JP4116029B2 - 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 - Google Patents

Description

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、特に、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提案がされている。

例えば、特開平１１−３２６８７１号公報（特許文献１）を一例に、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呼ばれている。

しかし、このような汎用のＳＴＮドライバを使用したコンベンショナル駆動では、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、コモン電極１本を書き換える時間を３msec以上に設定する必要があり、書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号公報（特許文献２）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２３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２４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、すなわちリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形を、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。

SID’97 Digest, 899(1997)（非特許文献１）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電圧波形およびその合成波形が記載されている。その形状を図２５Ａ、図２５Ｂに示す。

図２５Ａは、コモン電極に印加されるリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形と、セグメント電極に印加されるプレーナー用のＯＮ信号波形、フォーカルコニック用ＯＦＦ信号波形と、これらの合成波形とを示している。図２５Ｂは、コモン電極に印加される波形と、セグメント電極に印加される波形とを比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。

図２６Ａ、図２６Ｂ、図２６Ｃに、図２５Ａ、図２５Ｂ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。

図の簡素化のため、リセット期間にコモン電極に出力するリセット電圧波形を５回、保持期間にコモン電極に出力する保持電圧波形を４回としたが、実際の駆動においては、リセット電圧波形は２０〜１００回程度、リセット期間の時間にして２０〜５０ｍｓｅｃ程度が、一方、保持電圧波形は１０〜６０回程度、保持期間の時間として１０〜３０ｍｓｅｃ程度が適当とされている。

液晶表示素子の画素には、コモン電極に出力する信号からなるコモン駆動波形と、セグメント電極に出力する信号からなるセグメント駆動波形との差（合成波形）が出力される。一例として、図２６Ａの（ＣＯＭ２、ＳＥＧ１）の画素に印加される電圧波形を図２７Ａに、（ＣＯＭ２、ＳＥＧ３）の画素に印加される電圧波形を図２７Ｂに示す。
特開平１１−３２６８７１号公報 米国特許第5,748,277号公報 SID'97 Digest, 899(1997)

しかし、ＤＤＳ法においては、選択期間だけではなく保持期間初期の電圧の並びも、最終的な液晶の配向状態に大きく影響するという問題があった。例えば、図２７Ａと、図２７Ｂを比較した場合、保持期間初期の電圧の並びは、図２７ＡではＶel→Ｖeh、図２７ＢではＶeh→Ｖelで異なっている。ＯＮ、ＯＦＦの２値の表示では、コモン電極に出力する選択電圧波形、セグメント電極に出力するＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形の各電圧を適正化することによって、表示エリア全面に均一な表示を得ることができるが、中間調を得ようとすると、保持期間初期に高電圧が印加された画素の反射率は、低電圧が印加された画素の反射率よりも高くなる傾向を有する。即ち、従来の駆動方法では、表示内容の影響を受け階調表示の反射率をコントロールできないといった問題点があった。

本発明の目的は、表示内容の影響を受けることなく階調表示の反射率の制御を可能とするコレステリック液晶表示および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。

本発明の第１の態様は、コレステリック液晶表示素子の駆動方法である。すなわち、第１のガラス基板の表面に設けられたコモン電極群と、前記第１のガラス基板と対向配置された第２のガラス基板の表面に前記コモン電極群の方向に対して直交する方向に設けられたセグメント電極群と、前記コモン電極群とセグメント電極群の間に介在するコレステリック液晶とによりマトリックス状に画素が構成され、前記画素に電圧を印加しないときにプレーナ状態、フォーカルコニック状態、またはそれらの中間状態からなる表示状態が液晶のメモリー性により維持されるコレステリック液晶表示素子に対して、前記コモン電極およびセグメント電極に印加する電圧の差により前記画素を構成する液晶に電圧を印加して表示内容の書き換えを行う液晶表示素子の駆動方法であって、前記各コモン電極から、前記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波形、前記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電圧波形、前記選択電圧波形で選択された配向状態を保持するための保持電圧波形、および、マトリクス駆動を行うために必要な非選択電圧波形からなるコモン電極駆動電圧波形を、コレステリック液晶表示素子に印加するステップと、前記各セグメント電極から、前記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信号波形と、前記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信号波形と、データ階調信号波形とを含むセグメント電極駆動電圧波形を、コレステリック液晶表示素子に印加するステップとを含み、前記コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、および前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形は、同一数のユニット期間を有し、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形およびＯＦＦ信号波形は、同一のユニット期間において、２値の電圧で構成し、前記保持電圧波形は、前記同一のユニット期間において、同じ電圧で構成することによって、前記保持電圧波形と前記ＯＮ信号波形の合成波形と、前記保持電圧波形と前記ＯＦＦ信号波形の合成波形が、常に電圧の絶対値が同じになるようにして、階調表示の反射率を制御できるようにしたことを特徴とする。

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。すなわち、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画素を形成するコレステリック液晶表示素子と、前記液晶素子の各画素のコレステリック液晶を、ホメオトロピック配向にするためのリセット電圧波形と、前記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電圧波形と、前記選択電圧波形で選択された配向状態を保持するための保持電圧波形と、前記コレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために必要な非選択電圧波形を含む駆動電圧波形を、各コモン電極から前記コレステリック液晶表示素子に印加するコモンドライバと、前記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信号波形と、前記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信号波形と、前記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とフォーカルコニック配向の混合状態に決定する階調信号波形とを含む駆動電圧波形を、各セグメント電極から前記コレステリック液晶表示素子に印加するセグメントドライバと、前記コモンドライバおよびセグメントドライバを制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記リセット電圧波形の繰り返しからなるリセット期間、前記選択電圧波形からなる選択期間、前記保持電圧波形の繰り返しからなる保持期間をこの順番に有する電圧波形を少なくとも含むコモン電圧波形を、前記選択期間分ずらしながら前記コレステリック液晶表示素子のコモン電極に順次印加するように前記コモンドライバを制御し、前記コントローラーは、表示内容に対応して、前記選択期間に同期させて、ＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形、階調信号波形を少なくとも配置したセグメント電圧波形を前記コレステリック液晶表示素子のセグメント電極に印加するように前記セグメントドライバを制御し、前記コントローラーは、前記コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、および前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形は、同一数のユニット期間を有し、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形およびＯＦＦ信号波形は、同一のユニット期間において、２値の電圧で構成し、前記保持電圧波形は、前記同一のユニット期間において、同じ電圧で構成することによって、前記保持期間に前記コレステリック液晶表示素子の画素に印加される電圧波形が、常に電圧の絶対値が同じになるようにして、階調表示の反射率を制御できるように、前記コモンドライバおよび前記セグメントドライバを制御することを特徴とする。

図１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き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。コントローラー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２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２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、または、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上に、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良い。また、水平配向膜、垂直配向膜のいずれでも良い。

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、１〜３０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良い。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、赤外域にあっても良い。

観察側と反対面には、光吸収膜７を形成しても良い。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良い。

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良い。

以下、実施例を用いて、本発明を具体的に説明する。本実施例が対象とするコレステリック液晶表示装置は、コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形と、セグメント電極に出力するデータ信号との組み合わせを２種類備えている。一方を、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに、他方を図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示す。図中、データＯＮ信号波形は、液晶の配向をプレーナー配向に導く信号であり、データＯＦＦ信号波形はフォーカルコニック配向に導く信号である。図３Ａは、コモン電極に出力する４種類の電圧波形、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号と、その合成波形とを示す図である。図３Ｂは、コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。図３Ｃは、コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、電圧軸を併せて横方向に並べた図である。同様に、図４Ａは、コモン電極に出力する４種類の電圧波形、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号と、その合成波形とを示す図である。図４Ｂは、コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号を比較するために、時間軸を併せて縦方向に並べた図である。図４Ｃは、コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、電圧軸を併せて横方向に並べた図である。

図３Ｂにおいて、コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、およびセグメント電極に出力するデータＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形は、すべて６つのユニット期間（１）〜（６）からなる。これらの期間は、すべて同一である。

コモン電極に出力する４種類の電圧波形は、各のユニット期間において、３値の電圧からなる。

また、セグメント電極に出力するデータＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形は、ユニット期間（１）、（２）、（５）および（６）において１値の電圧（Ｖs0＝０Ｖ）で構成され、ユニット期間（３）および（４）は２値の電圧（Ｖs0、Ｖs1）で構成されている。

データＯＮ信号波形が電圧Ｖs1を出力するユニット期間（４）、データＯＦＦ信号波形が電圧Ｖs1を出力するユニット期間（３）に注目すると、コモン電極に出力する保持電圧波形と非選択電圧波形とは、同じ電圧Ｖc1で構成されている。

このように、データＯＮ信号波形が０Ｖ以外の電圧で構成されているユニット期間とデータＯＦＦ信号波形が０Ｖ以外の電圧とで構成されているユニット期間において、コモン保持電圧波形とコモン非選択電圧波形との電圧を同じにすることによって、図３Ａに示すように、コモン保持電圧波形とデータＯＮ信号波形との合成波形と、コモン保持電圧波形とデータＯＦＦ信号波形との合成波形は、すべてのユニット期間で電圧の絶対値を同じにすることができる。

再び図３Bに着目すると、データＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形とも、０Ｖ（＝Ｖs0）を出力する期間は、Ｖs1（≠０Ｖ）を出力する期間の５倍である。

セグメント電極に出力するデータＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形において、０Ｖを出力する期間が０Ｖ以外の電圧を出力する期間の１．５倍未満になると、コモンリセット電圧波形とデータ信号との合成波形の実効電圧が低くなって、コレステリック液晶をホメオトロピック状態にリセットできなくなったり、コレステリック液晶をホメオトロピック状態にリセットするためにコモンリセット電圧波形の出力電圧Ｖc7を高くする、すなわち駆動電圧を高くする必要が生じるからである。

一方、図４Ｂにおいて、コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、およびセグメント電極に出力するデータＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形も、図３Ｂと同様に、すべて６つのユニット期間（１）〜（６）からなる。これらの期間は、すべて同一である。

コモン電極に出力する４種類の電圧波形は、各ユニット期間において、３値の電圧からなる。

また、セグメント電極に出力するデータＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形は、ユニット期間（１）、（２）、（５）および（６）において１値の電圧（Ｖs3＝Ｖmax）で構成され、ユニット期間（３）および（４）は２値の電圧（Ｖs3、Ｖs2）で構成されている。

データＯＮ信号波形がＶs2を出力するユニット期間（４）、データＯＦＦ信号波形がＶs2を出力するユニット期間（３）に注目すると、コモン電極に出力する保持電圧波形と非選択電圧波形は、同じ電圧Ｖc6で構成されている。

このように、データＯＮ信号波形がＶmax以外の電圧で構成されているユニット期間と、データＯＦＦ信号波形がＶmax以外の電圧で構成されているユニット期間とにおいて、コモン保持電圧波形とコモン非選択電圧波形の電圧とを同じにすることによって、図４Ａのように、コモン保持電圧波形とデータＯＮ信号波形の合成波形と、コモン保持電圧波形とデータＯＦＦ信号波形の合成波形とは、すべてのユニット期間で電圧の絶対値を同じにすることができる。

再び図４Bに着目すると、データＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形とも、Ｖmax（＝Ｖs3）を出力する期間は、Ｖs2（≠Ｖmax）を出力する期間の５倍である。

セグメント電極に出力する信号において、Ｖmaxを出力する期間がＶmax以外の電圧を出力する期間の１．５倍未満になると、コモンリセット電圧波形とデータ信号との合成波形の実効電圧が低くなって、コレステリック液晶をホメオトロピック状態にリセットできなくなったり、コレステリック液晶をホメオトロピック状態にリセットするためにデータ信号の出力電圧Ｖs3（＝Ｖmax）を高くする、すなわち駆動電圧を高くする必要が生じるからである。

図３および図４において、Ｖc0＝Ｖs0＝０Ｖ、Ｖc7＝Ｖs3＝Ｖmax、Ｖc0＋Ｖc7＝Ｖc1＋Ｖc6＝Ｖc2＋Ｖc5＝Ｖc3＋Ｖc4＝Ｖs0＋Ｖs3＝Ｖs1＋Ｖs2とする。これによって、図３Ａに示した各合成波形と、図４Ａに示した各合成波形とは、すべてのユニット期間（１）〜（６）において、ちょうど正負が逆転した形になる。

図３Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、セグメント電極に出力するデータ信号の組み合わせと、図４Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、セグメント電極に出力するデータ信号の組み合わせとの２種類の信号の組み合わせを使用して、すべての画素に印加される駆動電圧波形の正の電圧部分の実効電圧と負の電圧部分の実効電圧とが等しくなるように、コレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために、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図５Ａ、図５Ｂ、図５Cに示す。

各コモン電極には、リセット電圧波形の繰り返しからなるリセット期間、選択電圧波形からなる選択期間、保持電圧波形の繰り返しからなる保持期間をこの順番に有する電圧波形をコモン電圧波形を選択期間分ずらしながらコレステリック液晶表示素子のコモン電極に順次印加する。最後のコモン電極にコモン選択電圧波形が印加された後もしばらくの間は、コモン保持電圧波形を印加する。一方、各セグメント電極には表示内容に応じて液晶の配向状態をプレーナー配向に導くデータＯＮ信号波形、フォーカルコニック配向に導くデータＯＦＦ信号波形を配置した駆動電圧波形を印加する。

図５Ｂに示すように、図３Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、セグメント電極に出力するデータ信号の組み合わせをＹ、図４Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、セグメント電極に出力するデータ信号の組み合わせをＸとする。

図５Ｃは、図５Ａで各コモン電極に出力する電圧波形と、各セグメント電極に出力する電圧波形とを電圧軸を併せて横方向に並べた図である。図５Ｃに示すように、図５Ａでは、選択電圧波形の長さ単位で、Ｙ、Ｘ、Ｙ、Ｘ・・・というようにＹとＸを交互に各電極に出力する。

液晶表示素子の画素には、コモン電極に出力する電圧波形からなるコモン駆動電圧波形、セグメント電極に出力する信号波形からなるセグメント駆動波形の差が出力される。一例として、図５Ａの（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を図６に示す。

電圧波形を簡単にするために図５Ａでは、リセット期間はコモン選択電圧波形の６回分、保持期間をコモン選択電圧波形４回分としているが、本発明ではこれに限定されるものではない。

通常リセット期間は、コモン選択電圧波形の１０回から６０回分、一方、保持期間はコモン選択電圧波形の１０回から４０回分に設定するが、画素に印加される電圧波形の正の電圧部分の実効電圧と負の電圧部分の実効電圧を等しくするためには、リセット期間、保持期間ともコモン選択電圧波形の偶数倍にする必要がある。

図５Ａでは、コモン電極が９本、セグメント電極が４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。

図３Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、セグメント電極に出力するデータ信号の組み合わせと、図４Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、セグメント電極に出力するデータ信号の組み合わせとの２種類の信号の組み合わせを使用して、画素に印加される駆動電圧波形の正電圧部分の実効電圧と、負電圧部分の実効電圧が等しくなるようにコレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために、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第２の例を図７に示す。

図３Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形と、セグメント電極に出力するデータ信号との組み合わせをＹ、図４Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形と、セグメント電極に出力するデータと信号の組み合わせをＸとすると、図７では、選択電圧波形の長さ単位で、Ｙ、Ｙ、Ｙ、Ｘ、Ｘ、Ｘ、Ｙ、Ｙ、Ｙ、Ｘ、Ｘ、Ｘ・・・というようにＹとＸを３回ずつ交互に各電極に出力する。

図７中の（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を図８に示す。

画素に印加される電圧波形の、正の電圧部分の実効電圧と、負の電圧部分の実効電圧とを等しくするためには、リセット期間、保持期間ともコモン選択電圧波形の６の倍数倍にする必要がある。

一般的に、各電極に出力する電圧波形を、Ｙ、Ｙ・・Ｙ、Ｘ、Ｘ・・・Ｘ、Ｙ、Ｙ・・・Ｙ、Ｘ、Ｘ・・・Ｘ、・・・というようにＹとＸをｎ回ずつ交互に構成することも可能である。この場合、リセット期間、保持期間ともコモン選択電圧波形の２ｎの倍数倍にすることで、画素に印加される電圧波形の正の電圧部分の実効電圧と、負の電圧部分の実効電圧とを等しくできる。

また、図９、図１１に示すように、ｍ回目の液晶表示素子の表示内容の書き換えをＹのみを使用して行い、ｍ+１回目の液晶表示素子の表示内容の書き換えをＸのみを使用して行うことで、画素に印加される電圧波形の正負のバランスをとっても良い。

図９中の（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を図１０に、図１１中の（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を図１２に示す。

説明を簡単にするために、セグメント電極に出力する波形を、データＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形の２種類にして説明してきたが、階調表示を行うためには、データＯＮ信号波形とデータＯＦＦ信号波形を、所望の割合で混合したデータ階調信号波形を、表示内容にあわせてセグメント電極に出力する。図１３および図１４は、それぞれ図３Ａ、図４Ａに、データ階調信号波形を加えたものである。図中、合成波形にはE(ON)、R(OFF)、N’(GS)などのように呼び名を記載している。これら図から明らかなように、コモン電極に出力する保持電圧波形とセグメント電極に出力する３つの信号の合成波形は、すべて電圧の絶対値は常に同じである。

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２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１３に示す電圧波形の組み合わせおよび図１４に示す電圧波形の組み合わせで構成した図１５に示す電圧波形（波形Ａ、波形Ｂ、波形C）を印加して、選択期間の電圧と液晶表示素子の視感反射率との関係を調べた。

各波形において、リセット期間、保持期間は固定し、選択期間の０Ｖ以外の期間の電圧を横軸に、そのときの液晶表示素子の視感反射率を縦軸に表したものを図１６に示す。

波形Ａ、波形Ｂおよび波形Cは、保持期間の最初の波形が、図１４のE’(ON)かE’(OFF)かE’(GS)の違いだけで、その他の期間の波形は、すべて同じである。

図１６に示すように、波形Ａの結果、波形Ｂの結果、および波形Cの結果は、電圧−反射率曲線は一致していることがわかる。

階調表示は、図１６においてＲON、ＲOFFの中間で行うので、この結果から、液晶表示素子の表示内容によらず、階調表示の反射率を制御することが可能であることがわかる。

実施例と同じコレステリック液晶表示素子に、図１７に示す電圧波形の組み合わせおよび図１８に示す電圧波形の組み合わせで構成した図１９に示す電圧波形（波形Ａ、波形Ｂ）を印加して、選択期間の電圧と液晶表示素子の視感反射率との関係を調べた。

各波形において、リセット期間、保持期間は固定し、選択期間の０Ｖ以外の期間の電圧を横軸に、そのときの液晶表示素子の視感反射率を縦軸に表したものを図２０に示す。

波形Ａおよび波形Ｂは、保持期間の最初の波形が、図１８のE’(ON)かE’(OFF)の違いだけで、その他の期間の波形は、すべて同じである。

図２０に示すように、波形Ａの結果と、波形Ｂの結果は、電圧−反射率曲線が一致していない。図２０において、液晶表示素子の特定画素（COMｎ、SEGｍ）に反射率がＲGSの階調状態を得たいときに、（COMｎ＋１、SEGｍ）がプレーナー配向（ＯＮ）の場合は問題ないが、（COMｎ＋１、SEGｍ）がフォーカルコニック配向（ＯＦＦ）の場合には、ＲOFFの反射率になってしまうことを意味している。 すなわち、このような波形による駆動では、表示内容の影響を受けるので、階調表示の反射率を制御することができない。

以上のように、図３、図４、図１３、図１４のようにコモン電極に出力する保持電圧波形とセグメント電極に出力するデータ信号との合成波形がすべて、常に電圧の絶対値が同じにすることによって、階調表示の反射率を制御できる。

同様に、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃ、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２２Ｃに示す波形による駆動方法でも、階調表示の反射率を制御できる。図２１Ａ、図２１Ｂ、図２１Ｃに示す波形の組み合わせ、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２２Ｃに示す波形の組み合わせを使用することによって、すべての画素に印加される駆動電圧波形の正の電圧部分の実効電圧と負の電圧部分の実効電圧とを等しくすることも可能である。

図２１Ｂおよび図２２Ｂにおいて、コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、およびセグメント電極に出力するデータＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形は、すべて６つのユニット期間（１）〜（６）からなる。これらの期間は、すべて同一である。

コモン電極に出力する４種類の電圧波形は、すべて同一のユニット期間（１）〜（６）において、３値の電圧からなる。

また、セグメント電極に出力するデータＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形は、ユニット期間（１）、（２）、（５）および（６）において１値（Ｖs0＝０Ｖ）であり、ユニット期間（３）および（４）は２値（Ｖs1、−Ｖs1）の電圧で構成されている。

データＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形がともに０Ｖ以外の電圧を出力するユニット期間（３）および（４）に注目すると、コモン電極に出力する保持電圧波形と非選択電圧波形は、同じ電圧Ｖc0で構成されている。

したがって、図２１Ａおよび図２２Ａに示すように、コモン保持電圧波形とデータＯＮ信号波形の合成波形と、コモン保持電圧波形とデータＯＦＦ信号波形の合成波形とは、すべてのユニット期間で電圧の絶対値が同じである。

再び図２１Ｂ、図２２Ｂに着目すると、データＯＮ信号波形、データＯＦＦ信号波形とも、０Ｖ（＝Ｖs0）を出力する期間は、０Ｖ以外の電圧を出力する期間の２倍である。

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。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号と、その合成波形とを示す図である。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、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４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、電圧軸を併せて横方向に並べた図である。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号と、その合成波形とを示す図である。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、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４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、電圧軸を併せて横方向に並べた図である。 コレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために、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図である。 図３Ａおよび図４Ａに示したコモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、セグメント電極に出力するデータ信号の組み合わせを示す図である。 図５Ａで各コモン電極に出力する電圧波形と、各セグメント電極に出力する電圧波形とを時間軸を併せて横方向に並べた図である。 図５Ａの（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を示す図である。 コレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために、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図である。 図７中の（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を示す図である。 コレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために、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図である。 図９中の（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を示す図である。 コレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために、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図である。 図１１中の（ＣＯＭ３、ＳＥＧ２）および（ＣＯＭ８、ＳＥＧ１）の各画素に印加される電圧波形を示す図である。 データ階調信号波形を含む電圧波形を示す図である。 データ階調信号波形を含む電圧波形を示す図である。 図１３に示す電圧波形の組合せおよび図１４に示す電圧波形の組み合わせで構成した電圧波形を示す図である。 液晶表示素子のパルス電圧−視感反射率の特性を示す図である。 電圧波形を示す図である。 電圧波形を示す図である。 図１７に示す電圧波形の組み合わせおよび図１８に示す電圧波形の組み合わせで構成した電圧波形を示す図である。 液晶表示素子のパルス電圧−視感反射率の特性を示す図である。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号と、その合成波形とを示す図である。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、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４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、電圧軸を併せて横方向に並べた図である。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号と、その合成波形とを示す図である。 コモン電極に出力する４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、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４種類の電圧波形と、セグメント電極に出力する２種類のデータ信号とを比較するために、電圧軸を併せて横方向に並べた図である。 ＤＤＳ法の駆動電圧波形を示す図である。 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である。 コモン電極に印加されるリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形と、セグメント電極に印加されるプレーナー用のＯＮ信号波形、フォーカルコニック用ＯＦＦ信号波形と、これらの合成波形とを示す図である。 コモン電極に印加される波形と、セグメント電極に印加される波形とを比較するために、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表示素子を駆動させるために、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図である。 図２６Ａの各コモン電極に出力する電圧波形を示す図である。 図２６Ａ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。 （ＣＯＭ２、ＳＥＧ１）の画素に印加される電圧波形を示す図である。 （ＣＯＭ２、ＳＥＧ３）の画素に印加される電圧波形を示す図である。

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

Claims (11)

1. 第１のガラス基板の表面に設けられたコモン電極群と、前記第１のガラス基板と対向配置された第２のガラス基板の表面に前記コモン電極群の方向に対して直交する方向に設けられたセグメント電極群と、前記コモン電極群とセグメント電極群の間に介在するコレステリック液晶とによりマトリックス状に画素が構成され、前記画素に電圧を印加しないときにプレーナ状態、フォーカルコニック状態、またはそれらの中間状態からなる表示状態が液晶のメモリー性により維持されるコレステリック液晶表示素子に対して、前記コモン電極およびセグメント電極に印加する電圧の差により前記画素を構成する液晶に電圧を印加して表示内容の書き換えを行う液晶表示素子の駆動方法であって、
   前記各コモン電極から、前記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波形、前記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電圧波形、前記選択電圧波形で選択された配向状態を保持するための保持電圧波形、および、マトリクス駆動を行うために必要な非選択電圧波形からなるコモン電極駆動電圧波形を、コレステリック液晶表示素子に印加するステップと、
   前記各セグメント電極から、前記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信号波形と、前記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信号波形と、データ階調信号波形とを含むセグメント電極駆動電圧波形を、コレステリック液晶表示素子に印加するステップとを含み、
   前記コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、および前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形は、同一数のユニット期間を有し、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形およびＯＦＦ信号波形は、同一のユニット期間において、２値の電圧で構成し、前記保持電圧波形は、前記同一のユニット期間において、同じ電圧で構成することによって、前記保持電圧波形と前記ＯＮ信号波形の合成波形と、前記保持電圧波形と前記ＯＦＦ信号波形の合成波形が、常に電圧の絶対値が同じになるようにして、階調表示の反射率を制御できるようにしたことを特徴とするコレステリック液晶表示素子の駆動方法。
2. 前記保持電圧波形と前記非選択電圧波形は、同じ電圧を出力するユニット期間を有することを特徴とする請求項１に記載のコレステリック液晶表示素子の駆動方法。
3. 前記コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、および非選択電圧波形は、同一のユニット期間において、３値の電圧で構成することを特徴とする請求項２に記載のコレステリック液晶表示素子の駆動方法。
4. 前記２値の電圧は、０Ｖと０Ｖ以外の電圧とであり、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形およびＯＦＦ信号波形は、０Ｖを出力するユニット期間を有し、０Ｖを出力する期間は、０Ｖ以外の電圧を出力する期間の１．５倍以上であることを特徴とする請求項２または３に記載のコレステリック液晶表示素子の駆動方法。
5. 前記コモン電極に出力する保持電圧波形および非選択電圧波形が同じ電圧を出力するユニット期間を有し、このユニット期間は、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形の０Ｖ以外の電圧を出力するユニット期間とＯＦＦ信号波形の０Ｖ以外の電圧を出力するユニット期間とであることを特徴とする請求項４に記載のコレステリック液晶表示素子の駆動方法。
6. 前記２値の電圧は、前記液晶表示素子に出力する電圧の最大値Ｖmaxと、前記最大値Ｖmax以外の電圧とであり、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形およびＯＦＦ信号波形は、前記最大値Ｖmaxを出力するユニット期間を有し、前記最大値Ｖmaxを出力する期間は、前記最大値Ｖmax以外の電圧を出力する期間の１．５倍以上であることを特徴とする請求項２または３に記載のコレステリック液晶表示素子の駆動方法。
7. 前記コモン電極に出力する保持電圧波形および非選択電圧波形が同じ電圧を出力するユニット期間を有し、このユニット期間は、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形の前記最大値Ｖmax以外の電圧を出力するユニット期間と、ＯＦＦ信号波形の前記最大値Ｖmax以外の電圧を出力するユニット期間とであることを特徴とする請求項６に記載のコレステリック液晶表示素子の駆動方法。
8. 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画素を形成するコレステリック液晶表示素子と、
   前記液晶素子の各画素のコレステリック液晶を、ホメオトロピック配向にするためのリセット電圧波形と、前記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電圧波形と、前記選択電圧波形で選択された配向状態を保持するための保持電圧波形と、前記コレステリック液晶表示素子をマトリクス駆動するために必要な非選択電圧波形を含む駆動電圧波形を、各コモン電極から前記コレステリック液晶表示素子に印加するコモンドライバと、
   前記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信号波形と、前記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信号波形と、前記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とフォーカルコニック配向の混合状態に決定する階調信号波形とを含む駆動電圧波形を、各セグメント電極から前記コレステリック液晶表示素子に印加するセグメントドライバと、
   前記コモンドライバおよびセグメントドライバを制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記リセット電圧波形の繰り返しからなるリセット期間、前記選択電圧波形からなる選択期間、前記保持電圧波形の繰り返しからなる保持期間をこの順番に有する電圧波形を少なくとも含むコモン電圧波形を、前記選択期間分ずらしながら前記コレステリック液晶表示素子のコモン電極に順次印加するように前記コモンドライバを制御し、
   前記コントローラーは、表示内容に対応して、前記選択期間に同期させて、ＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形、階調信号波形を少なくとも配置したセグメント電圧波形を前記コレステリック液晶表示素子のセグメント電極に印加するように前記セグメントドライバを制御し、
   前記コントローラーは、前記コモン電極に出力するリセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、および前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形は、同一数のユニット期間を有し、前記セグメント電極に出力するＯＮ信号波形およびＯＦＦ信号波形は、同一のユニット期間において、２値の電圧で構成し、前記保持電圧波形は、前記同一のユニット期間において、同じ電圧で構成することによって、前記保持期間に前記コレステリック液晶表示素子の画素に印加される電圧波形が、常に電圧の絶対値が同じになるようにして、階調表示の反射率を制御できるように、前記コモンドライバおよび前記セグメントドライバを制御することを特徴とするコレステリック液晶表示素子装置。
9. 前記リセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、ＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形、階調信号波形の第１および第２の組み合わせを有し、表示内容の書き換えを行うために画素に印加される駆動電圧波形の正の電圧波形と負の電圧波形が等しくなるように、前記コントローラーは、前記第１の組み合わせの電圧波形を各電極に印加するタイミングと、前記第２の組み合わせの電圧波形を各電極に印加するタイミングを制御することを特徴とする請求項８に記載のコレステリック液晶表示装置。
10. 前記リセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、ＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形、階調信号波形の第１および第２の組み合わせを有し、前記コントローラーは、ｎ回目の表示内容の書き換えを前記第１の組み合わせの電圧波形のみで行い、ｎ＋１回目の表示内容の書き換えを前記第２の組み合わせの電圧波形のみで行うように制御することを特徴とする請求項８に記載のコレステリック液晶表示装置。
11. 前記リセット電圧波形、選択電圧波形、保持電圧波形、非選択電圧波形、ＯＮ信号波形、ＯＦＦ信号波形、階調信号波形の第１および第２の組み合わせを有し、前記コントローラーは、連続するｎ回の表示内容の書き換えを前記第１の組み合わせの電圧波形のみで行い、続いて連続するｎ回の表示内容の書き換えを前記第２の組み合わせの電圧波形のみで行うことが交互に繰り返されるように制御することを特徴とする請求項８に記載のコレステリック液晶表示装置。

Images