JP4073514B2 - 液晶ディスプレイ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスメクチック相を示す液晶を液晶層とし、マトリックス状の画素を有する液晶表示パネルや液晶光シャッターアレイ等の液晶表示ディスプレイに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スメクチック相を示す液晶としては、強誘電性液晶や反強誘電性液晶が一般に知られている。どちらの液晶も自発分極を有し、外部からの電界や磁界の影響を受け、自発分極の向きが変更されることによって、表示用ディスプレイとして応用されている。例えば反強誘電性液晶を用いた液晶パネルは、日本電装（株）及び昭和シェル石油（株）らの特開平２ー１７３７２４号公報で広視野角を有すること、高速応答が可能なこと、マルチプレックス特性が良好なこと等が報告されて以来、精力的に研究がなされている。
【０００３】
図２は反強誘電性液晶をディスプレイとして用いる場合の偏光板配置を示す液晶セル構成図である。クロスニコルに合わせた偏光板２１ａ、ｂの間に、どちらかの偏光板の偏光軸と電圧無印加時に於ける平均的な分子の長軸方向がほぼ平行になるように液晶セル２２を置き、電圧無印加時に黒が、電界印加時には白が表示できるようにしている。このようなセル構成の液晶セルに電圧を印加したとき、それに対する透過率変化をグラフにプロットすると図３のようなループを描くことが出来る。電圧を印加し増加させていく場合に透過率が変化し始める電圧値をＶ１、透過率の変化が飽和する電圧値をＶ２、逆に電圧値を減少させていく場合に透過率が減少し始める電圧値をＶ５、また逆極性の電圧を印加し、その絶対値を増加させた場合に透過率が変化し始める電圧値をＶ３、透過率変化が飽和する電圧値をＶ４、逆に電圧の絶対値を減少させた場合に透過率が変化し始める電圧値をＶ６とする。この図３からは電圧値が反強誘電性液晶分子の閾値以上をとる場合に第１の強誘電性状態が選択され、また印加電圧の極性の違いによって、第２の強誘電性状態が選択され、これらの強誘電性状態から、電圧値がある閾値より低い場合には反強誘電性状態が選択されることがわかる。
【０００４】
これに対して、強誘電性液晶は反強誘電性液晶と電圧−透過率特性が異なり、単一のヒステリシスカーブを示し、図３のようなダブルヒステリシスカーブは示さない。一般に強誘電性液晶をディスプレイに用いる場合には強誘電性状態にある分子の長軸方向に、いずれかの偏光板の偏光軸を合わせ、ある電圧以上の電圧を印加すると黒が、また逆極性のある電圧を印加すると白が表示されるように設定される。
【０００５】
次に反強誘電性液晶を用いた一般的な駆動方法について説明する。図４に走査電極と信号電極のを基板上に配置した図を示す。走査電極をそれぞれＸ１、Ｘ２、Ｘｎ等と示し、信号電極はＹ１、Ｙ２、Ｙｍ等と示し、それぞれが交差する斜線部分が画素（Ａ１１、Ａｎｍ）である。画素への書き込み、は図５に示すように、走査電極と信号電極に電圧を印加し、その合成電圧波形が画素（Ａｎｍ）に印加され行われる。選択期間（Ｓｅ）で第１、もしくは第２の強誘電性状態、もしくは反強誘電性状態を選択し、その状態を次の非選択期間（ＮＳｅ）で保持させている。つまり選択期間（Ｓｅ）で印加したセレクトパルスによる透過光量をその後の非選択期間（ＮＳｅ）で保持させることにより表示を行っている。
【０００６】
また選択期間に印加されるセレクトパルスの直前で、反強誘電性液晶の分子状態が異なると、画素の透過光量を正確な所定の値にする事が難しく、そのためセレクトパルスを印加する前に、その画素の表示以前の状態に関わらず常に反強誘電性状態にリセットすることが良く行われてきた。この反強誘電性状態にリセットする方法としては、リセット期間内の電圧値を０Ｖにし、反強誘電性液晶自身の持つ粘性や弾性などの特性による自然緩和によって反強誘電性状態にリセットする方法や、適当な印加電圧を印加して反強誘電性状態にリセットする方法等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら反強誘電性液晶ディスプレイで静止画などの同じ表示を長時間行ったあとに他の表示を行った場合に、以前に表示していた表示画面が見えてしまう現象（以後焼き付き現象と呼ぶ）が起きた。この現象を図６を用いて説明する。この焼き付き現象は反強誘電性液晶が層構造を持つことに起因していると考えられている。例えば長時間強誘電状態で白表示（図６（Ａ）ＯＮ・・・ブックシェルフ構造）であった画素と、長時間反強誘電状態で黒表示（図６（Ｂ）ＯＦＦ・・・シェブロン構造）であった画素では、次に白表示（ＯＮ）にすると、前者は図６（Ａ）のように、層構造１０２ａの形状は変わらないが、後者では図６（Ｂ）の白表示（ＯＮ）のように、同じ白表示（ＯＮ）であっても、層構造１０２ａと１０２ｂのように違いが生じ、これがその後同様の層構造に戻るために時間がかかることが原因と考えられている。
【０００８】
また、強誘電性液晶を用いた強誘電性液晶ディスプレイでも静止画などの同じ表示を長時間行った後に、同様の焼き付き現象が起きることが知られている。この原因は反強誘電性液晶のそれとは異なり、液晶セル内に存在する不純物イオンの移動によるものと考えられている。強誘電性液晶は自発分極を有しており、外部電圧が０Ｖの場合には、自発分極による内部電界が常に液晶セルに対して垂直方向に存在する。この内部電界を打ち消すように液晶セル内の不純物イオンがセル基板界面に移動し、そして不純物イオンによるイオン電界が自発分極が作る内部電界と逆方向に発生する。さらにこの状態が長時間続くと、不純物イオンがセル基板界面に吸着されるため、自発分極による内部電界が消えた後も、このイオン電界が存在し続けることになり、これが焼き付き現象の原因と推察されている。
【０００９】
そこで本発明ではこれらの問題点を解決し、つまり反強誘電性液晶を用いた液晶ディスプレイでは、連続駆動による層構造の変化を補正し、層構造の違いから起きる焼き付け現象を低減し、また強誘電性液晶を用いた液晶ディスプレイでは、同一方向の自発分極による内部電界を長時間存在させないようにし、同様に焼き付き現象を低減し、高コントラストな表示を行うことが可能な液晶ディスプレイを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、以下の手段を用いた。
【００１１】
一対の基板間にスメクチック相を示す液晶を挟持し、複数の画素を有する液晶ディスプレイにおいて、画素への一回の書き込みが、少なくとも一つの走査期間において行われ、走査期間は画素の透過光量を決定するための電圧が印加される選択期間と、選択期間で決定した透過光量を保持する非選択期間とを有し、複数の画素の中から、任意または無作為に画素を抽出し、抽出された該画素について、表示データに関わらず、非選択期間中では強制的に、ブックシェルフ層構造になるような表示状態、または同一方向の自発分極による内部電界を長時間存在させないようにするために白表示状態とすることを特徴とする。
【００１２】
また、抽出された画素の数を、抽出する毎に設定する機能を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、画素を抽出して、強制的に表示状態または白表示状態とする周期を変更する機能を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、一対の基板間には、走査電極と信号電極とを備え、強制的に表示状態または白表示状態とするために、画素に対応する信号電極に印加する信号電極波形を表示状態または白表示状態とする電圧波形に変えることを特徴とする。
【００１５】
また、表示データを発生する表示データ発生回路と、表示データを表示状態または白表示状態とする変換機能を有する表示データ変換回路とを有し、抽出された画素は、表示データ変換回路で変換された表示データを表示することを特徴とする。
【００１６】
また、表示データ変換回路は、任意または無作為に画素を抽出する機能を有することを特徴とする。また、表示データ変換回路は、画素を抽出して、表示状態または前記白表示状態とする周期を任意に設定する機能を有することを特徴としている。
【００１７】
あるいは表示データ変換回路は、抽出された画素の数を任意に設定する機能を備えていることを特徴としている。
【００１８】
あるいは画素を抽出して、前記表示状態または前記白表示状態とする周期を全画素を１回書きこむ１周期と等しくすることを特徴としている。
【００１９】
ここでスメクチック相を示す液晶としては、強誘電性液晶または反強誘電性液晶が一般的にあげられる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
先に記述した通り、例えば反強誘電性液晶では電圧無印加の状態において図６（Ｂ）ＯＦＦのように層が折れた状態（以後シェブロン構造と呼ぶ。）になっており、一定の電圧が印加した場合には、図６（Ａ）ＯＮに示すように基板に対してほぼ垂直に立った状態（以後ブックシェルフ構造と呼ぶ。）になる。上記課題を解決する手段の項で記載した所定の表示状態とは、このブックシェルフ構造になるような表示状態にする事が望ましい。
【００２１】
また走査電極を有する液晶ディスプレイにおいては、表示データ発生回路は１本の走査電極上の画素数（信号電極の数）に対応した信号が出力される。この信号が表示データ変換回路に入力されると、特定の画素に対応した信号だけが所定の表示状態に変換されて出力される。またこの特定の画素は任意に設定できるか、無作為に設定されることが望ましい。
【００２２】
また、表示データを変換する画素の位置を走査電極の１行毎に変更するか、もしくは２行毎、あるいはｎ行毎に変更するかを任意に設定する機能を有するか、または自動的に変更する機能を有することが望ましい。
【００２３】
このように本発明を用いて反強誘電性液晶ディスプレイで表示を行った場合には、常に黒表示しか行わない画素（層構造がシェブロン構造）と、白表示しか行わない画素（層構造がブックシェルフ構造）でも、表示状態が強制的にある期間、液晶の層構造がブックシェルフ構造へ強制的に変更され、実際には層構造の違いが起こりにくく、焼き付き現象が低減する。
【００２４】
また本発明を用いて強誘電性液晶ディスプレイで表示を行った場合には、本発明で表示を行うことにより、同一方向の自発分極による内部電界を長時間存在させないようにすることが可能となり、同様に焼き付き現象を低減することができる。
【００２５】
本発明の液晶ディスプレイでは、１画面内の必ずどこかの画素が、表示データとは異なった表示状態を実行することになるが、本発明の表示データ変換回路では表示書き換え画素を無作為に設定でき、また書き換え周期も変更できるので、常に異なる画素が書き換えられ、またその書き換えられる画素が、時間の経過と共に箇所が変化するため、この表示データが変換された画素を人間の目視観察でははっきりと認識することはできず、表示の見栄えが劣化することがほとんどない。また表示データを強制的に変更する画素の数や変更周期などを任意に変更することにより、たとえば動画や静止画を表示させても表示品位に影響がない様に最適化することができる。
【００２６】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図７は本実施例に用いた液晶パネル構成図である。本実施例で用いた液晶パネルは約２μの厚さの反強誘電性液晶層６２を持つ一対のガラス基板６３ａ、６３ｂと２枚のガラスを張り合わせるためのシール材６６から構成されている。ガラス基板の対向面には電極６４ａ、６４ｂが形成されており、その上に高分子配向膜６５ａ、６５ｂが塗布され、ラビング処理がなされている。さらに一方のガラス基板の外側に偏光板の偏光軸とラビング軸とが平行になるように第１の偏光板６１ａが設置されており、他方のガラス基板の外側には第１の偏光板６１ａの偏光軸と９０°異なるようにして第２の偏光板６１ｂが設置されている。
【００２７】
また走査電極と信号電極は先に示した図４のように配置した。走査電極は２４０本、信号電極は３２０本とした。それぞれが交差する斜線部分が画素（Ａ１１、Ａｎｍ）である。
【００２８】
図１は本発明の表示回路のブロック図である。表示データ発生回路と信号側電圧波形発生回路の間に表示データ変更回路が構成されている。一走査期間は約１７ｍｓとし、表示データ変換回路では表示周期（約３５μｓ）と同じ周期で表示データを強制的に白表示（ブックシェルフ層構造）に変更させている。一周期に変更する画素の数は１０画素とし、変更周期で変更される画素は無作為に抽出するように設定されているために、平均約５４４ｍｓで全ての画素が必ず１度は表示データに関わらずに白表示（ブックシェルフ層構造）になった。
【００２９】
図８は全画素を黒表示になるように表示したときの、ある時間での画素の状態を示した液晶ディスプレイ画面の一部の図である。ディスプレイ全体で約７万７千画素あり、この中の２４００画素が実際の表示データとは異なる白表示となったが、実際とは異なる白表示を行った画素が平均的に分散しているので目視観察では表示品位が下がることはなく、焼き付き現象も生じなかった。
【００３０】
また静止画の多い場合には、あらかじめ焼き付きが強く起こりそうな画素を特定したり、表示データを変更する周期を任意の値に設定したり、全画素を一回書き込む一周期に強制的に変更する画素の数を増やすことにより、よりよい結果が得られた。反対に動画が多い画面を表示するときは、表示データを変更する画素を無作為に設定したり、変更する周期を自動的に更新したり、全画素を一回書き込む一周期あたりに強制的に変更する画素の数を減らす、あるいは数を自動的に変更することによって、よりよい結果が得られた。
【００３１】
次に液晶パネル内に、強誘電性液晶を封入して強誘電性液晶ディスプレイを作製し、同様の表示動作を行った。やはり無作為に抽出した画素で、表示データとは異なる白表示を行うことにより、全ての画素が必ず１度は表示データに関わらずに白表示を行った。よって、すべての画素において同一方向の自発分極による内部電界を長時間存在させないようにすることができ、同様に焼き付き現象を低減することができた。
【００３２】
また、走査電極と信号電極を用いた時分割駆動の代わりに、各画素を直接駆動できるアクティブマトリクス駆動を用いた場合でも、まったく同様の効果が得られた。
【００３３】
【発明の効果】
以上の実施例で述べたように、本発明を用いて表示を行うことにより、常に表示画素による層構造の違いをなくす、あるいは自発分極による内部電界の発生を短時間にすることができ、焼き付け現象を低減し、かつ表示品位が落ちることなく良好な表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の回路ブロック図である。
【図２】本発明の反強誘電性液晶セルと偏光板の構成図である。
【図３】本発明の反強誘電性液晶表示素子のヒステリシスカーブを表す図である。
【図４】本発明で用いた電極のマトリックス構造を示す図である。
【図５】従来の駆動方法を示す図である。
【図６】本発明の反強誘電性液晶の層構造を示す図である。
【図７】本発明で用いた液晶パネルの構成図の構成図である。
【図８】本実施例の黒表示を行った図である。
【符号の説明】
ＯＦＦ（Ｂ） 黒表示
ＯＮ（Ｗ） 白表示
Ｒｓ リセット期間
Ｓｅ 選択期間
ＮＳｅ 非選択期間
Ｘ１〜Ｘｎ 走査電極
Ｙ１〜Ｙｍ 信号電極
Ａｎｍ 画素
Ｔ 透過光量
２１ａ、２１ｂ 偏光板
２２ 液晶セル
６１ａ、６１ｂ 偏光板
６２ａ、６２ｂ 反強誘電性液晶液晶
６３ａ、６３ｂ ガラス基板
６４ａ、６４ｂ 電極
６５ａ、６５ｂ 配向膜
６６ シール材
１０２ａ、１０２ｂ 層構造

Claims (10)

1. 一対の基板間にスメクチック相を示す液晶を挟持し、複数の画素を有する液晶ディスプレイにおいて、前記画素への一回の書き込みが、少なくとも一つの走査期間において行われ、前記走査期間は画素の透過光量を決定するための電圧が印加される選択期間と、該選択期間で決定した透過光量を保持する非選択期間とを有し、前記複数の画素の中から、任意または無作為に画素を抽出し、抽出された該画素について、表示データに関わらず、前記非選択期間中では強制的に、ブックシェルフ層構造になるような表示状態、または同一方向の自発分極による内部電界を長時間存在させないようにするために白表示状態とすることを特徴とする液晶ディスプレイ。
2. 前記抽出された画素の数を、抽出する毎に設定する機能を備えた請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
3. 前記画素を抽出して、強制的に前記表示状態または前記白表示状態とする周期を変更する機能を備えた請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
4. 前記一対の基板間には、走査電極と信号電極とを備え、強制的に前記表示状態または前記白表示状態とするために、前記画素に対応する前記信号電極に印加する信号電極波形を前記表示状態または前記白表示状態とする電圧波形に変えることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
5. 前記表示データを発生する表示データ発生回路と、前記表示データを前記表示状態または前記白表示状態とする変換機能を有する表示データ変換回路とを有し、抽出された前記画素は、前記表示データ変換回路で変換された前記表示データを表示することを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
6. 前記表示データ変換回路は、任意または無作為に画素を抽出する機能を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
7. 前記表示データ変換回路は、前記画素を抽出して、前記表示状態または前記白表示状態とする周期を任意に設定する機能を有することを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
8. 前記表示データ変換回路は、前記抽出された画素の数を任意に設定する機能を備えていることを特徴とする請求項５に記載の液晶ディスプレイ。
9. 前記画素を抽出して、前記表示状態または前記白表示状態とする周期を全画素に１回書きこむ１周期と等しくすることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
10. 前記スメクチック相を示す液晶は強誘電性液晶または反強誘電性液晶であることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。

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