JP4352907B2

JP4352907B2 - コレステリック液晶の駆動方法及び駆動装置

Info

Publication number: JP4352907B2
Application number: JP2004014901A
Authority: JP
Inventors: 雅人西澤; 和憲平松; 宗徳澤田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: JP2005208344A

Description

本発明は、コレステリック液晶の駆動方法及び当該駆動方法を使用する駆動装置に関する。

コレステリック液晶は、複数の走査線及び複数のデータ線が相互に交差する位置に設けられ、前記走査線及び前記データ線間の電圧により液晶分子の螺旋軸がＰ配向、Ｆ配向及びＨ配向のいずれかに規定され、当該配向に応じて光を選択的に反射しまたは透過する性質を有する。
コレステリック液晶は、電圧無印加状態でも、Ｐ配向、Ｆ配向の状態が維持されるため、記憶性を持つ。従って、表示を切り換える場合にのみ電力を供給すればよいので、低消費電力であり、電子ブック、電子ペーパーなどへの応用が適している。電子ブックや電子ペーパーでは、テキストを表示する場合が多いため、高精細な表示能力が要求される。
このため、電子ブックや電子ペーパーに応用される、コレステリック液晶表示体の駆動方法としては、画素にTFTなどのアクティブ素子がないために、高精細化が可能であるパッシブ駆動が適している。しかしながら、単純なパッシブ駆動は低速であるため、高速化を図るために複数の走査線を同時に選択して駆動する、MLS（Multi Line Selection)法が一般的に用いられている。ここで、従来の他の液晶の駆動方法として、例えば、特許文献１に記載の駆動方法が知られている。

ＵＳＰ５、７４８、２７７号

しかしながら、パッシブ駆動を高速化するMLS法を用いても、コレステリック液晶の応答速度はあまりに遅く、例えば電子ブックや電子ペーパーに必要とされる200ppiの解像度を持ち、Ａ５サイズのコレステリック液晶表示体で１ページ分描画するには、数秒程度かかるため、コレステリック液晶表示体上でメニュー表示など、高速な表示切換を必要とする場合には対応できなかった。
本発明は上記問題に鑑み、MLS法で駆動するコレステリック液晶表示体において、メニュー表示のような高速な表示切換を必要とする場合に、これを可能にするものである。

本発明に係るコレステリック液晶の駆動は、各々が複数の走査線及び複数のデータ線の交差位置に設けられ、前記走査線及び前記データ線間の電圧によりＰ配向、Ｆ配向及びＨ配向のいずれかに規定される複数のコレステリック液晶について、MLS法を用いて駆動する際に、同時選択すべきＭ本（Ｍは、２以上の任意の整数）の走査線上にある第１のコレステリック液晶をＨ配向にリセットするためのリセット期間、前記Ｈ配向にリセットされた前記第１のコレステリック液晶をＴＰ配向又はＨ配向に選択するための選択期間、及び前記ＴＰ配向に選択された前記第１のコレステリック液晶をＦ配向に保持し又は前記Ｈ配向に選択された前記第１のコレステリック液晶をＰ配向に保持するための保持期間からなる第１の周期であって前記Ｍ本により規定される前記第１の周期に従う前記Ｍ本の走査線の同時選択を行うことにより、前記複数のコレステリック液晶が表示すべき第１の画像を表示する第１の駆動機能と、操作ボタンなどの外部ユーザインターフェース装置からの入力があった場合に、ある限定された範囲の走査線上にあるコレステリック液晶のみに電圧を印加して、特定の第２の画像を表示するために、前記限定された範囲にある走査線のみを選択し、MLS法を用いて駆動し、同時選択すべきＮ本（Ｎは、Ｍより大きい任意の整数）の走査線上にある第２のコレステリック液晶をＨ配向にリセットするためのリセット期間、前記Ｈ配向にリセットされた前記第２のコレステリック液晶をＴＰ配向又はＨ配向に選択するための選択期間、及び前記ＴＰ配向に選択された前記第２のコレステリック液晶をＦ配向に保持し又は前記Ｈ配向に選択された前記第２のコレステリック液晶をＰ配向に保持するための保持期間からなる第２の周期であって前記Ｎ本により規定される前記第２の周期に従う前記Ｎ本の走査線の同時選択を行うことにより、前記第２の画像を表示する第２の駆動機能とを含む。

本発明に係るコレステリック液晶の駆動によれば、前記駆動機能は前記外部ユーザインターフェース装置の入力を検出した際に、前記限定された範囲の走査線上に、前記MLS法を用いて前記第２の画像を表示する際に、前記限定された範囲の走査線上のコレステリック液晶を、前記第１の画像を前記MLS法を用いて表示する場合の前記Ｍ本より大きい、前記Ｎ本の走査線の同時選択数で駆動することから、前記第２の画像を前記第１の画像を表示する場合と比較して高速に表示することが可能となる。

本発明に係るコレステリック液晶の駆動装置の具体例について図面を参照して説明する。

（具体例）
図１は、具体例のコレステリック液晶の駆動装置の構成を示すブロック図であり、図２は、具体例のコレステリック液晶の駆動装置が表示する画像を示す図である。具体例のコレステリック液晶の駆動装置１（以下、「駆動装置１」と略称する。）は、図１に示されるように、図２（Ａ）に図示された取扱説明書のような画像８、及び図２（Ｂ）に図示されたメニューや目次のような部分画像９を表示すべく、コレステリック液晶表示体２と、フラッシュROM３と、制御部４と、走査制御部５と、ソースドライバ６と、ゲートドライバ７と外部ユーザインターフェース装置（図示なし）を有する。

コレステリック液晶表示体２は、各々がデータ線（ソース線）Ｘ１〜Ｘｍ及び走査線（ゲート線）Ｙ１〜Ｙｎの交差する位置に設けられた複数の画素Ｐ１１〜Ｐｍｎからなる。

図３は、具体例の画素の配向を示す断面図である。画素Ｐ１１〜Ｐｍｎは、従来知られたように、図３に示される透明電極２ａ、コレステリック液晶２ｂ、透明電極２ｃ、及び、黒色である光吸収層２ｄからなり、コレステリック液晶２ｂの分子の螺旋状のピッチに応じて、即ち、その配向に応じて、特定の波長の光を選択的に反射し又は透過する性質を有する。

コレステリック液晶２ｂは、図３（Ａ）に図示されたプレーナ配向（以下、「Ｐ配向」という。）、図３（Ｂ）に図示されたフォーカルコニック配向（以下、「Ｆ配向」という。）、及び図３（Ｃ）に図示されたホメオトロピック配向（以下、「Ｈ配向」という。）の３つの配向に変わることができる。コレステリック液晶２ｂは、図３（Ａ）のＰ配向のとき、選択的な反射の機能により”白”を表示し、図３（Ｂ）のＦ配向及び図３（Ｃ）のＨ配向のとき、透過の機能により光吸収層２ｄの”黒”を表示する。

Ｐ配向及びＦ配向は安定であることから、コレステリック液晶２ｂに電圧が印加されなくなった後にもＰ配向、Ｆ配向は維持される。Ｈ配向であるコレステリック液晶２ｂは、印加電圧を急激に降下させることにより、Ｐ配向へ遷移し（以下、「過渡プレーナ遷移（ＴＰ配向）」という。）、過渡プレーナ遷移（ＴＰ配向）を経て印加電圧を緩やかに降下させることにより、Ｆ配向へ遷移する。

図４は、具体例のコレステリック液晶への印加電圧と配向の種類（反射率）との関係を示すグラフである。コレステリック液晶２ｂは、初期配向（電圧が印加されている状態から電圧が印加されない状態に切り換わった後の配向）がＰ配向である場合、印加電圧が０以上Ｖ１以下であるときＰ配向であり、印加電圧がＶ１以上Ｖ２以下であるときＰ配向からＦ配向へ遷移し、印加電圧がＶ２以上Ｖ３以下であるときＦ配向であり、印加電圧がＶ３以上であるときＨ配向である。他方で、コレステリック液晶２ｂは、初期配向がＰ配向である場合、印加電圧が０以上Ｖ２以下であるときＰ配向であり、印加電圧がＶ３以上のときＨ配向である。

図１に戻り、フラッシュROM３は、図２に図示された、コレステリック液晶表示体２が表示すべき、図２（Ａ）で示されるような１画面分の全体画像８を記憶している。また、フラッシュROM３の他の領域には図２（Ｂ）に示されているメニュー画面部分の部分画像９を記憶している。
コレステリック液晶２は、記憶性を有することから、例えば、図２（Ａ）の表示から図２（Ｂ）へ表示を変える場合、全体画像８を再度表示することなく、部分画像９のみを表示すれば足りる。従って、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示される全体画像８を表示している状態から、部分画像９を表示する範囲のみを書き換えて、図に示すようなメニュー画面を表示した状態を示している。

制御部４は、フラッシュROM３に記憶された全体画像８を表示する処理を行う。また、外部ユーザインターフェース装置（図示せず）から入力される命令（以下、「ユーザ命令」という。）を受けて、例えば部分画像９に示すようなメニュー画面表示やメニュー画面書換え、メニュー画面を消去して元の画像を復帰する処理を行う。制御部４は、加えて、後述の演算処理（図７）を行う。

第１の駆動回路及び第２の駆動回路である走査制御部５は、制御部４によって、後述のゲート線Ｙ１〜Ｙｎについての４本同時選択（図８（Ａ））又は８本同時選択（図８（Ｂ））に基づき、ゲートドライバ７にゲート線Ｙ１〜Ｙｍを駆動させる。より正確には、走査制御部５は、全体画像８を表示するときには、全体画像８に対応するゲート線の全て、即ちゲート線Ｙ１〜Ｙｎを４本同時選択に基づき順次駆動し、他方で、外部ユーザインターフェース装置からの入力に基づき、所定の範囲のみを書き換えて部分画像９を表示するときには、ゲート線を８本同時選択に基づき順次駆動する。

ソースドライバ６及びゲートドライバ７は、フラッシュROM３に記憶された画像を元に行う後述の演算処理（図７）により得られるデータ電圧及びゲート電圧を、それぞれ、ソース線Ｘ１〜Ｘｍ、ゲート線Ｙ１〜Ｙｎに印加する。

図５は、コレステリック液晶の駆動動作を示すタイムチャートである。具体例のコレステリック液晶２ｂの駆動法では、図５（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、リセット期間Ｔｒ、選択期間Ｔｓ、及び保持期間Ｔｈの３つの期間からなる１周期において、各期間毎に、例えば、ゲート線Ｙ１上の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１への印加電圧を変えることにより、当該画素Ｐ１１〜Ｐｍ１のコレステリック液晶２ｂの配向を変える。

より具体的には、コレステリック液晶２ｂをＦ配向にすることにより”黒”を表示すべく、図５（Ａ）に示されるように、リセット期間Ｔｒでリセット電圧（Ｖ３以上）を印加することによりＨ配向にし、選択期間Ｔｓで選択電圧（Ｖ１以上Ｖ２以下）を印加することによりＴＰ配向にし、保持期間Ｔｈで保持電圧（Ｖ２以上Ｖ３以下）を印加することによりＦ配向にし、これにより、コレステリック液晶２ｂは、保持期間Ｔｈの後にもＦ配向の状態、すなわち、”黒”の状態を維持する。他方で、コレステリック液晶２ｂをＰ配向にすることにより”白”を表示すべく、図５（Ｂ）に示されるように、リセット期間Ｔｒでリセット電圧（Ｖ３以上）を印加することによりＨ配向にし、選択期間Ｔｓで選択電圧（Ｖ３以上）を印加することによりＨ配向のままにし、保持期間Ｔｈで（Ｖ３以上）を印加することによりＨ配向を維持させ、これにより、コレステリック液晶２ｂは、保持期間Ｔｈの後、Ｐ配向の状態、即ち、”白”の状態を維持する。

図６は、具体例のコレステリック液晶表示体の駆動動作を示すタイムチャートである。具体例のコレステリック液晶表示体２の駆動法は、図５に図示のコレステリック液晶２ｂの駆動法を基調としつつ、図６に図示のパイプライン方式を採用する。パイプライン方式を用いる本駆動法では、ゲート線Ｙ１〜Ｙｎ間で、選択電圧Ｖｓが印加される選択期間Ｔｓが相互に重複しないように、ゲート線Ｙ１〜Ｙｎの周期が割り当てられている。

図７は、具体例のコレステリック液晶表示体の駆動動作の原理を示す図である。４本同時選択によるコレステリック液晶表示体２の駆動法では、フラッシュROM３に記憶された画像を表す画像データ、例えば、図７（Ａ）に図示の画像データＶＸ１を構成する数字−１、１、１、−１は、ソース線Ｘ１と４本同時選択を行う対象である４本のゲート線Ｙ１〜Ｙ４との交点に位置する画素Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ１４の４つの液晶をそれぞれ、オン、オフ、オフ、オンにすべきことを示す。

４本同時選択に基づき、上記した画像データ、例えば、画像データＶＸ１から、ソース線Ｘ１に時刻ｔ１〜ｔ４の各時刻に印加すべきソース電圧を決定するために用いられる行列Ｈ２では、図７（Ｂ）に示されるように、各行は、ゲート線Ｙ１〜Ｙ４の各々に対応し、各列は、時刻ｔ１〜ｔ４の各々に対応する。

より詳しくは、行列Ｈ２の１行目の１列目から４列目までが順に１、１、１、１であることから、行列Ｈ２の１行目に対応するゲート線Ｙ１には、時刻ｔ１〜ｔ４の各々のときに、選択電圧＋Ｖｓｅｌを印加する。また、行列Ｈ２の２行目の１列目までが順に１、−１、１、−１であることから、行列Ｈ２の２行目に対応するゲート線Ｙ２には、時刻１のとき選択＋Ｖｓｅｌを印加し、時刻ｔ２のとき選択−Ｖｓｅｌを印加し、時刻ｔ３のとき選択＋Ｖｓｅｌを印加し、時刻ｔ４のとき選択−Ｖｓｅｌを印加する。ゲート線Ｙ３、Ｙ４にも、上記したゲート線Ｙ１、Ｙ２の駆動と同様に、行列Ｈ２に基づき選択電圧を印加する。

図７（Ｃ）に示されるように、画像データＶＸ１の転置行列と行列Ｈ２との積であるＶＸ１^t・Ｈ２は、ソース線Ｘ１に、時刻ｔ１〜ｔ４の各時刻のときに印加すべき電圧を示す。より具体的には、前記した積における１列目から４列目までが順に０、０、０、−４であることから、ソース線Ｘ１に、時刻ｔ１のとき０Ｖを印加し、時刻ｔ２のとき０Ｖを印加し、時刻ｔ３のとき０Ｖを印加し、時刻ｔ４のとき−４Ｖｄを印加する。

８本同時選択に基づく駆動法の原理もまた、上記した４本同時選択の原理と同様である。

図８は、具体例の４本同時選択及び８本同時選択に基づく駆動動作を示すタイムチャートである。具体例の４本同時選択では、図２（Ａ）に図示の全体画像８のみを表示しようとするときには、図８（Ａ）に示されるように、図７を用いて説明した原理に従って、全体画像８に対応するゲート線Ｙ１〜Ｙｎについて、ゲート線Ｙ１〜Ｙｎのうちの４本を同時に選択することを順次行い、即ち、図７（Ｂ）、（Ｃ）に図示されるゲート電圧及びソース電圧をゲート線Ｙ１〜Ｙｎ、ソース線Ｘ１〜Ｘｍに順次印加する。

なお、同時選択に用いる行列Ｈｎ＋１は、式（１）に従って求めても良い。式（１）は一般にウォルシュ−アダマール変換と呼ばれており、この式を用いると４本同時選択の場合に用いる４Ｘ４の直交行列データを決めておけば、８Ｘ８の直交行列データを容易に求められるので、別に８Ｘ８の直交行列データを保持しておく必要が無い。

ここで、行列Ｈ１は、式（２）のように表され、また、上記した４本同時選択に用いられる行列Ｈ２、及び８本同時選択に用いられる行列Ｈ３は、式（３）、式（４）のように表される。

図９は、具体例の部分画像の表示動作を示すフローチャートである。以下、図９に図示のフローチャートに沿って部分画像の表示動作を説明する。

工程Ｓ１０：外部ユーザインターフェース装置（図示せず）から入力を受けると、部分画像９によるメニュー画面を表示すべく、制御部４は、同時に選択すべきゲート線の本数を４本から８本に切り換える、即ち、ゲート線の選択を４本同時選択から８本同時選択に切り換える。

工程Ｓ１１：制御部４は、フラッシュROM３からメニューである部分画像９を読み出し、図７を用いて説明した演算処理を行うことにより、部分画像９に対応するゲート線及びソース線にそれぞれ印加すべきゲート電圧及びソース電圧を算出する。

工程Ｓ１２：制御部４は、演算処理の結果に基づき、図８（Ａ）に図示の８本同時選択を走査制御部５に指示し、当該指示に従って、走査制御部５、ソースドライバ６、ゲートドライバ７は、部分画像９に対応するゲート線及びソース線に、前記算出されたゲート電圧及びソース電圧を印加する。このようにして、コレステリック液晶表示体２は全画面を書き換えることなく、メニュー画面を表示する範囲の走査線だけを選択して書き換えることにより図２（Ａ）の表示状態から図２（Ｂ）の表示状態に高速に切り換えることができる。

図１０は、具体例の駆動装置の全体画像の表示動作を示すフローチャートである。以下、図１０の図示のフローチャートに沿って全体画像の表示動作を説明する。

工程Ｓ２０：制御部４は、外部ユーザインターフェース装置（図示せず）から入力されたユーザ命令が、「メニュー画面での操作を終了する」旨を指示するか、又は「メニュー画面での操作を終了しない」旨を指示するかを判断する。

工程Ｓ２１：制御部４は、前記ユーザ命令が「メニュー画面での操作の終了する」旨を指示すると判断すると、同時に選択すべきゲート線の本数を８本から４本に切り換え、即ち、ゲート線の選択を８本同時選択から４本同時選択に切り換える。

工程Ｓ２２：制御部４は、外部ユーザインターフェース装置から入力された他のユーザ命令が、表示すべきページを現在のページ（例えば、図２（Ａ）に図示された１頁目）から別なページ（例えば、２頁目）に切り換える「ページ切り換え」を指示しているか否かを判断する。

工程Ｓ２３：制御部４は、ユーザ命令が「ページ切り換え」を指示していると判断すると、工程Ｓ２１で切り換えた後の４本同時選択に従って、ゲート線Ｙ１〜Ｙｎを４本ずつ順次選択することにより、別なページを表示する。

工程Ｓ２４：制御部４は、ユーザ命令が「ページ切り換え」を指示していないと判断すると、工程Ｓ２１で切り換えた後の４本同時選択に従って、ゲート線Ｙ１〜Ｙｎの全てを４本ずつ順次選択することにより、または、全体画像８のうち部分画像９に対応する画像部分に対応するゲート線を４本ずつ順次選択することにより、図２（Ａ）と同一なページを再び表示する。

工程Ｓ２５：制御部４は、ユーザ命令が「メニュー画面での操作を終了しない」旨を指示していると判断すると、フラッシュROM３から別なメニューの部分画像（図示せず）を読み出し、当該部分画像に対応するゲート線を８本ずつ順次選択することにより、図２（Ｂ）に図示されたメニューと異なる別なメニューを表示する。

上述したように、具体例の駆動装置１では、走査制御部５は、部分画像９に対応するゲート線及びソース線、より正確には、部分画像９に対応するコレステリック液晶２ｂを、４本同時選択ではなく８本同時選択に基づき駆動することから、部分画像９を従来に比して高速に表示することができる。

具体例のコレステリック液晶の駆動装置の構成を示すブロック図。具体例のコレステリック液晶の駆動装置が表示する画像を示す図。具体例の画素の配向を示す断面図。具体例のコレステリック液晶への印加電圧と配向の種類（反射率）との関係を示すグラフ。具体例のコレステリック液晶の駆動動作を示すタイムチャート。具体例のコレステリック液晶表示体の駆動動作を示すタイムチャート。具体例のコレステリック液晶表示体の駆動動作の原理を示す図。具体例の４本同時選択及び８本同時選択に基づく駆動動作を示すタイムチャート。具体例の部分画像の表示動作を示すフローチャート。具体例の全体画像の表示動作を示すフローチャート。

符号の説明

１コレステリック液晶の駆動装置２コレステリック液晶表示体３フラッシュROM ４制御部５走査制御部６ソースドライバ７ゲートドライバ。

Claims

各々が複数の走査線及び複数のデータ線の交差位置に設けられ、前記走査線及び前記データ線間の電圧によりＰ配向、Ｆ配向及びＨ配向のいずれかに規定される複数のコレステリック液晶について、同時選択すべきＭ本（Ｍは、２以上の任意の整数）の走査線上にある第１のコレステリック液晶をＨ配向にリセットするためのリセット期間、前記Ｈ配向にリセットされた前記第１のコレステリック液晶をＴＰ配向又はＨ配向に選択するための選択期間、及び前記ＴＰ配向に選択された前記第１のコレステリック液晶をＦ配向に保持し又は前記Ｈ配向に選択された前記第１のコレステリック液晶をＰ配向に保持するための保持期間からなる第１の周期であって前記Ｍ本により規定される前記第１の周期に従う前記Ｍ本の走査線の同時選択を行うことにより、前記複数のコレステリック液晶が表示すべき第１の画像を表示する第１の駆動工程と、
外部ユーザインターフェース装置からの入力を検出する工程と、
前記検出工程によって入力が検出された場合に、前記複数のコレステリック液晶のうちの一部のコレステリック液晶が表示すべき第２の画像を記憶装置から読み出す工程と、前記第２の画像に対応する前記一部のコレステリック液晶について、同時選択すべきＮ本（Ｎは、Ｍより大きい任意の整数）の走査線上にある第２のコレステリック液晶をＨ配向にリセットするためのリセット期間、前記Ｈ配向にリセットされた前記第２のコレステリック液晶をＴＰ配向又はＨ配向に選択するための選択期間、及び前記ＴＰ配向に選択された前記第２のコレステリック液晶をＦ配向に保持し又は前記Ｈ配向に選択された前記第２のコレステリック液晶をＰ配向に保持するための保持期間からなる第２の周期であって前記Ｎ本により規定される前記第２の周期に従う前記Ｎ本の走査線の同時選択を行うことにより、前記第２の画像を表示する第２の駆動工程とを含むことを特徴とするコレステリック液晶の駆動方法。
各々が複数の走査線及び複数のデータ線の交差位置に設けられ、前記走査線及び前記データ線間の電圧によりＰ配向、Ｆ配向及びＨ配向のいずれかに規定される複数のコレステリック液晶について、同時選択すべきＭ本（Ｍは、２以上の任意の整数）の走査線上にある第１のコレステリック液晶をＨ配向にリセットするためのリセット期間、前記Ｈ配向にリセットされた前記第１のコレステリック液晶をＴＰ配向又はＨ配向に選択するための選択期間、及び前記ＴＰ配向に選択された前記第１のコレステリック液晶をＦ配向に保持し又は前記Ｈ配向に選択された前記第１のコレステリック液晶をＰ配向に保持するための保持期間からなる第１の周期であって前記Ｍ本により規定される前記第１の周期に従う前記Ｍ本の走査線の同時選択を行うことにより、前記複数のコレステリック液晶が表示すべき第１の画像を表示する第１の駆動回路と、
外部ユーザインターフェース装置からの入力を検出する回路と、
前記検出工程によって入力が検出された場合に、前記複数のコレステリック液晶のうちの一部のコレステリック液晶が表示すべき第２の画像を記憶装置から読み出す回路と、
前記第２の画像に対応する前記一部のコレステリック液晶について、同時選択すべきＮ本（Ｎは、Ｍより大きい任意の整数）の走査線上にある第２のコレステリック液晶をＨ配向にリセットするためのリセット期間、前記Ｈ配向にリセットされた前記第２のコレステリック液晶をＴＰ配向又はＨ配向に選択するための選択期間、及び前記ＴＰ配向に選択された前記第２のコレステリック液晶をＦ配向に保持し又は前記Ｈ配向に選択された前記第２のコレステリック液晶をＰ配向に保持するための保持期間からなる第２の周期であって前記Ｎ本により規定される前記第２の周期に従う前記Ｎ本の走査線の同時選択を行うことにより、前記第２の画像を表示する第２の駆動回路とを含むことを特徴とするコレステリック液晶の駆動装置。