V0=V1=30V,V4=V5=0V)とし、V4とV5をアースする必要がある。
本実施例では、図17A,図17Bに示した電圧波形を用いる。図17Aは、コモン電極,セグメント電極に出力波形と、それらの合成波形とを示す図、図17Bは、コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
図17Bにおいて、コモン電極に出力する選択波形,保持波形は、t1〜t4の4つのユニット期間からなり、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形は、t1〜t4のユニット期間からなる。これらの波形は、すべて同じ長さ(1.7msec)である。
コモン電極に出力する波形は、全部で2値の電圧(V0=V1=32V,V4=V5=0V)で構成されているが、ユニット期間t4はV5とV1の2値の電圧で、ユニット期間t3はV0とV4の2値の電圧で構成されている。またユニット期間t1は、選択波形,保持波形ともV4であり、ユニット期間t2は、選択波形,保持波形ともV1である。したがって、コモンドライバ12には2値出力のものを用いることができる。同時に出力する2つ電圧は、STNドライバのコモンモードで使用する規則にあてはまっている。
一方、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形とも3値の電圧(V0=32V,V2=V3=16V,V5=0V)で構成されているが、ユニット期間t2,t4はV5とV3であり、ユニット期間t1,t3はV2とV0である。したがって、セグメントドライバ14には、出力が2値のドライバを用いることができる。同時に出力する2つの電圧は、STNドライバのセグメントモードで使用する規則にあてはまっている。
また、V0,V1,V2,V3,V4,V5の大小関係は、STNドライバを使用する規則にあてはまっている。
図17Aに示すように、選択波形とOFF波形の合成波形に0V以外の期間を設けることによって、保持波形とON波形の合成波形の実効電圧と、保持波形とOFF波形の合成波形の実効電圧を等しくすることができるので、DDS駆動が可能になる。
以上の電圧波形を用いて、図13に示すようにコレステリック液晶表示素子に実際に出力したDDS駆動電圧波形、および視感反射率測定結果を表3に示す。
いずれの印加波形A〜Lの場合も、選択波形の入力時にON波形を入力すると、コレステリック液晶はプレーナー配向状態に、OFF波形を入力するとフォーカルコニック配向状態になった。プレーナー状態の視感反射率は18%前後、フォーカルコニック状態は3%程度であり、コントラスト約6であった。
本実施例によれば、図17Aに示した電圧波形を用いることによって、液晶表示素子を良好なコントラストで駆動することができる。
また、実施例1と同様、本実施例によれば、従来のDDS駆動方法が必要とした非選択期間を排除したため、コレステリック液晶が保持期間を経てプレーナー配向状態になった画素の反射率が、非選択期間に低下するということはない。
FCR駆動を行う場合に、コレステリック液晶パネルのコモン電極,セグメント電極に入力される電圧波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
図1A,図1Bに示した各波形でコレステリック液晶表示素子のマトリクス駆動を行うために、各コモン電極,各セグメント電極に出力する電圧波形の一例を示す図である。
図2Aの各コモン電極に出力する電圧波形を示す図である。
図2Aの各セグメント電極に出力する電圧波形を示す図である。
DDS法の駆動電圧波形を示す図である。
コモン電極に印加される電圧のタイミング図である。
実際にDDS駆動を行う場合に、コレステリック液晶パネルのコモン電極,セグメント電極に入力される電圧波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
実際にDDS駆動を行う場合に,コレステリック液晶パネルのコモン電極、セグメント電極に入力される電圧波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
実際にDDS駆動を行う場合に,コレステリック液晶パネルのコモン電極、セグメント電極に入力される電圧波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
本発明のコレステリック液晶表示装置の構成を示す概略図である。
本発明のコレステリック液晶表示装置に使用されるコレステリック液晶表示素子の概略図である。
本発明の実施例1におけるコモン電極に出力する選択波形、保持波形、セグメント電極に出力するON波形,OFF波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
図10A,図10Bに示した各波形でコレステリック液晶表示素子のマトリクス駆動を行うために、各コモン電極、各セグメント電極に出力する電圧波形の一例を示す図である。
図11Aの各コモン電極に出力する電圧波形を示す図である。
図11Aの各セグメント電極に出力する電圧波形を示す図である。
図11Aの画素に印加される電圧波形を示す図である。
図11Aの画素に印加される電圧波形を示す図である。
液晶表示素子に印加した電圧波形の概略図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
実施例1において、液晶表示素子に印加した電圧波形を示す図である。
コレステリック液晶パネルのコモン電極,セグメント電極に入力される電圧波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
コレステリック液晶パネルのコモン電極,セグメント電極に入力される電圧波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
コレステリック液晶パネルのコモン電極,セグメント電極に入力される電圧波形を示す図である。
コモン電極に出力する波形とセグメント電極に出力する波形を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。
符号の説明
1 基板
2 電極
3 電気絶縁膜
4 配向膜
5 メインシール
6 コレステリック液晶
7 光吸収膜
10 コレステリック液晶表示素子
12 コモンドライバ
14 セグメントドライバ
16 コントローラ
18 電源