JP4310915B2 - 液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置、特に、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、室温でコレステリック相を示すカイラルネマティック液晶を用いた液晶表示素子が、電力の供給を停止しても表示状態を維持するメモリ性を有することから、小型・軽量で省エネルギーな素子として注目されている。
【０００３】
この種の液晶表示素子の駆動方法として、本出願人は特願２０００−５５８７４で、１フレームを複数のフィールドに分割するインターレース走査で駆動することを提案した。ここでは、各走査ラインが液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含んで駆動される。
【０００４】
ところで、液晶の状態は、リセット期間ではホメオトロピック状態、維持期間では明状態を選択する場合にはホメオトロピック状態、暗状態を選択する場合にはフォーカルコニック状態になっている。ホメオトロピック状態は完全に透明な状態であり、フォーカルコニック状態は弱い散乱状態である。そのため、暗状態を選択する場合は、液晶はリセット期間で完全な透明状態になった後、維持期間でフォーカルコニック状態の弱い散乱状態となり、時間的に反射率が変化してしまい、これが主な原因となってフリッカが観察されて画面を見にくいものとしていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、画面の書換え時におけるフリッカの発生を極力抑えて見やすい画面とすることのできる液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置を提供することにある。
【０００６】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る第１の駆動方法は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法であって、前記液晶表示素子の各走査ラインを駆動するのに、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含み、リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）であり、１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始することを特徴とする。
【０００７】
以上の構成からなる第１の駆動方法においては、連続する複数本の走査ラインの時間的な平均輝度を均一化してフリッカの発生を抑えることが可能となり、書換え時の画面が見やすくなる。
【００１１】
また、本発明に係る第２の駆動方法は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法であって、前記液晶表示素子の各走査ラインを駆動するのに、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含み、リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）であり、１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始することを特徴とする。
【００１２】
以上の構成からなる第２の駆動方法においては、連続する複数本の走査ラインの時間的な平均輝度を均一化してフリッカの発生を抑えることが可能となり、書換え時の画面が見やすくなる。
【００１６】
さらに、前記第１，２の駆動方法において、インターレース走査による駆動中は常に実質的に前記存在期間を保つことが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子と、前記第１又は第２の駆動方法を実行する駆動手段とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る液晶表示装置においては、液晶表示素子が複数の液晶層を積層してなるものであり、各液晶層をそれぞれ前記駆動手段にて走査するようにしてもよい。複数の液晶層を積層することでフルカラーでの表示が可能になる。
【００１９】
そして、前記液晶表示素子に含まれる液晶はメモリ性を有するものであること、とりわけ室温でコレステリック相を示すものであることが好ましい。このような液晶を用いた表示素子は、小型・軽量で薄型でもあり、表示駆動の終了後は電力の供給を停止しても表示状態を維持できるので消費電力が少ない利点を有している。また、高速駆動のために前記インターレース走査で駆動しても、書込み対象でない走査ライン上の液晶は表示状態が継続されており、見やすさを確保するうえでも好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
（液晶表示素子、図１参照）
まず、液晶表示装置を構成するコレステリック相を示す液晶層を有する液晶表示素子について説明する。
【００２２】
図１は単純マトリクス駆動方式による反射型のフルカラー液晶表示素子を示す。この液晶表示素子１００は、光吸収層１２１の上に、赤色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う赤色表示層１１１Ｒを配し、その上に緑色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う緑色表示層１１１Ｇを積層し、さらに、その上に青色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う青色表示層１１１Ｂを積層したものである。
【００２３】
各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、それぞれ透明電極１１３，１１４を形成した透明基板１１２間に樹脂製柱状構造物１１５、液晶１１６及びスペーサ１１７を挟持したものである。透明電極１１３，１１４上には必要に応じて絶縁膜１１８、配向制御膜１１９が設けられる。また、基板１１２の外周部（表示領域外）には液晶１１６を封止するためのシール材１２０が設けられる。
【００２４】
透明電極１１３，１１４はそれぞれ駆動ＩＣ１３１，１３２（図２参照）に接続されており、透明電極１１３，１１４の間にそれぞれ所定のパルス電圧が印加される。この印加電圧に応答して、液晶１１６が可視光を透過する透明状態と特定波長の可視光を選択的に反射する選択反射状態との間で表示が切り換えられる。
【００２５】
各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂに設けられている透明電極１１３，１１４は、それぞれ微細な間隔を保って平行に並べられた複数の帯状電極よりなり、その帯状電極の並ぶ向きが互いに直角方向となるように対向させてある。これら上下の帯状電極に順次通電が行われる。即ち、各液晶１１６に対してマトリクス状に順次電圧が印加されて表示が行われる。これをマトリクス駆動と称し、電極１１３，１１４が交差する部分が各画素を構成することになる。このようなマトリクス駆動を各表示層ごとに行うことにより液晶表示素子１００にフルカラー画像の表示を行う。
【００２６】
詳しくは、２枚の基板間にコレステリック相を示す液晶を挟持した液晶表示素子では、液晶の状態をプレーナ状態とフォーカルコニック状態に切り換えて表示を行う。液晶がプレーナ状態の場合、コレステリック液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶の平均屈折率をｎとすると、波長λ＝Ｐ・ｎの光が選択的に反射される。また、フォーカルコニック状態では、コレステリック液晶の選択反射波長が赤外光域にある場合には散乱し、それよりも短い場合には可視光を透過する。そのため、選択反射波長を可視光域に設定し、素子の観察側と反対側に光吸収層を設けることにより、プレーナ状態で選択反射色の表示、フォーカルコニック状態で黒の表示が可能になる。また、選択反射波長を赤外光域に設定し、素子の観察側と反対側に光吸収層を設けることにより、プレーナ状態では赤外光域の波長の光を反射するが可視光域の波長の光は透過するので黒の表示、フォーカルコニック状態で散乱による白の表示が可能になる。
【００２７】
各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂを積層した液晶表示素子１００は、青色表示層１１１Ｂ及び緑色表示層１１１Ｇを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、赤色表示層１１１Ｒを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、赤色表示を行うことができる。また、青色表示層１１１Ｂを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、緑色表示層１１１Ｇ及び赤色表示層１１１Ｒを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、イエローの表示を行うことができる。同様に、各表示層の状態を透明状態と選択反射状態とを適宜選択することにより赤色、緑色、青色、白色、シアン、マゼンタ、イエロー、黒色の表示が可能である。さらに、各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂの状態として中間の選択反射状態を選択することにより中間色の表示が可能となり、フルカラー表示素子として利用できる。
【００２８】
液晶１１６としては、室温でコレステリック相を示すものが好ましく、特に、ネマティック液晶にカイラル材を添加することによって得られるカイラルネマティック液晶が好適である。
【００２９】
カイラル材は、ネマティック液晶に添加された場合にネマティック液晶の分子を捩る作用を有する添加剤である。カイラル材をネマティック液晶に添加することにより、所定の捩れ間隔を有する液晶分子の螺旋構造が生じ、これによりコレステリック相を示す。
【００３０】
なお、メモリ性液晶自体は必ずしもこの構成に限定されるわけではなく、従来公知の高分子の３次元網目構造のなかに液晶が分散された、あるいは、液晶中に高分子の３次元網目構造が形成された、いわゆる高分子分散型の液晶複合膜として液晶表示層を構成することも可能である。
【００３１】
（駆動回路、図２参照）
前記液晶表示素子１００の画素構成は、図２に示すように、それぞれ複数本の走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍと信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎ（ｍ，ｎは自然数）とのマトリクスで表される。走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍは走査駆動ＩＣ１３１の出力端子に接続され、信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎは信号駆動ＩＣ１３２の出力端子に接続されている。
【００３２】
なお、説明を簡単にするために、図２には一つの液晶層を駆動するための１系統の駆動回路についてのみ記載してあるが、実際は三つの液晶層を駆動するための３系統の駆動回路が設けられており、後述する駆動方法が各液晶層に対して実行される。走査電極又は信号電極を各液晶層で共通化してもよく、例えば、各液晶層の走査電極を共通化し、各液晶層の走査駆動ＩＣを兼用してもよい。
【００３３】
走査駆動ＩＣ１３１は、走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍのうち所定のものに選択信号を出力して選択状態とする一方、その他の電極には非選択信号を出力して非選択状態とする。走査駆動ＩＣ１３１は、所定の時間間隔で電極を切り換えながら順次各走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍに選択信号を印加してゆく。一方、信号駆動ＩＣ１３２は、選択状態にある走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍ上の各画素を書き換えるべく、画像データに応じた信号を各信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎに同時に出力する。例えば、走査電極Ｒａが選択されると（ａはａ≦ｍを満たす自然数）、この走査電極Ｒａと各信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎとの交差部分の画素ＬＲａ−Ｃ１〜ＬＲａ−Ｃｎが同時に書き換えられる。これにより、各画素における走査電極と信号電極との電圧差が画素の書換え電圧となり、各画素がこの書換え電圧に応じて書き換えられる。
【００３４】
駆動回路は中央処理装置１３５、画像処理装置１３６、画像メモリ１３７、コントローラ１３３，１３４及び駆動ＩＣ（ドライバ）１３１，１３２にて構成されている。画像メモリ１３７に記憶された画像データに基づいてコントローラ１３３，１３４が駆動ＩＣ１３１，１３２を制御し、液晶表示素子１００の各走査電極及び信号電極間に順次電圧を印加し、液晶表示素子１００に画像を書き込む。
【００３５】
ここで、コレステリック相を示す液晶の捩れを解くための第１の閾値電圧をＶth１とすると、電圧Ｖth１を十分な時間印加した後に電圧を第１の閾値電圧Ｖth１よりも小さい第２の閾値電圧Ｖth２以下に下げるとプレーナ状態になる。また、Ｖth２以上でＶth１以下の電圧を十分な時間印加するとフォーカルコニック状態になる。この二つの状態は電圧印加を停止した後でも安定に維持される。また、Ｖth１〜Ｖth２間の電圧を印加することにより、中間調の表示、即ち、階調表示が可能である。
【００３６】
なお、部分的に書換えを行う場合は、書き換えたい部分を含むように特定の走査ラインのみを順次選択するようにすればよい。これにより、必要な部分のみを短時間で書き換えることができる。
【００３７】
（駆動原理、図３，４参照）
以下、前記液晶表示素子１００に適用可能な駆動方法の一例について説明する。まず、本駆動方法の駆動原理について説明する。なお、ここでは、交流化されたパルス波形を用いた具体例を挙げて説明するが、駆動方法がこの波形に限定されないことはいうまでもない。ここで一例として挙げる駆動方法は、図３に示すように、大きく分けて、リセット期間Ｔｒと選択期間Ｔｓと維持期間Ｔｅと表示期間Ｔｄとから構成されている。
【００３８】
なお、図３において、図の上段にはある一画素の液晶（ＬＣＤ１）に印加される駆動波形を示し、図の下段には、各期間における液晶の状態を模式的に示している。図３に示すように、本例ではリセット期間Ｔｒが選択期間Ｔｓの２倍、維持期間Ｔｅが選択期間Ｔｓの３倍の長さに設定されている。従って、選択期間Ｔｓの６倍の期間で１ラインの書換えが完了することになり、線順次駆動した場合には６ライン分の帯状の暗部が走って見えることになる。
【００３９】
リセット期間Ｔｒでは、まず最初に、書込みを行う走査電極上の画素に絶対値ＶＲの電圧を印加することにより、この走査電極上の画素はホメオトロピック状態にリセットされる（図３中ａ参照）。
【００４０】
選択期間Ｔｓはさらに三つの期間（前選択期間Ｔｓ１、選択パルス印加期間Ｔｓ２、後選択期間Ｔｓ３）から構成されている。前選択期間Ｔｓ１では、書込みを行う走査電極上の画素に作用する電圧をゼロにする。このとき、液晶は捻れが少しだけ戻った状態（第１遷移状態）になると考えられる（図３中ｂ参照）。次に、表示しようとする画像に応じた選択パルスを印加する（選択パルス印加期間Ｔｓ２）。この選択パルス印加期間Ｔｓ２では、最終的にプレーナ状態を選択したい画素とフォーカルコニック状態を選択したい画素とでは、印加するパルスの形状が異なる。そこで、選択パルス印加期間Ｔｓ２以降については、プレーナ状態を選択する場合と、フォーカルコニック状態を選択する場合とに分けて説明する。
【００４１】
プレーナ状態を選択する場合には、選択パルス印加期間Ｔｓ２に絶対値Ｖｓｅｌの選択パルスを印加し、再び液晶をホメオトロピック状態にする（図３中ｃ１参照）。その後、後選択期間Ｔｓ３で電圧をゼロにすると、液晶は捻れが少しだけ戻った状態になる（図３中ｄ１参照）。この状態は先の第１遷移状態にほぼ等しいと考えられる。
【００４２】
その後の維持期間Ｔｅでは、まず最初に、書込みを行う走査電極上の画素に絶対値Ｖｅのパルス電圧を印加する。先の選択期間Ｔｓで捻れが少しだけ戻った状態になった液晶は、このパルス電圧Ｖｅの印加で再び捻れが解け、ホメオトロピック状態になる（図３中ｅ１参照）。
【００４３】
表示期間Ｔｄでは、液晶に印加される電圧をゼロにする。ホメオトロピック状態の液晶は電圧をゼロにすることにより、プレーナ状態となる（図３中ｆ１参照）。このようにして、プレーナ状態が選択される。
【００４４】
一方、最終的にフォーカルコニック状態を選択したい場合には、選択パルス印加期間Ｔｓ２に、液晶にかかる電圧をゼロにする。これにより、液晶の捻れがさらに戻った状態（第２遷移状態）となる（図３中ｃ２参照）。そして、後選択期間Ｔｓ３は、プレーナ状態を選択する場合と同様に、液晶にかかる電圧をゼロにする。こうすることにより、液晶は捻れが戻って、ヘリカルピッチが２倍程度に広がった状態（第３遷移状態）になるものと考えられる（図３中ｄ２参照）。なお、この状態は、米国特許第５，７４８，２７７号明細書に記載されているトランジェントプレーナと呼ばれる状態に近いと考えられる。
【００４５】
その後の維持期間Ｔｅでは、プレーナ状態を選択する場合と同様に、書込みを行う走査ライン上の画素に絶対値Ｖｅのパルス電圧を印加する。先の選択期間Ｔｓで捻れが戻ってきた液晶は、このパルス電圧Ｖｅの印加でフォーカルコニック状態へと遷移する（第４遷移状態、図３中ｅ２参照）。
【００４６】
表示期間Ｔｄでは、プレーナ状態を選択する場合と同様に、液晶に印加される電圧をゼロにする。フォーカルコニック状態の液晶は電圧をゼロにしても、フォーカルコニック状態のまま固定される。このようにして、フォーカルコニック状態が選択される（図３中ｆ２参照）。
【００４７】
前述のように、選択期間Ｔｓの中央の短い時間、即ち、選択パルス印加期間Ｔｓ２に印加する選択パルスにより、最終的な液晶の表示状態が選択できる。また、この選択パルスのパルス幅を調整することにより、具体的には、信号電極に印加するパルスの形状を画像データに応じて変化させることにより、中間調の表示が可能である。
【００４８】
前選択期間Ｔｓ１及び後選択期間Ｔｓ３に液晶に印加する電圧値は、ゼロに近い値であって実質的に電圧が作用しない程度の電圧値の範囲内であってもよい。
【００４９】
図４は、マトリクス状に配された複数画素の中のある画素の液晶にかかる駆動電圧波形と、この波形を得るための走査電極（ロウ）と信号電極（カラム）の波形の一例を示す。図４において、ロウとは走査電極上の１ラインを意味し、カラムとは信号電極上の１ラインを意味する。また、ＬＣＤとは前記ロウとカラムとが交差する部分の一画素分の液晶層を意味する。
【００５０】
図４に示すように、マトリクス駆動の場合は、維持期間Ｔｅを経過した後も他の走査電極上の画素にデータを書き込むため、所定電圧がクロストーク電圧として信号電極から印加される。このクロストーク電圧が印加される期間をクロストーク期間Ｔｄ’と称する。このクロストーク電圧はパルス幅が小さくてエネルギーが小さいため、液晶の状態にはほとんど影響を及ぼさない。
【００５１】
全ての走査電極の選択が完了し、最後に選択された走査電極の維持期間Ｔｅが終了すると、他の走査電極のクロストーク期間Ｔｄ’が全て終了し、全走査電極及び信号電極への印加電圧をゼロにして表示期間Ｔｄとなる。そして、次の書換えまでこの状態が継続される。
【００５２】
なお、図４では、簡略化のため、リセット期間Ｔｒ、選択期間Ｔｓ、維持期間Ｔｅ及びクロストーク期間Ｔｄ’の長さを全て等しくして図示している。また、同じ理由で図４ではカラムの信号は全てプレーナ状態を選択するためのパルスとして描いている。
【００５３】
（駆動例１、図５参照）
以下、マトリクス駆動方法の駆動例１について説明する。なお、以下に示す駆動例１，２において、ロウ１〜３とは順に選択される３本の走査電極を意味し、カラムとは前記各走査電極に交差する１本の信号電極を意味し、ＬＣＤ１〜３とはロウ１〜３とカラムとの交差部に形成される三つの画素に相当する液晶層を意味する。
【００５４】
先に述べたように、本実施形態の駆動方法においては、リセット期間、選択期間、維持期間及びクロストーク期間を有する。さらに、選択期間は、前選択期間、選択パルス印加期間及び後選択期間の三つに分かれており、選択期間のうちの一部分にのみ選択パルスが印加される。
【００５５】
選択パルスは書込み対象画素に表示させる画像データにより形状を変える必要があり、カラムには画像データに応じて異なる形状の選択パルスを印加しなければならない。一方、前選択期間及び後選択期間では、常に画素内の液晶には電圧ゼロを印加するので、電圧ゼロを得られるような、ロウ、カラムともにある決まったパルス波形の組合せを用いることができる。図５に示す駆動例では、このことを利用して、複数の走査電極上の画素に対して、リセットと維持と表示とを同時に行っている。
【００５６】
例えば、ＬＣＤ２が前選択期間にあるとき、ロウ２及びロウ３には互いに異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加し、ロウ１には＋Ｖ１／２の電圧を印加する。このとき、カラムにロウ３と異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加すると、ＬＣＤ３には電圧±ＶＲ＝±Ｖ１のリセットパルスが、ＬＣＤ２には電圧ゼロが、ＬＣＤ１には電圧±Ｖｅ＝±Ｖ１／２の維持パルスが印加される。
【００５７】
ＬＣＤ２が選択パルス印加期間にあるときは、カラムからは画像データによって異なる形状のデータパルス（電圧＋Ｖ１）が印加されるため、ロウ１、ロウ３ともに電圧＋Ｖ１／２のパルスを印加して、ＬＣＤ１、ＬＣＤ３には±Ｖ１／２の電圧がかかるようにする。ロウ２には電圧＋Ｖ１のパルスを印加し、カラムに印加するデータパルスとの電圧差（±Ｖ１又はゼロ）が、電圧±Ｖｓｅｌの選択パルスとしてＬＣＤ２に印加される。カラムに印加するデータパルスの形状を変化させることで、選択パルスのパルス幅を変化させることができる。
【００５８】
後選択期間では、前選択期間と同様のことを行う。即ち、ロウ２及びロウ３には互いに異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加し、ロウ１には＋Ｖ１／２の電圧を印加する。そして、カラムにロウ３と異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加することにより、ＬＣＤ３に電圧±ＶＲ＝±Ｖ１のリセットパルス、ＬＣＤ２に電圧ゼロ、ＬＣＤ１に電圧±Ｖｅ＝±Ｖ１／２の維持パルスを印加する。
【００５９】
リセット期間、選択期間及び維持期間以外の期間は、各走査電極には、他の走査電極の前選択期間及び後選択期間に信号電極から印加するデータパルスと同じ位相の波形を印加し、他の走査電極の選択パルス印加期間には電圧＋Ｖ１／２のパルスを印加する。こうすることによって、この部分の液晶には、画像データに応じて、選択パルスと同じパルス幅で、電圧±Ｖ１／２のクロストーク電圧が印加される。このクロストーク電圧は、パルス幅が狭いため、液晶の表示状態には影響を及ぼさない。
【００６０】
以上のパルス電圧の印加を各走査電極に対して順次繰返し実行することにより、画像表示を行うことができる。各走査電極の選択はインターレース走査で行うことが好ましい。また、任意の走査電極に前記リセットパルス、選択パルス、維持パルスを印加することができるので、部分書換えを行うこともできる。
【００６１】
なお、この駆動例１では、駆動ＩＣに必要な出力電圧数は、ロウ側が３値（Ｖ１、Ｖ１／２、ＧＮＤ）、カラム側が２値（Ｖ１、ＧＮＤ）となる。このように、ロウ側３値、カラム側２値のドライバを使用することで、駆動ＩＣコストを低減することができる。
【００６２】
（駆動例２、図６参照）
前記駆動例１では、選択期間全体の長さを基準として走査を行っていたのに対して、ここで説明する駆動例２では、選択パルス印加時間を基準として走査を行うようにしている。具体的には、選択パルスをパルス幅変調しており、液晶が最も高い反射率を示す状態にするための最大のパルス幅を基準として走査を行うようにしている。ここでは、信号電極には順に、透過、中間調、全反射をそれぞれ選択するような信号電圧が入力されている。
【００６３】
この駆動例２では、先に述べたように、選択期間は選択パルス印加時間とその前後の前選択時間及び後選択時間とに分かれている。前選択時間と後選択時間の長さは選択パルス幅（選択パルス印加時間）の整数倍（図６では１倍）にする。
【００６４】
この場合、各走査電極（ロウ１，２，３）にはリセット電圧±Ｖ１が、選択電圧±Ｖ２が、維持電圧±Ｖ３が印加され、リセット期間及び維持期間の長さは、それぞれ選択パルス印加時間の整数倍（図６では２倍）にする。また、表示（クロストーク）期間は電圧０Ｖとされる。一方、信号電極（カラム）には画像データに応じて位相をシフトさせた電圧±Ｖ４のパルス波形が印加される。
【００６５】
この駆動例２では、カラムへの印加電圧±Ｖ４の位相及び電圧値と選択電圧±Ｖ２とに基いて選択パルスの波形が決められ、電圧±Ｖ４の位相が選択電圧±Ｖ２と同じ場合は、±（Ｖ２−Ｖ４）の選択パルスとなり透過（フォーカルコニック状態）が選択され、逆位相の場合は±（Ｖ２＋Ｖ４）の選択パルスとなり選択反射（プレーナ状態）が選択される。なお、電圧Ｖ２及びＶ４の値は透過と反射を選択するのに適当な値とし、また、クロストークとなる電圧Ｖ４の値は液晶の状態を変化させる所定の閾値以内の値としている。
【００６６】
なお、駆動例２においては、選択パルス印加時間の分だけずらして走査を行っている（即ち、選択パルス印加時間が走査時間に等しい）が、前選択時間や後選択時間を設ける場合、前選択時間や後選択時間を含めた選択期間の分だけずらして走査を行うようにしてもよい（即ち、選択期間が走査時間に等しい）。
【００６７】
（インターレース走査）
以下、インターレース走査による駆動方法について走査例１〜５を挙げて説明する。インターレース走査とは、線順次走査に対置されるもので、１フレーム（１画像）を複数のフィールドに分割し、１又は複数の走査ラインを飛び越して走査する形態を言う。
【００６８】
（走査例１、図７参照）
この走査例１では、１フレームを４フィールドに分割し（ｍ＝４）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。各走査ラインにおける書込みは、図３，４に示したように、リセット期間Ｔｒ、選択期間Ｔｓ及び維持期間Ｔｅで構成され、これらの三つの期間にあっては液晶表示素子は裏面の光吸収層が目視されるブラックアウト状態となる（図８参照）。その後、液晶は表示状態Ｔｄを維持する。
【００６９】
リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さは等しく（ｎ＝１）設定されている。従って、連続する４本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが１本、維持期間にある走査ラインが１本、表示期間にある走査ラインが２本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７０】
なお、マトリクス駆動の場合、前の選択ラインのパルスによりクロストークが生じるので、図８の表示期間には実際には画面の書換え中はクロストークが生じクロストーク期間Ｔｄ’となる。
【００７１】
（走査例２、図９参照）
この走査例２では、１フレームを７フィールドに分割し（ｍ＝７）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールド、第６フィールド、第７フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７２】
選択期間に維持期間を加えた長さはリセット期間の長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する７本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが１本、維持期間にある走査ラインが２本、表示期間にある走査ラインが４本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７３】
（走査例３、図１０参照）
この走査例３では、１フレームを５フィールドに分割し（ｍ＝５）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７４】
リセット期間に選択期間を加えた長さは維持期間の長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する５本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが２本、維持期間にある走査ラインが１本、表示期間にある走査ラインが２本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７５】
（走査例４、図１１参照）
この走査例４では、１フレームを５フィールドに分割し（ｍ＝５）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７６】
リセット期間の長さは選択期間に維持期間を加えた長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する５本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが２本、維持期間にある走査ラインが１本、表示期間にある走査ラインが２本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７７】
（走査例５、図１２参照）
この走査例５は、１フレームを７フィールドに分割し（ｍ＝７）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールド、第６フィールド、第７フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７８】
維持期間の長さはリセット期間に選択期間を加えた長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する７本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが１本、維持期間にある走査ラインが２本、表示期間にある走査ラインが４本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７９】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００８０】
特に、液晶表示素子の構成、材料、製造方法や、駆動回路の構成等は任意である。また、駆動方法、走査例ともに前記実施形態に示したもの以外に種々の態様を採用することができる。
【００８１】
前記実施形態における走査ラインの数、信号ラインの数、フィールド分割数などはいずれも一例であり、本発明はこれに限定されることなく、種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置に使用される液晶表示素子の一例を示す断面図。
【図２】前記液晶表示素子の駆動回路を示すブロック図。
【図３】前記液晶表示素子の駆動方法１の原理を示す説明図。
【図４】前記駆動方法１における基本的な駆動波形を示すチャート図。
【図５】駆動例１における駆動波形を示すチャート図。
【図６】駆動例２における駆動波形を示すチャート図。
【図７】インターレース走査例１を示すチャート図。
【図８】１画素への書込み期間を示すチャート図。
【図９】インターレース走査例２を示すチャート図。
【図１０】インターレース走査例３を示すチャート図。
【図１１】インターレース走査例４を示すチャート図。
【図１２】インターレース走査例５を示すチャート図。
【符号の説明】
１００…液晶表示素子
１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ…液晶表示層
Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍ…走査電極
Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎ…信号電極
１３１…走査駆動ＩＣ
１３２…信号駆動ＩＣ
１３３，１３４…コントローラ
１３５…ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置、特に、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、室温でコレステリック相を示すカイラルネマティック液晶を用いた液晶表示素子が、電力の供給を停止しても表示状態を維持するメモリ性を有することから、小型・軽量で省エネルギーな素子として注目されている。
【０００３】
この種の液晶表示素子の駆動方法として、本出願人は特願２０００−５５８７４で、１フレームを複数のフィールドに分割するインターレース走査で駆動することを提案した。ここでは、各走査ラインが液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含んで駆動される。
【０００４】
ところで、液晶の状態は、リセット期間ではホメオトロピック状態、維持期間では明状態を選択する場合にはホメオトロピック状態、暗状態を選択する場合にはフォーカルコニック状態になっている。ホメオトロピック状態は完全に透明な状態であり、フォーカルコニック状態は弱い散乱状態である。そのため、暗状態を選択する場合は、液晶はリセット期間で完全な透明状態になった後、維持期間でフォーカルコニック状態の弱い散乱状態となり、時間的に反射率が変化してしまい、これが主な原因となってフリッカが観察されて画面を見にくいものとしていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、画面の書換え時におけるフリッカの発生を極力抑えて見やすい画面とすることのできる液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置を提供することにある。
【０００６】
【発明の構成、作用及び効果】
以上の目的を達成するため、本発明に係る第１の駆動方法は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法であって、前記液晶表示素子の各走査ラインを駆動するのに、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含み、リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）であり、１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始することを特徴とする。
【０００７】
以上の構成からなる第１の駆動方法においては、連続する複数本の走査ラインの時間的な平均輝度を均一化してフリッカの発生を抑えることが可能となり、書換え時の画面が見やすくなる。
【００１１】
また、本発明に係る第２の駆動方法は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法であって、前記液晶表示素子の各走査ラインを駆動するのに、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含み、リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）であり、１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始することを特徴とする。
【００１２】
以上の構成からなる第２の駆動方法においては、連続する複数本の走査ラインの時間的な平均輝度を均一化してフリッカの発生を抑えることが可能となり、書換え時の画面が見やすくなる。
【００１６】
さらに、前記第１，２の駆動方法において、インターレース走査による駆動中は常に実質的に前記存在期間を保つことが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子と、前記第１又は第２の駆動方法を実行する駆動手段とを備えていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る液晶表示装置においては、液晶表示素子が複数の液晶層を積層してなるものであり、各液晶層をそれぞれ前記駆動手段にて走査するようにしてもよい。複数の液晶層を積層することでフルカラーでの表示が可能になる。
【００１９】
そして、前記液晶表示素子に含まれる液晶はメモリ性を有するものであること、とりわけ室温でコレステリック相を示すものであることが好ましい。このような液晶を用いた表示素子は、小型・軽量で薄型でもあり、表示駆動の終了後は電力の供給を停止しても表示状態を維持できるので消費電力が少ない利点を有している。また、高速駆動のために前記インターレース走査で駆動しても、書込み対象でない走査ライン上の液晶は表示状態が継続されており、見やすさを確保するうえでも好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２１】
（液晶表示素子、図１参照）
まず、液晶表示装置を構成するコレステリック相を示す液晶層を有する液晶表示素子について説明する。
【００２２】
図１は単純マトリクス駆動方式による反射型のフルカラー液晶表示素子を示す。この液晶表示素子１００は、光吸収層１２１の上に、赤色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う赤色表示層１１１Ｒを配し、その上に緑色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う緑色表示層１１１Ｇを積層し、さらに、その上に青色の選択反射と透明状態の切換えにより表示を行う青色表示層１１１Ｂを積層したものである。
【００２３】
各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂは、それぞれ透明電極１１３，１１４を形成した透明基板１１２間に樹脂製柱状構造物１１５、液晶１１６及びスペーサ１１７を挟持したものである。透明電極１１３，１１４上には必要に応じて絶縁膜１１８、配向制御膜１１９が設けられる。また、基板１１２の外周部（表示領域外）には液晶１１６を封止するためのシール材１２０が設けられる。
【００２４】
透明電極１１３，１１４はそれぞれ駆動ＩＣ１３１，１３２（図２参照）に接続されており、透明電極１１３，１１４の間にそれぞれ所定のパルス電圧が印加される。この印加電圧に応答して、液晶１１６が可視光を透過する透明状態と特定波長の可視光を選択的に反射する選択反射状態との間で表示が切り換えられる。
【００２５】
各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂに設けられている透明電極１１３，１１４は、それぞれ微細な間隔を保って平行に並べられた複数の帯状電極よりなり、その帯状電極の並ぶ向きが互いに直角方向となるように対向させてある。これら上下の帯状電極に順次通電が行われる。即ち、各液晶１１６に対してマトリクス状に順次電圧が印加されて表示が行われる。これをマトリクス駆動と称し、電極１１３，１１４が交差する部分が各画素を構成することになる。このようなマトリクス駆動を各表示層ごとに行うことにより液晶表示素子１００にフルカラー画像の表示を行う。
【００２６】
詳しくは、２枚の基板間にコレステリック相を示す液晶を挟持した液晶表示素子では、液晶の状態をプレーナ状態とフォーカルコニック状態に切り換えて表示を行う。液晶がプレーナ状態の場合、コレステリック液晶の螺旋ピッチをＰ、液晶の平均屈折率をｎとすると、波長λ＝Ｐ・ｎの光が選択的に反射される。また、フォーカルコニック状態では、コレステリック液晶の選択反射波長が赤外光域にある場合には散乱し、それよりも短い場合には可視光を透過する。そのため、選択反射波長を可視光域に設定し、素子の観察側と反対側に光吸収層を設けることにより、プレーナ状態で選択反射色の表示、フォーカルコニック状態で黒の表示が可能になる。また、選択反射波長を赤外光域に設定し、素子の観察側と反対側に光吸収層を設けることにより、プレーナ状態では赤外光域の波長の光を反射するが可視光域の波長の光は透過するので黒の表示、フォーカルコニック状態で散乱による白の表示が可能になる。
【００２７】
各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂを積層した液晶表示素子１００は、青色表示層１１１Ｂ及び緑色表示層１１１Ｇを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、赤色表示層１１１Ｒを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、赤色表示を行うことができる。また、青色表示層１１１Ｂを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、緑色表示層１１１Ｇ及び赤色表示層１１１Ｒを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、イエローの表示を行うことができる。同様に、各表示層の状態を透明状態と選択反射状態とを適宜選択することにより赤色、緑色、青色、白色、シアン、マゼンタ、イエロー、黒色の表示が可能である。さらに、各表示層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂの状態として中間の選択反射状態を選択することにより中間色の表示が可能となり、フルカラー表示素子として利用できる。
【００２８】
液晶１１６としては、室温でコレステリック相を示すものが好ましく、特に、ネマティック液晶にカイラル材を添加することによって得られるカイラルネマティック液晶が好適である。
【００２９】
カイラル材は、ネマティック液晶に添加された場合にネマティック液晶の分子を捩る作用を有する添加剤である。カイラル材をネマティック液晶に添加することにより、所定の捩れ間隔を有する液晶分子の螺旋構造が生じ、これによりコレステリック相を示す。
【００３０】
なお、メモリ性液晶自体は必ずしもこの構成に限定されるわけではなく、従来公知の高分子の３次元網目構造のなかに液晶が分散された、あるいは、液晶中に高分子の３次元網目構造が形成された、いわゆる高分子分散型の液晶複合膜として液晶表示層を構成することも可能である。
【００３１】
（駆動回路、図２参照）
前記液晶表示素子１００の画素構成は、図２に示すように、それぞれ複数本の走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍと信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎ（ｍ，ｎは自然数）とのマトリクスで表される。走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍは走査駆動ＩＣ１３１の出力端子に接続され、信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎは信号駆動ＩＣ１３２の出力端子に接続されている。
【００３２】
なお、説明を簡単にするために、図２には一つの液晶層を駆動するための１系統の駆動回路についてのみ記載してあるが、実際は三つの液晶層を駆動するための３系統の駆動回路が設けられており、後述する駆動方法が各液晶層に対して実行される。走査電極又は信号電極を各液晶層で共通化してもよく、例えば、各液晶層の走査電極を共通化し、各液晶層の走査駆動ＩＣを兼用してもよい。
【００３３】
走査駆動ＩＣ１３１は、走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍのうち所定のものに選択信号を出力して選択状態とする一方、その他の電極には非選択信号を出力して非選択状態とする。走査駆動ＩＣ１３１は、所定の時間間隔で電極を切り換えながら順次各走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍに選択信号を印加してゆく。一方、信号駆動ＩＣ１３２は、選択状態にある走査電極Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍ上の各画素を書き換えるべく、画像データに応じた信号を各信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎに同時に出力する。例えば、走査電極Ｒａが選択されると（ａはａ≦ｍを満たす自然数）、この走査電極Ｒａと各信号電極Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎとの交差部分の画素ＬＲａ−Ｃ１〜ＬＲａ−Ｃｎが同時に書き換えられる。これにより、各画素における走査電極と信号電極との電圧差が画素の書換え電圧となり、各画素がこの書換え電圧に応じて書き換えられる。
【００３４】
駆動回路は中央処理装置１３５、画像処理装置１３６、画像メモリ１３７、コントローラ１３３，１３４及び駆動ＩＣ（ドライバ）１３１，１３２にて構成されている。画像メモリ１３７に記憶された画像データに基づいてコントローラ１３３，１３４が駆動ＩＣ１３１，１３２を制御し、液晶表示素子１００の各走査電極及び信号電極間に順次電圧を印加し、液晶表示素子１００に画像を書き込む。
【００３５】
ここで、コレステリック相を示す液晶の捩れを解くための第１の閾値電圧をＶth１とすると、電圧Ｖth１を十分な時間印加した後に電圧を第１の閾値電圧Ｖth１よりも小さい第２の閾値電圧Ｖth２以下に下げるとプレーナ状態になる。また、Ｖth２以上でＶth１以下の電圧を十分な時間印加するとフォーカルコニック状態になる。この二つの状態は電圧印加を停止した後でも安定に維持される。また、Ｖth１〜Ｖth２間の電圧を印加することにより、中間調の表示、即ち、階調表示が可能である。
【００３６】
なお、部分的に書換えを行う場合は、書き換えたい部分を含むように特定の走査ラインのみを順次選択するようにすればよい。これにより、必要な部分のみを短時間で書き換えることができる。
【００３７】
（駆動原理、図３，４参照）
以下、前記液晶表示素子１００に適用可能な駆動方法の一例について説明する。まず、本駆動方法の駆動原理について説明する。なお、ここでは、交流化されたパルス波形を用いた具体例を挙げて説明するが、駆動方法がこの波形に限定されないことはいうまでもない。ここで一例として挙げる駆動方法は、図３に示すように、大きく分けて、リセット期間Ｔｒと選択期間Ｔｓと維持期間Ｔｅと表示期間Ｔｄとから構成されている。
【００３８】
なお、図３において、図の上段にはある一画素の液晶（ＬＣＤ１）に印加される駆動波形を示し、図の下段には、各期間における液晶の状態を模式的に示している。図３に示すように、本例ではリセット期間Ｔｒが選択期間Ｔｓの２倍、維持期間Ｔｅが選択期間Ｔｓの３倍の長さに設定されている。従って、選択期間Ｔｓの６倍の期間で１ラインの書換えが完了することになり、線順次駆動した場合には６ライン分の帯状の暗部が走って見えることになる。
【００３９】
リセット期間Ｔｒでは、まず最初に、書込みを行う走査電極上の画素に絶対値ＶＲの電圧を印加することにより、この走査電極上の画素はホメオトロピック状態にリセットされる（図３中ａ参照）。
【００４０】
選択期間Ｔｓはさらに三つの期間（前選択期間Ｔｓ１、選択パルス印加期間Ｔｓ２、後選択期間Ｔｓ３）から構成されている。前選択期間Ｔｓ１では、書込みを行う走査電極上の画素に作用する電圧をゼロにする。このとき、液晶は捻れが少しだけ戻った状態（第１遷移状態）になると考えられる（図３中ｂ参照）。次に、表示しようとする画像に応じた選択パルスを印加する（選択パルス印加期間Ｔｓ２）。この選択パルス印加期間Ｔｓ２では、最終的にプレーナ状態を選択したい画素とフォーカルコニック状態を選択したい画素とでは、印加するパルスの形状が異なる。そこで、選択パルス印加期間Ｔｓ２以降については、プレーナ状態を選択する場合と、フォーカルコニック状態を選択する場合とに分けて説明する。
【００４１】
プレーナ状態を選択する場合には、選択パルス印加期間Ｔｓ２に絶対値Ｖｓｅｌの選択パルスを印加し、再び液晶をホメオトロピック状態にする（図３中ｃ１参照）。その後、後選択期間Ｔｓ３で電圧をゼロにすると、液晶は捻れが少しだけ戻った状態になる（図３中ｄ１参照）。この状態は先の第１遷移状態にほぼ等しいと考えられる。
【００４２】
その後の維持期間Ｔｅでは、まず最初に、書込みを行う走査電極上の画素に絶対値Ｖｅのパルス電圧を印加する。先の選択期間Ｔｓで捻れが少しだけ戻った状態になった液晶は、このパルス電圧Ｖｅの印加で再び捻れが解け、ホメオトロピック状態になる（図３中ｅ１参照）。
【００４３】
表示期間Ｔｄでは、液晶に印加される電圧をゼロにする。ホメオトロピック状態の液晶は電圧をゼロにすることにより、プレーナ状態となる（図３中ｆ１参照）。このようにして、プレーナ状態が選択される。
【００４４】
一方、最終的にフォーカルコニック状態を選択したい場合には、選択パルス印加期間Ｔｓ２に、液晶にかかる電圧をゼロにする。これにより、液晶の捻れがさらに戻った状態（第２遷移状態）となる（図３中ｃ２参照）。そして、後選択期間Ｔｓ３は、プレーナ状態を選択する場合と同様に、液晶にかかる電圧をゼロにする。こうすることにより、液晶は捻れが戻って、ヘリカルピッチが２倍程度に広がった状態（第３遷移状態）になるものと考えられる（図３中ｄ２参照）。なお、この状態は、米国特許第５，７４８，２７７号明細書に記載されているトランジェントプレーナと呼ばれる状態に近いと考えられる。
【００４５】
その後の維持期間Ｔｅでは、プレーナ状態を選択する場合と同様に、書込みを行う走査ライン上の画素に絶対値Ｖｅのパルス電圧を印加する。先の選択期間Ｔｓで捻れが戻ってきた液晶は、このパルス電圧Ｖｅの印加でフォーカルコニック状態へと遷移する（第４遷移状態、図３中ｅ２参照）。
【００４６】
表示期間Ｔｄでは、プレーナ状態を選択する場合と同様に、液晶に印加される電圧をゼロにする。フォーカルコニック状態の液晶は電圧をゼロにしても、フォーカルコニック状態のまま固定される。このようにして、フォーカルコニック状態が選択される（図３中ｆ２参照）。
【００４７】
前述のように、選択期間Ｔｓの中央の短い時間、即ち、選択パルス印加期間Ｔｓ２に印加する選択パルスにより、最終的な液晶の表示状態が選択できる。また、この選択パルスのパルス幅を調整することにより、具体的には、信号電極に印加するパルスの形状を画像データに応じて変化させることにより、中間調の表示が可能である。
【００４８】
前選択期間Ｔｓ１及び後選択期間Ｔｓ３に液晶に印加する電圧値は、ゼロに近い値であって実質的に電圧が作用しない程度の電圧値の範囲内であってもよい。
【００４９】
図４は、マトリクス状に配された複数画素の中のある画素の液晶にかかる駆動電圧波形と、この波形を得るための走査電極（ロウ）と信号電極（カラム）の波形の一例を示す。図４において、ロウとは走査電極上の１ラインを意味し、カラムとは信号電極上の１ラインを意味する。また、ＬＣＤとは前記ロウとカラムとが交差する部分の一画素分の液晶層を意味する。
【００５０】
図４に示すように、マトリクス駆動の場合は、維持期間Ｔｅを経過した後も他の走査電極上の画素にデータを書き込むため、所定電圧がクロストーク電圧として信号電極から印加される。このクロストーク電圧が印加される期間をクロストーク期間Ｔｄ’と称する。このクロストーク電圧はパルス幅が小さくてエネルギーが小さいため、液晶の状態にはほとんど影響を及ぼさない。
【００５１】
全ての走査電極の選択が完了し、最後に選択された走査電極の維持期間Ｔｅが終了すると、他の走査電極のクロストーク期間Ｔｄ’が全て終了し、全走査電極及び信号電極への印加電圧をゼロにして表示期間Ｔｄとなる。そして、次の書換えまでこの状態が継続される。
【００５２】
なお、図４では、簡略化のため、リセット期間Ｔｒ、選択期間Ｔｓ、維持期間Ｔｅ及びクロストーク期間Ｔｄ’の長さを全て等しくして図示している。また、同じ理由で図４ではカラムの信号は全てプレーナ状態を選択するためのパルスとして描いている。
【００５３】
（駆動例１、図５参照）
以下、マトリクス駆動方法の駆動例１について説明する。なお、以下に示す駆動例１，２において、ロウ１〜３とは順に選択される３本の走査電極を意味し、カラムとは前記各走査電極に交差する１本の信号電極を意味し、ＬＣＤ１〜３とはロウ１〜３とカラムとの交差部に形成される三つの画素に相当する液晶層を意味する。
【００５４】
先に述べたように、本実施形態の駆動方法においては、リセット期間、選択期間、維持期間及びクロストーク期間を有する。さらに、選択期間は、前選択期間、選択パルス印加期間及び後選択期間の三つに分かれており、選択期間のうちの一部分にのみ選択パルスが印加される。
【００５５】
選択パルスは書込み対象画素に表示させる画像データにより形状を変える必要があり、カラムには画像データに応じて異なる形状の選択パルスを印加しなければならない。一方、前選択期間及び後選択期間では、常に画素内の液晶には電圧ゼロを印加するので、電圧ゼロを得られるような、ロウ、カラムともにある決まったパルス波形の組合せを用いることができる。図５に示す駆動例では、このことを利用して、複数の走査電極上の画素に対して、リセットと維持と表示とを同時に行っている。
【００５６】
例えば、ＬＣＤ２が前選択期間にあるとき、ロウ２及びロウ３には互いに異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加し、ロウ１には＋Ｖ１／２の電圧を印加する。このとき、カラムにロウ３と異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加すると、ＬＣＤ３には電圧±ＶＲ＝±Ｖ１のリセットパルスが、ＬＣＤ２には電圧ゼロが、ＬＣＤ１には電圧±Ｖｅ＝±Ｖ１／２の維持パルスが印加される。
【００５７】
ＬＣＤ２が選択パルス印加期間にあるときは、カラムからは画像データによって異なる形状のデータパルス（電圧＋Ｖ１）が印加されるため、ロウ１、ロウ３ともに電圧＋Ｖ１／２のパルスを印加して、ＬＣＤ１、ＬＣＤ３には±Ｖ１／２の電圧がかかるようにする。ロウ２には電圧＋Ｖ１のパルスを印加し、カラムに印加するデータパルスとの電圧差（±Ｖ１又はゼロ）が、電圧±Ｖｓｅｌの選択パルスとしてＬＣＤ２に印加される。カラムに印加するデータパルスの形状を変化させることで、選択パルスのパルス幅を変化させることができる。
【００５８】
後選択期間では、前選択期間と同様のことを行う。即ち、ロウ２及びロウ３には互いに異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加し、ロウ１には＋Ｖ１／２の電圧を印加する。そして、カラムにロウ３と異なる位相のパルス電圧＋Ｖ１を印加することにより、ＬＣＤ３に電圧±ＶＲ＝±Ｖ１のリセットパルス、ＬＣＤ２に電圧ゼロ、ＬＣＤ１に電圧±Ｖｅ＝±Ｖ１／２の維持パルスを印加する。
【００５９】
リセット期間、選択期間及び維持期間以外の期間は、各走査電極には、他の走査電極の前選択期間及び後選択期間に信号電極から印加するデータパルスと同じ位相の波形を印加し、他の走査電極の選択パルス印加期間には電圧＋Ｖ１／２のパルスを印加する。こうすることによって、この部分の液晶には、画像データに応じて、選択パルスと同じパルス幅で、電圧±Ｖ１／２のクロストーク電圧が印加される。このクロストーク電圧は、パルス幅が狭いため、液晶の表示状態には影響を及ぼさない。
【００６０】
以上のパルス電圧の印加を各走査電極に対して順次繰返し実行することにより、画像表示を行うことができる。各走査電極の選択はインターレース走査で行うことが好ましい。また、任意の走査電極に前記リセットパルス、選択パルス、維持パルスを印加することができるので、部分書換えを行うこともできる。
【００６１】
なお、この駆動例１では、駆動ＩＣに必要な出力電圧数は、ロウ側が３値（Ｖ１、Ｖ１／２、ＧＮＤ）、カラム側が２値（Ｖ１、ＧＮＤ）となる。このように、ロウ側３値、カラム側２値のドライバを使用することで、駆動ＩＣコストを低減することができる。
【００６２】
（駆動例２、図６参照）
前記駆動例１では、選択期間全体の長さを基準として走査を行っていたのに対して、ここで説明する駆動例２では、選択パルス印加時間を基準として走査を行うようにしている。具体的には、選択パルスをパルス幅変調しており、液晶が最も高い反射率を示す状態にするための最大のパルス幅を基準として走査を行うようにしている。ここでは、信号電極には順に、透過、中間調、全反射をそれぞれ選択するような信号電圧が入力されている。
【００６３】
この駆動例２では、先に述べたように、選択期間は選択パルス印加時間とその前後の前選択時間及び後選択時間とに分かれている。前選択時間と後選択時間の長さは選択パルス幅（選択パルス印加時間）の整数倍（図６では１倍）にする。
【００６４】
この場合、各走査電極（ロウ１，２，３）にはリセット電圧±Ｖ１が、選択電圧±Ｖ２が、維持電圧±Ｖ３が印加され、リセット期間及び維持期間の長さは、それぞれ選択パルス印加時間の整数倍（図６では２倍）にする。また、表示（クロストーク）期間は電圧０Ｖとされる。一方、信号電極（カラム）には画像データに応じて位相をシフトさせた電圧±Ｖ４のパルス波形が印加される。
【００６５】
この駆動例２では、カラムへの印加電圧±Ｖ４の位相及び電圧値と選択電圧±Ｖ２とに基いて選択パルスの波形が決められ、電圧±Ｖ４の位相が選択電圧±Ｖ２と同じ場合は、±（Ｖ２−Ｖ４）の選択パルスとなり透過（フォーカルコニック状態）が選択され、逆位相の場合は±（Ｖ２＋Ｖ４）の選択パルスとなり選択反射（プレーナ状態）が選択される。なお、電圧Ｖ２及びＶ４の値は透過と反射を選択するのに適当な値とし、また、クロストークとなる電圧Ｖ４の値は液晶の状態を変化させる所定の閾値以内の値としている。
【００６６】
なお、駆動例２においては、選択パルス印加時間の分だけずらして走査を行っている（即ち、選択パルス印加時間が走査時間に等しい）が、前選択時間や後選択時間を設ける場合、前選択時間や後選択時間を含めた選択期間の分だけずらして走査を行うようにしてもよい（即ち、選択期間が走査時間に等しい）。
【００６７】
（インターレース走査）
以下、インターレース走査による駆動方法について走査例１〜５を挙げて説明する。インターレース走査とは、線順次走査に対置されるもので、１フレーム（１画像）を複数のフィールドに分割し、１又は複数の走査ラインを飛び越して走査する形態を言う。
【００６８】
（走査例１、図７参照）
この走査例１では、１フレームを４フィールドに分割し（ｍ＝４）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。各走査ラインにおける書込みは、図３，４に示したように、リセット期間Ｔｒ、選択期間Ｔｓ及び維持期間Ｔｅで構成され、これらの三つの期間にあっては液晶表示素子は裏面の光吸収層が目視されるブラックアウト状態となる（図８参照）。その後、液晶は表示状態Ｔｄを維持する。
【００６９】
リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さは等しく（ｎ＝１）設定されている。従って、連続する４本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが１本、維持期間にある走査ラインが１本、表示期間にある走査ラインが２本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７０】
なお、マトリクス駆動の場合、前の選択ラインのパルスによりクロストークが生じるので、図８の表示期間には実際には画面の書換え中はクロストークが生じクロストーク期間Ｔｄ’となる。
【００７１】
（走査例２、図９参照）
この走査例２では、１フレームを７フィールドに分割し（ｍ＝７）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールド、第６フィールド、第７フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７２】
選択期間に維持期間を加えた長さはリセット期間の長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する７本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが１本、維持期間にある走査ラインが２本、表示期間にある走査ラインが４本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７３】
（走査例３、図１０参照）
この走査例３では、１フレームを５フィールドに分割し（ｍ＝５）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７４】
リセット期間に選択期間を加えた長さは維持期間の長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する５本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが２本、維持期間にある走査ラインが１本、表示期間にある走査ラインが２本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７５】
（走査例４、図１１参照）
この走査例４では、１フレームを５フィールドに分割し（ｍ＝５）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７６】
リセット期間の長さは選択期間に維持期間を加えた長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する５本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが２本、維持期間にある走査ラインが１本、表示期間にある走査ラインが２本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７７】
（走査例５、図１２参照）
この走査例５は、１フレームを７フィールドに分割し（ｍ＝７）、まず、第１フィールドの各走査ラインに対して順次書込みを行い、次に、第２フィールド、第３フィールド、第４フィールド、第５フィールド、第６フィールド、第７フィールドの順で各走査ラインに対して順次書込みを行い、１フレームの画像を表示する。
【００７８】
維持期間の長さはリセット期間に選択期間を加えた長さの２倍（ｎ＝２）に設定されている。従って、連続する７本の走査ライン内では、リセット期間にある走査ラインが１本、維持期間にある走査ラインが２本、表示期間にある走査ラインが４本の組み合わせとなり、走査ラインの平均輝度は常に均一化され、フリッカの発生が抑えられる。
【００７９】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。
【００８０】
特に、液晶表示素子の構成、材料、製造方法や、駆動回路の構成等は任意である。また、駆動方法、走査例ともに前記実施形態に示したもの以外に種々の態様を採用することができる。
【００８１】
前記実施形態における走査ラインの数、信号ラインの数、フィールド分割数などはいずれも一例であり、本発明はこれに限定されることなく、種々変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置に使用される液晶表示素子の一例を示す断面図。
【図２】前記液晶表示素子の駆動回路を示すブロック図。
【図３】前記液晶表示素子の駆動方法１の原理を示す説明図。
【図４】前記駆動方法１における基本的な駆動波形を示すチャート図。
【図５】駆動例１における駆動波形を示すチャート図。
【図６】駆動例２における駆動波形を示すチャート図。
【図７】インターレース走査例１を示すチャート図。
【図８】１画素への書込み期間を示すチャート図。
【図９】インターレース走査例２を示すチャート図。
【図１０】インターレース走査例３を示すチャート図。
【図１１】インターレース走査例４を示すチャート図。
【図１２】インターレース走査例５を示すチャート図。
【符号の説明】
１００…液晶表示素子
１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂ…液晶表示層
Ｒ１，Ｒ２〜Ｒｍ…走査電極
Ｃ１，Ｃ２〜Ｃｎ…信号電極
１３１…走査駆動ＩＣ
１３２…信号駆動ＩＣ
１３３，１３４…コントローラ
１３５…ＣＰＵ
Claims (7)
- マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法であって、
前記液晶表示素子の各走査ラインを駆動するのに、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含み、
リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）であり、
１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、
リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始すること、
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。 - マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子の駆動方法であって、
前記液晶表示素子の各走査ラインを駆動するのに、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含み、
リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）であり、
１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、
リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始すること、
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。 - マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の各走査ラインを、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含んで駆動し、リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）とする駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、リセット期間の長さと選択期間に維持期間を加えた長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始すること、
を特徴とする液晶表示装置。 - マトリクス状に配置された複数の画素を有する液晶層からなる液晶表示素子と、
前記液晶表示素子の各走査ラインを、液晶の状態をリセットするリセット期間と、液晶の最終的な表示状態を選択するための選択パルスを印加する選択パルス印加期間とその前後の液晶に電圧を作用させない期間とを含む選択期間と、該選択期間で選択された状態を確立するための維持期間とを含んで駆動し、リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか一方が他方のｎ倍（ｎは自然数）とする駆動手段とを備え、
前記駆動手段は、１フレームをｍフィールド（ｍはｎより大きい整数）に分割してインターレース走査を行い、リセット期間に選択期間を加えた長さと維持期間の長さのいずれか短い方を単位時間とし、前フィールドのいずれかの走査ラインの駆動開始から単位時間経過すると、次フィールドの走査ラインの駆動を開始すること、
を特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶表示素子は複数の液晶層が積層されてなり、各液晶層をそれぞれ前記駆動手段にて走査することを特徴とする請求項３又は請求項４記載の液晶表示装置。
- 前記液晶表示素子に含まれる液晶はメモリ性を有するものであることを特徴とする請求項３、請求項４又は請求項５記載の液晶表示装置。
- 前記液晶は室温でコレステリック相を示すものであることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
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