JP4453170B2

JP4453170B2 - 液晶表示装置及び液晶表示素子の駆動方法

Info

Publication number: JP4453170B2
Application number: JP2000196423A
Authority: JP
Inventors: 麻希子万袋
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002014323A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置及び液晶表示素子の駆動方法、詳しくは、互いに対向状態で交差する複数の走査電極と複数の信号電極とで液晶をマトリクス駆動する液晶表示装置及び液晶表示素子の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術と課題】
近年、デジタル情報を可視情報に再生する媒体として、室温でコレステリック相を示す液晶を用いたメモリ性を有する反射型の液晶表示素子が、消費電力が少なく、比確的大画面が安価に製作できる利点に着目して種々研究、開発されている。
【０００３】
この種のメモリ性液晶を用いた表示素子の駆動方法として、本出願人は、特開平１１−３２６８７１号公報に開示されているように、液晶の全ての画素を同時にフォーカルコニック状態にリセットする改良された駆動方法を提案した。しかし、この駆動方法においては、液晶を順次マトリクス駆動する際にクロストークの影響を低減することと、駆動速度の高速化や積層型素子における表示の高品質化が必ずしも両立していない点が判明した。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、マトリクス駆動時におけるクロストークの低減を図ると共に、表示品質の向上を図ることのできる積層型の液晶表示装置及び積層型の液晶表示素子の駆動方法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、第１の発明に係る液晶表示装置は、
互いに対向状態で交差する複数の走査電極と複数の信号電極との間に挟持され、室温でコレステリック相を示す液晶を用いた液晶層を複数積層してなる積層型液晶表示素子と、
前記液晶層に含まれる液晶をそれぞれ所望の配向状態にする選択パルス信号を印加する駆動手段と、
一の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加後、所定の休止期間をおいて、次の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加が行われるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
少なくとも二つの液晶層について互いに選択パルス信号の長さを異ならせると共に、これら互いに選択パルス信号の長さが異なる液晶層について選択パルス信号の長さと休止期間の長さとの合計が等しくなるように互いに休止期間の長さを異ならせること、
を特徴とする。
【０００７】
液晶に選択パルス信号を順次印加していくとクロストークが発生することになる。各走査電極に選択パルス信号を印加するごとに印加電圧が実質的に０Ｖになる休止期間を設ければ、クロストークの発生を防止できるが、休止期間が非常に多くなって駆動時間が必要以上に長くなる。また、複数の液晶層を積層した液晶表示素子にあっては、各液晶層を所望の配向状態にする選択時間が異なるのが通常である。そこで、第１の発明に係る液晶表示装置においては、少なくとも二つの液晶層について互いに選択パルス信号の長さを異ならせると共に、これら互いに選択パルス信号の長さが異なる液晶層について選択パルス信号の長さと休止期間の長さとの合計が等しくなるように互いに休止期間の長さを異ならせるようにしたため、クロストークの影響を低減すると共に駆動時間の増加を抑えることができ、しかも、各液晶層ごとの駆動時間を一致させて視認性の向上を図ることができる。
【０００９】
第１の発明に係る液晶表示装置において、前記複数の液晶層とは、例えば、青色の選択反射が可能な第１液晶層、緑色の選択反射が可能な第２液晶層、及び赤色の選択反射が可能な第３液晶層を含むものである。
【００１２】
また、前記第１の発明に係る液晶表示装置において、駆動手段は、液晶をフォーカルコニック状態にするリセットパルス信号を印加した後に、液晶を所望の配向状態にするための選択パルス信号を印加するという駆動方法を採用することができる。そして、リセットパルス信号は、液晶をホメオトロピック状態にする第１リセットパルス信号と、液晶をフォーカルコニック状態にする第２リセットパルス信号を含む。
【００１３】
また、前記選択パルス信号は正負の極性を持つものでもよく、あるいは、単極性であってもよい。
【００１４】
また、前記休止期間は、電圧無印加状態であれば好ましいが、液晶に対してクロストーク電圧が実質的に印加されない状態であればよい。
【００１５】
また、休止期間を挟んでそれぞれ選択パルス信号が印加される第１及び第２の走査電極について、選択パルス信号を発生させるために第１の走査電極に印加されるパルス信号の終了タイミングと、選択パルス信号を発生させるために第２の走査電極に印加されるパルス信号の印加開始タイミングとが一致していれば、各走査電極へのパルス信号の印加のタイミングがとりやすくなり、駆動が容易になる。
【００１７】
さらに、第２の発明に係る駆動方法は、
互いに対向状態で交差する複数の走査電極と複数の信号電極との間に挟持され、室温でコレステリック相を示す液晶を用いた液晶層を複数積層してなる積層型液晶表示素子の駆動方法において、
前記液晶層に含まれる液晶をそれぞれ所望の配向状態にする選択パルス信号を印加する一方で、一の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加後、所定の休止期間をおいて、次の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加が行われるように駆動し、少なくとも二つの液晶層について互いに選択パルス信号の長さを異ならせると共に、これら互いに選択パルス信号の長さが異なる液晶層について選択パルス信号の長さと休止期間の長さとの合計が等しくなるように互いに休止期間の長さを異ならせること、
を特徴とする。
【００１８】
前記第２の発明に係る駆動方法にあっては、積層型の液晶表示素子においてクロストークの低減と視認性の向上とを同時に達成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る液晶表示装置及び液晶表示素子の駆動方法の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【００２０】
（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を含む液晶表示素子について説明する。
【００２１】
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液晶層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液晶層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液晶層１１１Ｂを積層したものである。
【００２２】
各液晶層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。
【００２３】
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。
【００２４】
各液晶層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液晶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。
【００２５】
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。
【００２６】
各液晶層１１１Ｒ，１１１Ｇ，１１１Ｂを積層した液晶表示素子１００は、青色液晶層１１１Ｂ及び緑色液晶層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、赤色液晶層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、青色液晶層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、緑色液晶層１１１Ｇ及び赤色液晶層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、各液晶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、各液晶層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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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層を構成することも可能である。
【００３０】
（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。
【００３１】
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。
【００３２】
駆動回路は、中央処理装置（ＣＰＵ）１３５、ＬＣＤコントローラ１３６、画像処理装置１３７、画像メモリ１３８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１３８に記憶された画像データに基づいてＬＣＤコントローラ１３６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。駆動ＩＣ１３１，１３２の詳細な構成については後述する。
【００３３】
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。
【００３４】
（駆動方法、図３〜１０参照）
以下、液晶表示素子を駆動する方法について説明する。この駆動方法は、例えば、図３を参照すると、基本的には、リセット期間と選択期間と維持期間とから構成されている。駆動は全ての画素に関して同時に開始され、まず、リセットパルスＰ１が印加されて、液晶はホメオトロピック状態にリセットされ、次に、リセットパルスＰ２が印加されて液晶はフォーカルコニック状態にリセットされる。そして、選択期間において、最終的にプレーナ状態を選択する画素に対しては選択パルスＰ３を印加し、最終的にフォーカルコニック状態を選択する画素に対しては電圧を０Ｖのままとする（実質的に選択パルスを印加しない）。
【００３５】
このように、選択期間に印加される選択パルスＰ３の有無によって最終的な液晶の表示状態が選択される。選択された表示状態は電力の供給を停止してもそのまま維持され、即ち、メモリ性を有する。また、選択パルスＰ３のパルス幅等を調整することによって中間調の表示が可能である。
【００３６】
（第１実施形態、図３参照）
次に、駆動方法の第１実施形態について図３を参照して説明する。図３では、マトリクス状に配置された複数画素ＬＣＤ１，２，〜８，９の液晶にかかる駆動電圧波形と、この波形を得るために走査電極（ロウ）と信号電極（カラム）から印加されるパルス波形の一例を示す。ロウ１，２，〜８，９とは走査電極１ラインずつを意味し、カラムとは一の信号電極を意味する。
【００３７】
この第１実施形態では、パルス信号として単極性の直流パルスを使用しており、所定の走査ラインごとに液晶に印加する電圧を０Ｖにする休止期間を設けている。具体的には、８ラインごとに休止期間を設けている。クロストークの影響をより少なくするには、各走査電極に選択パルスを印加するごとに休止期間を設けるのが好ましいが、これでは全画素の駆動を終了するまでの時間が長くなってしまう。そこで、本第１実施形態では８ラインごとに休止期間を設けて、クロストークの影響を極力排除すると共に各ラインごとに休止期間を設ける場合に比べて駆動時間の低下を１／８に抑えるようにした。何ラインごとに休止期間を設けるかは、クロストーク防止効果が薄れない範囲を限度として具体的な液晶表示素子に応じて適宜決定される。
【００３８】
（第２実施形態、図４参照）
本第２実施形態は、パルス信号として正負の極性を持つ交流パルスを使用したものであり、８ラインごとに液晶に印加する電圧を０Ｖにする休止期間を設けている点は前記第１実施形態と同様である。何ラインごとに休止期間を設けるかは、適宜決定される。
【００３９】
（第３実施形態、図５参照）
本第３実施形態は、３層の液晶層Ｒ，Ｇ，Ｂに対する駆動において、各液晶層Ｒ，Ｇ，Ｂごとに選択パルスＰ３の長さと休止期間とが異なるものであり、直流パルスを使用している。
【００４０】
即ち、選択パルスＰ３を印加する選択期間の長さは、本来的に、液晶層Ｒ，Ｇ，Ｂごとに異なり、液晶層Ｒ，Ｇ，Ｂの順に短くなっている。そこで、各液晶層Ｒ，Ｇ，Ｂで休止期間の長さを異ならせ、かつ、選択パルスＰ３の長さと休止期間との合計を等しく設定することで、クロストークの影響を低減すると共に、各液晶層Ｒ，Ｇ，Ｂごとの駆動時間を一致させ、視認性の向上（色ずれの解消）を図るようにした。
【００４１】
（第４実施形態、図６参照）
本第４実施形態は、前記第３実施形態と同様に、各液晶層Ｒ，Ｇ，Ｂに対する休止期間の長さを異ならせ、かつ、選択パルスＰ３の長さと休止期間との合計を等しく設定したもので、交流パルスを使用している。
【００４２】
（第１，３実施形態の変形例１、図７参照）
この変形例１は、直流パルス駆動方式において、休止期間を設けるのに、走査電極への選択パルスの印加を遅延させるのではなく、信号電極（カラム）に印加するパルス信号に休止期間を設けたものである。従って、この変形例１では休止期間を挟んでそれぞれ選択パルスが印加される走査電極について、先の走査電極に印加される選択パルスの終了タイミングと、次の走査電極に印加される選択パルスの印加開始タイミングとが一致している。
【００４３】
（第２，４実施形態の変形例１、図８参照）
この変形例１は、図７に示した変形例１と同様に、信号電極（カラム）に印加するパルス信号に休止期間を設けたもので、交流パルス駆動方式として示している。
【００４４】
（第１，３実施形態の変形例２、図９参照）
この変形例２は、直流パルス駆動方式において、選択パルスＰ３の前後に休止期間を設けたものである。
【００４５】
（第２，４実施形態の変形例２、図１０参照）
この変形例２は、図９に示した変形例２と同様に、選択パルスＰ３の前後に休止期間を設けたもので、交流パルス駆動方式として示している。
【００４６】
（他の実施形態）
なお、本発明に係る液晶表示装置及び液晶表示素子の駆動方法は前記各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。
【００４７】
例えば、液晶表示素子の構成、材料、製造方法等は任意である。また、駆動のためのパルス波形の形状や電圧値は適宜設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液晶表示装置に用いら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】本発明に係る駆動方法の第１実施形態を示すチャート図。
【図４】本発明に係る駆動方法の第２実施形態を示すチャート図。
【図５】本発明に係る駆動方法の第３実施形態を示すチャート図。
【図６】本発明に係る駆動方法の第４実施形態を示すチャート図。
【図７】前記第１，３実施形態の変形例１を示すチャート図。
【図８】前記第２，４実施形態の変形例１を示すチャート図。
【図９】前記第１，３実施形態の変形例２を示すチャート図。
【図１０】前記第２，４実施形態の変形例２を示すチャート図。
【符号の説明】
１００…液晶表示素子
１１１Ｂ，１１１Ｇ，１１１Ｒ…液晶層
１１３，１１４…電極
１３１，１３２…駆動ＩＣ（ドライバ）
１３５…中央処理装置
１３６…ＬＣＤコントローラ
Ｐ１，Ｐ２…リセットパルス
Ｐ３…選択パルス

Claims

互いに対向状態で交差する複数の走査電極と複数の信号電極との間に挟持され、室温でコレステリック相を示す液晶を用いた液晶層を複数積層してなる積層型液晶表示素子と、
前記液晶層に含まれる液晶をそれぞれ所望の配向状態にする選択パルス信号を印加する駆動手段と、
一の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加後、所定の休止期間をおいて、次の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加が行われるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
少なくとも二つの液晶層について互いに選択パルス信号の長さを異ならせると共に、これら互いに選択パルス信号の長さが異なる液晶層について選択パルス信号の長さと休止期間の長さとの合計が等しくなるように互いに休止期間の長さを異ならせること、
を特徴とする液晶表示装置。
前記複数の液晶層には、青色の選択反射が可能な第１液晶層、緑色の選択反射が可能な第２液晶層、及び赤色の選択反射が可能な第３液晶層が含まれることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記駆動手段は、液晶をフォーカルコニック状態にするリセットパルス信号を印加した後に、液晶を所望の配向状態にするための選択パルス信号を印加することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の液晶表示装置。
前記リセットパルス信号は、液晶をホメオトロピック状態にする第１リセットパルス信号と、液晶をフォーカルコニック状態にする第２リセットパルス信号を含むことを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
前記選択パルス信号は正負の極性を持つものであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記選択パルス信号は単極性であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記休止期間においては、液晶に対して電圧無印加状態であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
休止期間を挟んでそれぞれ選択パルス信号が印加される第１及び第２の走査電極について、選択パルス信号を発生させるために第１の走査電極に印加されるパルス信号の終了タイミングと、選択パルス信号を発生させるために第２の走査電極に印加されるパルス信号の印加開始タイミングとが一致していることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
互いに対向状態で交差する複数の走査電極と複数の信号電極との間に挟持され、室温でコレステリック相を示す液晶を用いた液晶層を複数積層してなる積層型液晶表示素子の駆動方法において、
前記液晶層に含まれる液晶をそれぞれ所望の配向状態にする選択パルス信号を印加する一方で、一の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加後、所定の休止期間をおいて、次の走査電極に面する液晶への選択パルス信号の印加が行われるように駆動し、少なくとも二つの液晶層について互いに選択パルス信号の長さを異ならせると共に、これら互いに選択パルス信号の長さが異なる液晶層について選択パルス信号の長さと休止期間の長さとの合計が等しくなるように互いに休止期間の長さを異ならせること、
を特徴とする積層型液晶表示素子の駆動方法。