JP2017078828A - 液晶駆動装置及び液晶駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高分子ネットワーク型液晶(PN-LC)の駆動で消費電力をより低減させること。
【解決手段】第１及び第２の基板と、第１の基板に設けられたコモン電極と、第２の基板に設けられたセグメント電極と、第１及び第２の基板間に封入された高分子ネットワーク(ＰＮ)型液晶層とを有するPN-LCにおいて、コモン／セグメント電極間をオン駆動する際（Ａ）に、コモン電極を駆動する矩形波電圧（Ａ−１）に対し、セグメント電極を駆動する矩形波電圧（Ａ−２）を逆位相とし、且つ微小時間Δｔだけ前または後にずらして印加する駆動回路を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、特にポリマーネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）に好適な液晶駆動装置及び液晶駆動方法に関する。

図４は、ポリマーネットワーク型液晶１０の概略構成を示す断面図である。同図で、１１，１２はガラス基板、１３，１３，‥‥はガラス基板１１に形成された透明電極によるセグメント電極、１４はガラス基板１２に形成された透明電極によるコモン電極、１５は上記ガラス基板１１，１２間に封入されたポリマーネットワーク型液晶層である。

セグメント電極１３，１３，‥‥に信号が印加されていないオフ状態では、各セグメント電極１３とコモン電極１４間の画素領域でポリマーネットワーク型液晶層１５中の液晶分子の方向が不規則な状態となって透過光を錯乱させ、不透明となる。

一方で、セグメント電極１３に信号を印加するオン状態では、当該セグメント電極１３とコモン電極１４間の画素領域でポリマーネットワーク型液晶層１５中の液晶分子の方向が電界方向に配列して透過光のほとんどを通過させ、透明となる。

図５は、上記セグメント電極１３，１３，‥‥、コモン電極１４に対する駆動回路の原理構成を示す。電源ＰＳが供給する電力が、スイッチＳＷｃ，ＳＷｓ１，‥‥を介して上記コモン電極１４、セグメント電極１３，１３，‥‥に並列に与えられる。各スイッチＳＷｃ，ＳＷｓ１，‥‥は、その断続動作によりコモン電極１４、セグメント電極１３，１３，‥‥に与える電力の波形の正転／反転を切換える構成となっている。

図６は、コモン電極１４と任意のセグメント電極１３に印加される電圧波形を例示するもので、図６（Ａ）がセグメント電極１３がオンの場合、図６（Ｂ）がセグメント電極１３がオフの場合である。

図６（Ａ−１）に示すように、コモン電極１４には例えば周波数ｆ＝３２［Ｈｚ］程度となる波高値Ｖｏｐの矩形波が印加される。セグメント電極１３をオンさせる場合、図６（Ａ−２）に示すように、上記コモン電極１４への矩形波を反転した電圧が当該セグメント電極１３に印加される。

その結果、セグメント電極１３とコモン電極１４間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層１５には、図６（Ａ−３）に示すようにコモン電極１４への印加電圧と同様の波形で、電圧−Ｖopから＋Ｖopに渡る波高値が２倍の２Ｖopとなる波形の電圧が印加されることになる。

一方で、図６（Ｂ）に示すセグメント電極１３がオフの場合、図６（Ｂ−１）に示すようにコモン電極１４に印加される矩形波の電圧に対し、図６（Ｂ−２）に示すようにセグメント電極１３には上記コモン電極１４への矩形波と同様の矩形波の電圧が印加される。

したがって、セグメント電極１３とコモン電極１４間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層１５に印加される電圧は、図６（Ｂ−３）に示すようにＧＮＤレベルでフラットな波形となり、結果として両電極間には電界が生じず、上述したようにポリマーネットワーク型液晶層１５は不透明となる。

ポリマーネットワーク型液晶１０の電力消費の主要因は、セグメント電極１３，１３，‥‥がオンとなるときのコモン電極１４とセグメント電極１３，１３，‥‥間の容量に応じた充放電電流である。

図７を用いて上記セグメント電極１３をオンする場合の具体的な消費電流について説明する。図７（Ａ）はコモン電極１４に印加される電圧波形、図７（Ｂ）はセグメント電極１３に印加される電圧波形であり、図７（Ｃ）は一対のコモン電極１４、セグメント電極１３における電荷の移動を示す図である。

同図（Ｃ）に示すように、一周期「１／ｆ［sec］」の間、タイミングｔ１とｔ２の２回に渡って、電荷が−Ｑから＋Ｑまで２Ｑ分、電源ＰＳから液晶１０の画素電極間で移動する。

そのため、
消費電流Ｉ＝ｄ(４Ｑ)／ｄｔ …(1)
となり、コモン／セグメント間の容量をＣとすると、
Ｑ＝Ｃ＊Ｖop …(2)
となる。したがって、上記式（１）及び式（２）から、
Ｉ＝４ｆ＊Ｃ＊Ｖop …(3)
となる。この消費電流Ｉを、上記式（３）で示す内容よりもさらに削減する手法が求められている。

ところで特許文献１には、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｅｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）において広い温度範囲での中間調表示を行なう技術が記載されている。

特開２０１３−２５７５２２号公報

上記特許文献１に記載された技術を含めて、ポリマーネットワーク型液晶は、例えば一眼レフレックスカメラのファインダ等、ユーザが携帯して使用する機器に組込まれることが多く、液晶の駆動に要する消費電力はより低い方が望ましい。

本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、容量に制限のある電源を有効に活用するべく、液晶の駆動に要する消費電力をより低減させることが可能なポリマーネットワーク型の液晶駆動装置及び液晶駆動方法を提供することにある。

本発明の一態様は、第１及び第２の基板と、上記第１の基板の上記第２の基板側に設けられた第１の対向電極と、上記第２の基板の上記第１の基板側に設けられた第２の対向電極と、上記第１及び第２の基板間に封入された高分子ネットワーク型液晶層と、上記第１及び第２の対向電極間をオン駆動する際に、第１の対向電極を駆動する矩形波電圧に対し、上記第２の対向電極を駆動する矩形波電圧を逆位相とし、且つ微小時間Δｔだけ前または後にずらして印加する駆動回路とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、容量に制限のある電源を有効に活用するべく、液晶の駆動に要する消費電力をより低減させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る液晶駆動装置の主として駆動制御系の構成を示す図。 同実施形態に係るコモン電極とセグメント電極に印加される電圧波形を例示する図。 同実施形態に係るセグメント電極をオンする場合の具体的な消費電流について説明する図。 ポリマーネットワーク型液晶の概略構成を示す断面図。 セグメント電極とコモン電極に対する駆動回路の原理構成を示す図。 コモン電極とセグメント電極に印加される電圧波形を例示する図。 セグメント電極をオンする場合の具体的な消費電流について説明する図。

以下、実施形態について図面を参照して説明する。但し、図面は模式的または概念的なものであり、各図面の寸法及び比率などは必ずしも現実のものと同一とは限らないことに留意するべきである。また図面の相互間で同じ部分を表す場合においても、互いの寸法の関係や比率が異なって表される場合もある。特に、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置及び方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行なう。

［液晶駆動装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る液晶駆動装置２０の主として駆動制御系の構成を示す図である。同図で、電源からの電圧Ｖop及びＧＮＤレベルのいずれかがスイッチＳＷｃ，ＳＷｓ１，‥‥，ＳＷｓｎを介してコモン電極、セグメント電極に与えられる。

図中の２１は、上記スイッチＳＷｃ，ＳＷｓ１，‥‥，ＳＷｓｎをオン／オフ駆動するための駆動周波数信号を発信する駆動周波数発振回路である。この駆動周波数発振回路２１が発振する駆動周波数信号が矩形波であり、当該矩形波の信号が、コモン電極のための上記スイッチＳＷｃに直接与えられる他、セグメント電極のためのオン／オフ選択回路２２ｓ１，‥‥，２２ｓｎに並列にオフ信号として与えられる。

さらに駆動周波数発振回路２１が発振する駆動周波数信号は、インバータ２３で極性が反転された上で、位相ずらし回路２４により矩形波の位相を後述する微小時間Δｔ分だけ前、または後ろにずらす加工がなされた後に、オン信号として上記オン／オフ選択回路２２ｓ１，‥‥，２２ｓｎに並列に与えられる。
本実施形態では、位相ずらし回路２４がインバータ２３からの極性を反転した駆動周波数信号を、微小時間Δｔ分だけ前にずらすものとする。

上記オン／オフ選択回路２２ｓ１，‥‥，２２ｓｎはそれぞれ、該当するセグメント電極のオン／オフに応じて、駆動周波数発振回路２１から直接与えられるオフ信号、またはインバータ２３、及び位相ずらし回路２４を経て極性が反転され、位相がずらされたオン信号のいずれかを選択して、当該セグメント電極に印加する。

［液晶駆動装置の動作］
図２は、コモン電極とセグメント電極に印加される電圧波形を例示するもので、図２（Ａ）がセグメント電極がオンの場合、図２（Ｂ）がセグメント電極がオフの場合である。

図２（Ａ−１）に示すように、上記駆動周波数発振回路２１からスイッチＳＷｃへの駆動周波数信号のスイッチング制御に基づいて、コモン電極には例えば周波数ｆ＝３２［Ｈｚ］程度となる波高値Ｖｏｐの矩形波が印加される。

セグメント電極をオンさせる場合、上記位相ずらし回路２４が出力するオン信号を上記オン／オフ選択回路２２ｓｘ（ｘ＝１，‥‥，ｎ）で選択して該当するセグメント電極のスイッチング制御を行なうことで、図２（Ａ−２）に示すように、コモン電極への矩形波を反転し、且つ微小時間Δｔ分だけ前にずれた電圧が当該セグメント電極１３に印加される。

この場合、上記位相ずらし回路２４が実行する位相ずらし処理は、具体的にはインバータ２３の出力を「１／ｆ−Δｔ」時間分遅延させることで、結果としてオフ信号の極性を反転した結果に対して、時間Δｔ分だけ前にずらしたオン信号を生成することになる。

その結果、セグメント電極とコモン電極間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層には、図２（Ａ−３）に示すような、時間ΔｔのタイミングにＧＮＤレベルで階段状となる、電圧−Ｖopから＋Ｖopに渡る波形の電圧が印加されることになる。

一方で、図２（Ｂ）に示すセグメント電極がオフの場合、図２（Ｂ−１）に示すようにコモン電極に印加される矩形波の電圧に対し、図２（Ｂ−２）に示すようにセグメント電極にもコモン電極への矩形波と同様の矩形波の電圧が印加される。

したがって、セグメント電極とコモン電極間の画素領域に位置するポリマーネットワーク型液晶層に印加される電圧は、図２（Ｂ−３）に示すようにＧＮＤレベルでフラットな波形となり、結果として両電極間には電界が生じず、上述したようにポリマーネットワーク型液晶層は不透明となる。

図２を用いて上記セグメント電極１３をオンする場合の具体的な消費電流について説明する。図２（Ａ）はコモン電極に印加される電圧波形、図２（Ｂ）はセグメント電極に印加される電圧波形であり、図２（Ｃ）は一対のコモン電極、セグメント電極における電荷の移動を示す図である。

同図（Ｃ）に示すように、一周期「１／ｆ［sec］」の当初のタイミングｔ12から微小時間Δｔ分遡ったタイミングｔ11以前においては、コモン電極の電位がＧＮＤ、セグメント電極の電位がＶopとなっており、図３（Ｃ−１）に示すようにコモン側の電荷が−Ｑ、セグメント側の電荷が＋Ｑとなっている。

タイミングｔ11からｔ12に至る間の微小時間Δｔにおいて、コモン電極とセグメント電極の電位が共にＧＮＤとなり、図３（Ｃ−２）に示すように電位差がなくなるために両電極の電荷が中和されて「０」となる。

さらにタイミングｔ12以後、セグメント電極の変化に遅れてコモン電極に電圧Ｖopが印加されると、図３（Ｃ−３）に示すようにコモン電極の電位がＶop、セグメント電極の電位はＧＮＤであるため、コモン側の電荷が＋Ｑ、セグメント側の電荷が−Ｑとなる。
このとき、電源と液晶の画素電極間で電荷が０から＋ＱまでＱ分、移動する。

さらにタイミングｔ13からｔ14に至る間の微小時間Δｔにおいて、今度はコモン電極とセグメント電極の電位が共にＶopとなると、図３（Ｃ−４）に示すように再び電位差がなくなるために両電極の電荷が中和されて「０」となる。

さらにタイミングｔ14以後、セグメント電極の変化に遅れてコモン電極がＧＮＤとなると、図３（Ｃ−５）に示すようにセグメント電極の電位がＶop、コモン電極の電位はＧＮＤであるため、セグメント側の電荷が＋Ｑ、コモン側の電荷が−Ｑとなる。
このとき、電源と液晶の画素電極間で電荷が０から＋ＱまでＱ分、移動する。

このように、タイミングｔ11からｔ15に渡る周期１／ｆの間、２回に渡って電荷が０から＋ＱまでＱ分、電源から液晶の画素電極間で移動する。

そのため、
消費電流Ｉ＝ｄ(２Ｑ)／ｄｔ …(4)
となり、コモン／セグメント間の容量をＣとすると、
Ｑ＝Ｃ＊Ｖop …(5)
であるから、上記式（１１）及び式（１２）から、
Ｉ＝２ｆ＊Ｃ＊Ｖop …(6)
となる。この式（６）における消費電流Ｉは、上記式（３）で示した電流Ｉの１／２となる。

なお上記微小時間Δｔは、コモン電極とセグメント電極間の静電容量Ｃに応じた充放電時間よりは長い値に設定されるもので、上記両電極が同電位となった場合に、両電極の電荷が移動して確実に中和する時間として与えられる。

また上記実施形態では、上記位相ずらし回路２４により、コモン電極に印加する電圧の変化に比して、セグメント電極に印加する電圧の変化の位相を上記微小時間Δｔ分だけ前にずらすものとして説明したが、後ろにずらすものとしても良い。その場合、上記位相ずらし回路２４は、入力信号を微小時間Δｔ分だけ遅延する遅延回路で構成される。

［液晶駆動装置の効果］
以上詳述した如く本実施形態によれば、容量に制限のある電源を有効に活用するべく、液晶の駆動に要する消費電力を大幅に低減させることが可能となる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態で実行される機能は可能な限り適宜組み合わせて実施しても良い。上述した実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件による適宜の組み合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、効果が得られるのであれば、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…ポリマーネットワーク型液晶、
１１，１２…ガラス基板、
１３…セグメント電極
１４…コモン電極、
１５…ポリマーネットワーク型液晶層、
２０…液晶駆動装置、
２１…駆動周波数発振回路、
２２ｓ１，２２ｓｎ…オン／オフ選択回路、
２３…インバータ、
２４…位相ずらし回路、
ＰＳ…電源、
ＳＷｃ，ＳＷｓ１，ＳＷｓｎ…スイッチ。

Claims (4)

1. 第１及び第２の基板と、
   上記第１の基板の上記第２の基板側に設けられた第１の対向電極と、
   上記第２の基板の上記第１の基板側に設けられた第２の対向電極と、
   上記第１及び第２の基板間に封入された高分子ネットワーク型液晶層と、
   上記第１及び第２の対向電極間をオン駆動する際に、第１の対向電極を駆動する矩形波電圧に対し、上記第２の対向電極を駆動する矩形波電圧を逆位相とし、且つ微小時間Δｔだけ前または後にずらして印加する駆動回路と
   を備えることを特徴とする液晶駆動装置。
2. 上記駆動回路は、上記微小時間Δｔの期間に上記第１及び第２の電極間で電荷の中和を行なってから両電極間に電圧を印加することを特徴とする請求項１記載の液晶駆動装置。
3. 上記微小時間Δｔは、上記第１及び第２の電極間の静電容量による充放電時間より長い時間であることを特徴とする請求項１記載の液晶駆動装置。
4. 第１及び第２の基板と、上記第１の基板の上記第２の基板側に設けられた第１の対向電極と、上記第２の基板の上記第１の基板側に設けられた第２の対向電極と、上記第１及び第２の基板間に封入された高分子ネットワーク型液晶層とを備えた装置での液晶駆動方法であって、
   上記第１及び第２の対向電極間をオン駆動する際に、第１の対向電極を駆動する矩形波電圧に対し、上記第２の対向電極を駆動する矩形波電圧を逆位相とし、且つ微小時間Δｔだけ前または後にずらして印加することを特徴とする液晶駆動方法。