JP4580427B2 - 表示素子及びその駆動方法、並びにそれを含む情報表示システム - Google Patents

Description

本発明は、表示素子及びその駆動方法、並びにそれを含む情報表示システムに関する。

近年、各企業・大学で電子ペーパの開発が盛んに進められている。電子ペーパは、電子書籍を筆頭として、モバイル端末のサブディスプレイやＩＣカードの表示部などへの応用が期待されている。電子ペーパの将来性のある応用技術として、ワイヤレス書込みも検討されている。ワイヤレス書込みを行うための既存のインターフェースとして、無線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（ブルートゥース；登録商標）や非接触ＩＣカード方式などがある。無線ＬＡＮやＢｌｕｅｔｏｏｔｈを用いた場合、電子ペーパにバッテリを持たせる必要がある。一方、非接触ＩＣカード方式では、リーダ／ライタの送信する電波を一時的な電源として用い、ＩＣカード内のデータの読書きが行われる。電波強度は数十ｍＷであるため、非接触ＩＣカード方式を適用することによって、電子ペーパにバッテリを持たせずに表示の書込みを行うワイヤレス・バッテリレス駆動方式を実現できる可能性がある。

電子ペーパに用いられる有力な表示素子の１つとして、コレステリック液晶を用いた表示素子がある。コレステリック液晶を用いた表示素子は、半永久的な表示保持が可能なメモリ性を有しているため、ワイヤレス・バッテリレス駆動方式に必要な低消費電力化を実現できる。また、コレステリック液晶を用いた表示素子は、鮮やかなカラー表示の得られる高いカラー表示特性、高コントラスト、高解像度という優れた特徴も有する。コレステリック液晶は、ネマティック液晶にキラル性の添加剤（カイラル材）を比較的多く（数十％）添加することにより得られ、カイラル・ネマティック液晶とも称される。コレステリック液晶は、ネマティック液晶の分子が螺旋（らせん）状に配列するコレステリック相を形成する。

コレステリック液晶を用いた表示素子は、液晶分子の配向状態を制御することにより表示を行う。コレステリック液晶の配向状態には、入射光を反射するプレーナ状態と、入射光を透過させるフォーカルコニック状態とがある。これらの状態は無電界下でも安定して存在する。フォーカルコニック状態の液晶層は光を透過し、プレーナ状態の液晶層は液晶分子の螺旋ピッチに応じた特定波長の光を選択反射する。

図１２（ａ）は一般的な液晶表示素子の構成を模式的に示し、図１２（ｂ）はコレステリック液晶を用いた液晶表示素子の構成を模式的に示している。図１２（ａ）に示すように、一般的な液晶表示素子は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色の画素が並置された１枚の液晶表示層１０１を有している。これに対してコレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、図１２（ｂ）に示すように、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色の画素がそれぞれ配置された３つの液晶表示層１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂが積層された構造を一般に有している。液晶表示層１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、液晶分子の螺旋ピッチを異ならせることによりＲ、Ｇ、Ｂ各色の表示が可能になっている。コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、一般的な液晶表示素子に比較して約３倍の開口率を有する。したがって、コレステリック液晶を用いた液晶表示素子は、一般的な液晶表示素子の約３倍の光利用効率（反射率）を有するため、明るいカラー表示を実現できる。

登録実用新案第３０８９９１２号公報 特開２００３−６６４１３号公報 特開２００２−１０８３０８号公報

しかしながら、コレステリック液晶を用いたカラー表示の液晶表示素子は３枚の単色液晶表示素子の積層構造を有し、駆動電圧も十数Ｖ以上を要するため、表示書替え時の消費電力が大幅に増加してしまう。また、微弱電波を電力として利用するワイヤレス・バッテリレス駆動方式では、通信距離が長くなると受信電力が減少してしまう。したがって、ワイヤレス・バッテリレス駆動方式の液晶表示素子では、電力不足による動作不良が生じ易いという問題がある。

本発明の目的は、受信電力が減少しても安定した動作が可能な表示素子及びその駆動方法、並びにそれを含む情報表示システムを提供することにある。

上記目的は、複数の表示層が積層された表示部と、前記複数の表示層の表示データを含む電波を受信する無線送受信部と、受信した前記電波から前記表示層を駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、前記電波の受信状況に基づいて決定された層数分の前記表示層を前記駆動電圧により同時に駆動する制御部とを有することを特徴とする表示素子によって達成される。

また上記目的は、複数の表示層が積層された表示部と、前記複数の表示層の表示データを含む電波を受信する無線送受信部と、受信した前記電波から前記表示層を駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、前記電波の受信状況に基づいて決定されたスキャン速度で前記表示層を前記駆動電圧により駆動する制御部とを有することを特徴とする表示素子によって達成される。

さらに上記目的は、複数の表示層が積層された表示部を有する表示素子を外部からの受信電波に基づいて駆動する表示素子の駆動方法であって、前記表示層を駆動するための駆動電圧を前記受信電波により生成し、前記電波の受信状況に基づいて決定された層数分の前記表示層を前記駆動電圧により同時に駆動することを特徴とする表示素子の駆動方法によって達成される。

また上記目的は、複数の表示層が積層された表示部を有する表示素子に電波を送信し、前記表示素子から前記電波の受信状況データを受信する無線送受信部と、前記表示素子に送信する送信データを前記受信状況データに基づいて生成する制御部とを有することを特徴とする表示情報送信装置によって達成される。

さらに上記目的は、複数の表示層が積層された表示部と、前記複数の表示層の表示データを含む電波を受信し、前記電波の受信状況データを送信する無線送受信部と、受信した前記電波から前記表示層を駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、所定層数分の前記表示層を前記駆動電圧により同時に駆動する制御部とを備えた表示素子と、前記表示素子に前記電波を送信し、前記表示素子から前記受信状況データを受信する無線送受信部と、前記表示素子に送信する送信データを前記受信状況データに基づいて生成する制御部とを備えた表示情報送信装置とを有することを特徴とする情報表示システムによって達成される。

本発明によれば、受信電力が減少しても安定した動作が可能な表示素子及びその駆動方法、並びにそれを含む情報表示システムを実現できる。

本発明の一実施の形態による表示素子及びその駆動方法、並びにそれを含む情報表示システムについて図１乃至図１１を用いて説明する。図１は、本実施の形態による情報表示システムの構成を模式的に示すブロック図である。図１に示すように、情報表示システム１は、所定の表示情報を無線送信する表示情報送信装置２と、無線送信された表示情報を受信して当該表示情報に基づく表示が可能な表示素子３とを有している。表示情報送信装置２と表示素子３との間は、例えば近接型（通信距離１０ｃｍ程度）の非接触ＩＣカードの通信方式であるＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２等の無線通信規格に対応した相互通信が可能になっている。なお、密着型（通信距離２ｍｍ程度）、近傍型（通信距離１ｍ程度）、及び遠隔型（通信距離、数ｍ程度）の非接触ＩＣカードや、非接触ＩＣカード以外の通信方式として用いられる他の無線通信規格に対応した通信を行うようにしてもよい。表示情報送信装置２から表示素子３へはクロック信号ＣＬＫ、表示データ及びドライバ制御信号等が送信される。表示素子３はバッテリを有さず、表示情報送信装置２からの電波を電力源として用いる。表示素子３の駆動回路はクロック信号を受信することにより起動し、表示データ及びドライバ制御信号を受信した後それらを表示層の駆動回路に転送するようになっている。

図２は、本実施の形態による表示情報送信装置２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、表示情報送信装置２は、装置内の各回路の制御を行う制御部２０と、各回路に電力を供給する電源部２４とを有している。制御部２０には無線送受信部２１が接続されている。無線送受信部２１は、アンテナ２２を介して外部との無線通信を行う。また制御部２０には記憶部２３が接続されている。記憶部２３は、所定のプログラム及びデータが格納されたＲＯＭと、データを一時的に格納するＲＡＭとを有している。制御部２０は、ホストコンピュータとの間で各種情報の送受信を行う。

図３は、本実施の形態による表示素子３の構成を示すブロック図である。図３に示すように、表示素子３は、アンテナ３５を介して表示情報送信装置２の無線送受信部２１との間で無線通信を行う無線送受信部３４と、表示素子３内の各回路の制御を行う制御部３０と、赤色（Ｒ）を表示する表示層（Ｒｅｄ層）３９Ｒ、緑色（Ｇ）を表示する表示層（Ｇｒｅｅｎ層）３９Ｇ、及び青色（Ｂ）を表示する表示層（Ｂｌｕｅ層）３９Ｂが積層された表示部３８とを有している。各表示層３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂは例えば汎用のＳＴＮドライバを備え、単純マトリクス駆動方式を用いて駆動される。なお表示素子３は、不揮発性メモリを有していない。

制御部３０は、外部からの電波の受信状況を判断する機能も備えている。制御部３０の電圧変換回路３１は、受信した電波から電圧を生成するようになっている。Ａ／Ｄコンバータ３２は、電圧変換回路３１で生成された電圧のレベルをデジタル信号に変換して受信電圧データを生成する。ドライバ制御基本回路３３は、受信電圧データに基づき電波の受信状況を判断し、同時に駆動可能な表示層３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂの層数を決定するようになっている。またドライバ制御基本回路３３は、マルチプレクサ３７により選択された表示層３９（３９Ｒ、３９Ｇ又は３９Ｂ）を駆動するドライバを制御するようになっている。電圧変換回路３１には、整流部や安定部を有し、表示層３９Ｒ、３９Ｇ、３９Ｂを駆動するための複数レベルの駆動電圧を生成する駆動電圧生成回路３６が接続されている。

ここで、表示部３８について説明する。本実施の形態のようにワイヤレス・バッテリレスでの駆動を行う場合、表示部３８の表示層としてはコレステリック液晶を用いた液晶表示層が好適であると考えられる。その第１の理由として、コレステリック液晶を用いた液晶表示層がメモリ性を有することが挙げられる。このため、各画素に一度書き込まれた表示データは、その後定期的な書込みを行うことなく維持される。したがって、低速での書込みが可能なため消費電力が小さく、微弱な受信電力の大半をスキャン中の画素に集中して供給できる。

第２の理由として、コレステリック液晶は高い抵抗率を有するため、消費電流が少ないことが挙げられる。例えば、電流駆動である有機ＥＬディスプレイやエレクトロクロミックディスプレイ等は、バッテリレスでの駆動は困難である。

コレステリック液晶の安定な配向状態には、入射光を反射するプレーナ状態と、入射光を透過させるフォーカルコニック状態とがある。フォーカルコニック状態の液晶層は光を透過し、プレーナ状態の液晶層は液晶分子の螺旋ピッチに応じた特定波長の光を選択反射する。プレーナ状態の液晶層により選択反射される光の中心波長λは、液晶の平均屈折率をｎとし、螺旋ピッチをｐとすると以下の式で表される。
λ＝ｎ・ｐ

反射帯域Δλは、液晶の屈折率異方性Δｎの増加とともに大きくなる。液晶層と別に光吸収層を設けることにより、液晶がフォーカルコニック状態のときには黒色を表示させることができる。

コレステリック液晶に電圧を印加して強い電界を生じさせると、液晶分子の螺旋構造は完全に解け、液晶の配向状態は全ての分子の長軸方向が電界の向きに従うホメオトロピック状態になる。次に、ホメオトロピック状態の液晶から電界を急激に除去すると、液晶の螺旋軸は電極に垂直になり、螺旋ピッチに応じた波長の光を選択反射するプレーナ状態になる。一方、液晶分子の螺旋構造が完全には解けない程度の比較的弱い電界をコレステリック液晶に生じさせた後に電界を除去した場合、あるいは強い電界を生じさせた後に電界を緩やかに除去した場合には、液晶の螺旋軸は電極に平行になり、入射光を透過するフォーカルコニック状態になる。また、中間的な強さの電界を生じさせて急激に除去すると、液晶の配向状態はプレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した状態になる。この状態では、中間調の表示が可能となる。コレステリック液晶を用いた表示素子では、これらの現象を利用して情報の表示が行われる。

図４は、コレステリック液晶の電圧応答特性を示すグラフである。グラフの横軸は液晶層に印加するパルス電圧の大きさ（Ｖ）を表し、縦軸はパルス電圧を印加した後の液晶層の光反射率（相対値）を表している。反射率の相対的に高い状態はプレーナ状態（Ｐ）を表し、相対的に低い状態はフォーカルコニック状態（ＦＣ）を表している。図４に示すように、印加されるパルス電圧の大きさがＶ１以下（例えば４Ｖ）の場合、液晶配向の初期状態がプレーナ状態であればプレーナ状態が維持され、初期状態がフォーカルコニック状態であればフォーカルコニック状態が維持される。

液晶配向の初期状態がプレーナ状態の場合、ある程度大きいＶ２以上Ｖ３以下（Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３）のパルス電圧（例えば２４Ｖ程度）を印加すると配向状態はフォーカルコニック状態に遷移し、さらに大きいＶ４以上（Ｖ３＜Ｖ４）のパルス電圧（例えば３２Ｖ程度）を印加すると配向状態はプレーナ状態を維持する。一方、液晶配向の初期状態がフォーカルコニック状態の場合、Ｖ２以上Ｖ３以下のパルス電圧を印加しても配向状態はフォーカルコニック状態を維持し、Ｖ４以上のパルス電圧を印加すると配向状態はプレーナ状態に遷移する。すなわち、液晶配向の初期状態がプレーナ状態及びフォーカルコニック状態のいずれであっても、Ｖ２以上Ｖ３以下のパルス電圧範囲はフォーカルコニック状態への駆動帯域となり、Ｖ４以上のパルス電圧はプレーナ状態への駆動帯域となる。

図５は、コレステリック液晶を用いた表示部３８の断面構成を模式的に示している。図５に示すように、表示部３８が備える３枚の表示層３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒは、シール材４４を介して貼り合わされた一対のガラス基板４２、４３を有している。ガラス基板４２、４３の例えば双方は、可視光を透過させる透光性を有している。ガラス基板４２、４３に代えて、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ；ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）やポリカーボネート（ＰＣ；ＰｏｌｙＣａｒｂｏｎａｔｅ）等を用いたフィルム基板を用いることもできる。

ガラス基板４２のガラス基板４３に対向する面には、互いにほぼ平行に延びる帯状の複数の走査電極４８が形成されている。またガラス基板４３のガラス基板４２に対向する面には、互いにほぼ平行に延びる帯状の複数の信号電極５０が形成されている。Ｑ−ＶＧＡの表示層であれば、例えば２４０本の走査電極４８と３２０本の信号電極５０とが形成される。基板面に垂直に見ると、走査電極４８と信号電極５０とは互いに交差するように延びている。走査電極４８及び信号電極５０は、例えばインジウム錫酸化物（ＩＴＯ；Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を用いて形成されている。インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ；Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｃ Ｏｘｉｄｅ）等の透明導電膜や、アルミニウム、シリコン等の金属電極、あるいは、アモルファスシリコン、珪酸ビスマス（ＢＳＯ；Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）等の光導電性膜等を用いて走査電極４８及び信号電極５０を形成することもできる。

走査電極４８上及び信号電極５０上には絶縁性薄膜や配向安定化膜がコーティングされていることが好ましい。絶縁性薄膜は、電極間の短絡を防止したりガスバリア層としてガス成分を遮断したりして、液晶表示層の信頼性を向上する機能を有する。配向安定化膜には、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、又はアクリル樹脂等の有機膜や、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の無機材料が用いられる。本例では、走査電極４８、信号電極５０上に配向安定化膜がコーティングされている。また、配向安定化膜を絶縁性薄膜と兼用してもよい。

ガラス基板４２、４３間には、セルギャップを均一に保持するためのスペーサが設けられている。スペーサとしては、樹脂製又は無機酸化物製の球状スペーサや、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングされた固着スペーサ、フォトリソグラフィ法を用いて基板上に形成された柱状スペーサ等が用いられる。

ガラス基板４２、４３間には、室温でコレステリック相を示すコレステリック液晶組成物が封止されて液晶層４６が形成されている。コレステリック液晶組成物は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０ｗｔ％添加して作製されている。ここで、カイラル材の添加量は、ネマティック液晶とカイラル材の合計量を１００ｗｔ％としたときの値である。カイラル材の添加量が多いと、ネマティック液晶の分子が強く捻られるため、螺旋ピッチが短くなり短波長の光を選択反射するようになる。逆にカイラル材の添加量が少ないと螺旋ピッチが長くなり長波長の光を選択反射するようになる。ネマティック液晶としては公知の各種材料を用いることができるが、駆動電圧の都合上、誘電率異方性Δεが２０以上であることが好ましい。誘電率異方性Δεが２０以上であれば、駆動電圧が比較的低くなる。カイラル材を添加したコレステリック液晶組成物としての誘電率異方性Δεは、２０〜５０であることが好ましい。また、屈折率異方性Δｎは、０．１８〜０．２４であることが好ましい。屈折率異方性Δｎがこの範囲より小さいと、プレーナ状態での反射率が低下する。逆に屈折率異方性Δｎがこの範囲より大きいと、フォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなる他、粘度も高くなってしまうため応答時間が長くなる。また、液晶層の厚さ（セル厚）は３〜６μｍくらいが好ましい。セル厚がこの範囲より薄いとプレーナ状態での反射率が低くなってしまい、この範囲より厚いと駆動電圧が高くなってしまう。

本実施の形態による表示素子の表示部は、プレーナ状態でＢ、Ｇ、Ｒの光をそれぞれ選択反射する３枚の表示層３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒが、観察者側（図５中上方）からこの順に積層された構成を有している。さらに、表示層３９Ｒの観察者側の反対側（図５中下方）には、必要に応じて可視光吸収層４０が設けられる。表示層３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒのセルギャップは、いずれも５μｍである。表示層３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒの液晶層４６を構成するネマティック液晶及びカイラル材には同一材料が用いられ、カイラル材の添加量の違いにより異なる波長の光を選択反射するようになっている。

表示層３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒは、走査電極４８及び信号電極５０にパルス電圧を印加する駆動回路５２をそれぞれ有している。駆動回路５２には、汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣが用いられている。例えば２つの１６０本出力のＳＴＮドライバＩＣが走査側に用いられ、２４０本出力のＳＴＮドライバＩＣが信号側に用いられる。またドライバＩＣに入力する電圧を安定化するために、ツェナーダイオードが用いられている。オペアンプでの電圧安定化も可能であるが、ツェナーダイオードの方が省電力という点でワイヤレス駆動には好ましい。表示層３９Ｂ、３９Ｇ、３９Ｒの各駆動回路５２には、共通の駆動電圧生成回路３６で生成された複数レベルの駆動電圧が供給される。

図６は、これらの駆動回路５２により走査電極４８及び信号電極５０に印加される１選択期間（数〜数十ｍｓ）分の電圧波形を示している。図６（ａ）は液晶をプレーナ状態にするために信号電極５０に印加される電圧波形を示し、図６（ｂ）は液晶をフォーカルコニック状態にするために信号電極５０に印加される電圧波形を示している。図６（ｃ）は選択された走査電極４８に印加される電圧波形を示し、図６（ｄ）は非選択の走査電極４８に印加される電圧波形を示している。図７（ａ）はプレーナ状態に駆動される画素の液晶層に印加される電圧波形を示し、図７（ｂ）はフォーカルコニック状態に駆動される画素の液晶層に印加される電圧波形を示している。図７（ｃ）は非選択の画素の液晶層に印加される電圧波形を示している。

プレーナ状態に駆動される画素では、選択期間の前半において、図６（ａ）に示すように信号電極５０の電圧が＋３２Ｖになり、図６（ｃ）に示すように走査電極４８の電圧が０Ｖになる。このため、図７（ａ）に示すように当該画素の液晶層には＋３２Ｖの電圧が印加される。また選択期間の後半において、信号電極５０の電圧は０Ｖになり、走査電極４８の電圧は＋３２Ｖになる。このため、当該画素の液晶層には−３２Ｖの電圧が印加される。図７（ｃ）に示すように、非選択期間に印加される電圧は＋４Ｖ又は−４Ｖであるため、当該画素の液晶層にはほぼ±３２Ｖのパルス電圧が印加されることになる。これにより、当該画素の液晶はプレーナ状態になる。コレステリック液晶はメモリ性を有しているため、パルス電圧が印加された後もプレーナ状態が維持される。

一方、フォーカルコニック状態に駆動される画素では、選択期間の前半において、図６（ｂ）に示すように信号電極５０の電圧が＋２４Ｖになり、走査電極４８の電圧が０Ｖになる。このため、図７（ｂ）に示すように当該画素の液晶層には＋２４Ｖの電圧が印加される。また選択期間の後半において、信号電極５０の電圧は＋８Ｖになり、走査電極４８の電圧は＋３２Ｖになる。このため、当該画素の液晶層には−２４Ｖの電圧が印加される。非選択期間に印加される電圧は＋４Ｖ又は−４Ｖであるため、当該画素の液晶層にはほぼ±２４Ｖのパルス電圧が印加されることになる。これにより、当該画素の液晶はフォーカルコニック状態になる。コレステリック液晶はメモリ性を有しているため、パルス電圧が印加された後もフォーカルコニック状態が維持される。

次に、本実施の形態による表示素子の駆動方法について説明する。本実施の形態では、バッテリを有さず受信電波を駆動電力源とし、例えばコレステリック液晶を用いた表示層が積層された表示部を有する表示素子を駆動する際に、同時に駆動する表示層の層数を受信電波の強度に応じて異ならせる。これにより、受信電波の強度が低くても表示素子の動作不良が生じず、良好な表示の書込みが可能になる。

図８は、本実施の形態による表示素子の駆動方法の原理を示している。図の横方向は時間を表し、書込みが開始される時間を０としている。本実施の形態では、受信電波の強度が高く受信電力が充分である場合（例えば受信電力１０ｍＷ程度以上）には、図８（ａ）に示すようにＲｅｄ層（表示層３９Ｒ）、Ｇｒｅｅｎ層（表示層３９Ｇ）、及びＢｌｕｅ層（表示層３９Ｂ）の３層を同時に駆動する。表示データの書込み開始から終了までに要する時間は、２４０ライン分のスキャン時間に相当する時間ｔ１である。Ｒｅｄ層を駆動する際の消費電力を約２．８ｍＷとし、Ｇｒｅｅｎ層を駆動する際の消費電力を約３．０ｍＷとし、Ｂｌｕｅ層を駆動する際の消費電力を約３．３ｍＷとすると、３層を同時に駆動するのに必要な電力は９．１ｍＷ程度である。他の回路分を含めると必要な電力は１０ｍＷ程度である。

受信電力がやや不足し、３層を同時に駆動するのが困難な場合（例えば受信電力７ｍＷ程度）には、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように同時に駆動する層数を２層（又は１層）とする。図８（ｂ）に示す例では、Ｒｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層の２層をまず同時に駆動して第１ライン（Ｒ１、Ｇ１）の表示データを書き込む。Ｒ１、Ｇ１の表示データの書込みが終了したら、Ｂｌｕｅ層のみを駆動して第１ライン（Ｂ１）の表示データを書き込む。このように、Ｒｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層とＢｌｕｅ層とを交互に駆動して例えば第２４０ラインまでの表示データを書き込む。

図８（ｃ）に示す例では、Ｒｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層の２層をまず同時に駆動して全ラインの表示データを書き込む。Ｒｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層の全ラインの書込みが終了したら、Ｂｌｕｅ層のみを駆動して全ラインの表示データを書き込む。この場合、視認性が高い色の層から先に表示データを書き込むと、使用者は比較的早く表示内容の全体を認識できる。緑色、赤色、青色の順に視認性が高いため、本例のようにＲｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層の２層をまず駆動するのが望ましい。

このとき、駆動している層以外の層に対しては電力の供給を遮断するのが省電力化により有効である。Ｒｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層の２層を同時に駆動するのに必要な電力は５．８ｍＷ程度であり、Ｂｌｕｅ層のみを駆動するのに必要な電力は３．３ｍＷ程度である。このように、同時に駆動する層数を２層にすることによって消費電力を大幅に低減でき、受信電力が７ｍＷ程度であっても３層への表示データの書込みが可能になる。表示データの書込み開始から終了までに要する時間は、４８０ライン分のスキャンに必要なｔ２（≒２×ｔ１）である。ただし、図８（ｃ）に示す例では、Ｒｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層の全ラインの書込みが終了する時間ｔ１に表示内容の認識が可能になる。

受信電力の供給がさらに不足する場合（例えば受信電力４ｍＷ程度）には、図８（ｄ）、（ｅ）に示すように、同時に駆動する層数を１層とする。図８（ｄ）に示す例では、まずＧｒｅｅｎ層のみを駆動して第１ライン（Ｇ１）の表示データを書き込む。Ｇ１の表示データの書込みが終了したら、Ｒｅｄ層のみを駆動して第１ライン（Ｒ１）の表示データを書き込む。Ｒ１の表示データの書込みが終了したら、Ｂｌｕｅ層のみを駆動して第１ライン（Ｂ１）の表示データを書き込む。このように、Ｇｒｅｅｎ層、Ｒｅｄ層及びＢｌｕｅ層を順に駆動して第２４０ラインまでの表示データを書き込む。

図８（ｅ）に示す例では、まずＧｒｅｅｎ層のみを駆動して全ラインの表示データを書き込む。Ｇｒｅｅｎ層の全ラインの書込みが終了したら、Ｒｅｄ層のみを駆動して全ラインの表示データを書き込む。Ｒｅｄ層の全ラインの書込みが終了したら、Ｂｌｕｅ層のみを駆動して全ラインの表示データを書き込む。本例のように、視認性の高い色の層から先に駆動することによって、使用者は比較的早く表示内容の全体を認識できる。

このように、駆動する層数を１層ずつとすることによって消費電力を大幅に低減でき、受信電力が４ｍＷ程度であっても３層への表示データの書込みが可能になる。表示データの書込み開始から終了までに要する時間は、７２０ライン分のスキャンに必要なｔ３（≒３×ｔ１）である。ただし、図８（ｅ）に示す例では、Ｇｒｅｅｎ層の全ラインの書込みが終了する時間ｔ１に表示内容の認識が可能になる。

図９は、本実施の形態による表示素子の駆動方法を説明する図である。本実施の形態の前提として、表示素子３を表示情報送信装置２に近接させることによる表示素子の「検出」、及びその後の「相互認証」の両ステップは完了しているものとする。図９に示すように、表示情報送信装置２は、所定の初期化データを含む電波を表示素子３に送信し（ステップＳ１）、その後待機状態に入る（ステップＳ２）。初期化データを受信した表示素子３は、制御部３０及び駆動電圧生成回路（電源部）３６を初期化する（ステップＳ３）。次に表示素子３は、受信した電波から駆動電圧を生成する（ステップＳ４）。次に表示素子３は、受信した電波から受信状況データを生成し、生成した受信状況データとともに表示データ・ドライバ制御データリクエスト（ＲＥＱ）信号を表示情報送信装置２に送信する（ステップＳ５）。

受信状況データと表示データ・ドライバ制御データリクエスト（ＲＥＱ）信号とを受信した表示情報送信装置２の制御部２０は、受信状況データに基づいて、同時に駆動する層数を決定する。表示情報送信装置２は、決定した層数に基づき表示データ及びドライバ制御データを編集し（ステップＳ６）、認識（ＡＣＫ）信号を表示素子２に返信するととともに表示データ及びドライバ制御データを表示素子３に送信する（ステップＳ７）。すなわち表示情報送信装置２は、表示素子３の受信電波の強度が高ければ、図８（ａ）に示したようにＲｅｄ層、Ｇｒｅｅｎ層、Ｂｌｕｅ層の３層を同時に駆動させるためのドライバ制御データと、３層に対する表示データを混在させた表示データとを表示素子３に送信する。表示素子３の受信電波の強度が低ければ、表示情報送信装置２は、図８（ｂ）〜（ｅ）に示したようにＲｅｄ層、Ｇｒｅｅｎ層、Ｂｌｕｅ層のうち２層又は１層を駆動させるためのドライバ制御データと、駆動させる２層又は１層に対する表示データとを表示素子３に送信する。ドライバ制御データには、例えばデータ取込みクロック、データラッチ、スキャンシフト、パルス極性、電圧出力スイッチの各データが含まれる。表示データは、例えば１ライン分ずつ送信される。

ドライバ制御データ及び表示データを受信した表示素子３は、フリップフロップ回路により両データを記憶する（ステップＳ８）。表示素子３の制御部３０は、駆動する表示層をドライバ制御データに基づいて選択し、受信した１ライン分の表示データを選択した表示層に書き込む。このとき表示素子３の制御部３０は、選択されていない表示層への電力の供給を遮断するのが望ましい。

表示データの書込みが終了したらステップＳ５に戻り、表示素子３の制御部３０は再度受信状況データを生成して送信する。これにより、表示データの書込み途中に受信状況が変動しても、変動した受信状況に基づいて決定された層数分の表示層を同時に駆動できるようになっている。なお、受信状況に変化がなければ受信状況データの生成、送信は必ずしも必要ではない。ステップＳ５〜Ｓ８を全ライン分繰り返し、Ｒｅｄ層、Ｇｒｅｅｎ層、Ｂｌｕｅ層の３層に表示データを書き込む。書込みの途中で表示素子３側の電波受信強度がゼロになってしまった場合、表示情報送信装置２は、表示素子３からのＲＥＱ信号の受信回数に基づいて表示データを途中から再送信する。これにより、通信リスタート時の表示素子３は、書込みが中断した部分から表示データを書き込むことができる。

以上の説明では、同時に駆動する表示層の層数が表示素子３側の電波の受信状況によって決定されているが、表示情報送信装置２の制御部２０は、表示素子３側の電波の受信強度によって表示層のスキャン速度を決定するようにしてもよい。スキャン速度を低速にすることによっても、表示データを表示層に書き込む際の消費電力を削減できる。すなわち、受信電波の強度が低いほどスキャン速度を遅くし、受信電波の強度が強いほどスキャン速度を速くすればよい。

次に、本実施の形態による表示素子及びその駆動方法の変形例について説明する。コレステリック液晶を用いた表示層の場合、同一組成の液晶を用いたりそれぞれセルギャップを調整したりしても、各層の電圧応答特性を図４に示したように完全に一致させることは難しい。しかしながら、各層の駆動パルスの電圧値を変えるとすると駆動電圧生成回路３６が複雑になってしまう。

図１０は、本変形例において液晶層に印加される駆動パルスの波形を示している。図１０（ａ）はＢｌｕｅ層の駆動パルスの波形を示し、図１０（ｂ）はＧｒｅｅｎ層及びＲｅｄ層の駆動パルスの波形を示している。図１０（ａ）、（ｂ）において上段は液晶をプレーナ状態にする駆動パルスを示し、下段は液晶をフォーカルコニック状態にする駆動パルスを示している。図１０に示すように、本変形例の表示素子の制御部３０は、Ｒｅｄ層及びＧｒｅｅｎ層とＢｌｕｅ層とを互いに異なるデューティ比の駆動パルスにより駆動する。駆動パルスのデューティ比を各層で変えることにより電圧応答特性の相違を補償することが可能である。例えば、Ｂｌｕｅ層が特性上最も高い駆動電圧を要するとすると、Ｂｌｕｅ層の駆動パルスのデューティ比を図１０に示すように１００％とする。これに対し、Ｇｒｅｅｎ層やＲｅｄ層に要する駆動電圧がやや低い場合、Ｇｒｅｅｎ層やＲｅｄ層の駆動パルスの電圧を変えずにデューティ比を１００％より低くする。また、Ｒｅｄ層の駆動電圧がＧｒｅｅｎ層よりさらに低い場合、Ｒｅｄ層の駆動パルスのデューティ比をＧｒｅｅｎ層よりさらに低くしてもよい。本変形例によれば、各層で共通の駆動電圧生成回路３６を用いることができるため、コストや消費電力が増加することなく、各層の電圧応答特性の相違を補償することができる。

次に、本実施の形態による表示素子の駆動方法の他の変形例について説明する。従来のバッテリを備えた表示素子では、表示を書き換えるときに前回の表示が全画面一括でリセットされるのが一般的であった。ところが、全画面一括でリセットする際には少なくとも数十ｍＷの電力が消費されてしまう。例えば非接触ＩＣカード方式を用いた場合では、リーダ／ライタ側から供給される電力は５〜１０ｍＷである。したがって、一括リセットに要する電力は供給される電力よりかなり大きくなるため、バッテリを持たない表示素子側で一括リセットを行うことは困難である。

図１１（ａ）は本変形例を用いて表示素子の表示画面を書き換えている状態を示し、図１１（ｂ）は本変形例の駆動方法を模式的に示している。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、本変形例では数ライン、例えば４ラインのリセットラインでリセットを行い、休止ライン（１ライン）を挟んだ書込み先頭ライン（１ライン）の表示データを同時に書き込むという動作をライン数だけ繰り返している。このように画面書換えを行うことによって、一括リセットを行うよりも消費電力が抑制される。また、例えば全部の画素を白表示にするというような特別のリセットデータは用いられず、書込み先頭ラインの画素に書き込まれる表示データ自体がリセットラインの画素に書き込まれ、リセットが行われている。

図１１（ａ）において画面の下半分は前回表示分の画面を示し、上半分は新規表示の画面を示している。ここでは一番上のラインから始めて書き込み先頭ライン、すなわち前述の１ラインずつの書き込みラインがほぼ画面の中央付近にきた状態を示し、このライン上のデータの書き込みが行われるとともにリセットライン、例えば４ラインについては書き込みデータを用いたリセットが行われている。

本変形例では、表示データを画素に書き込む前に当該画素の液晶をホメオトロピック状態あるいはフォーカルコニック状態にリセットしている。これにより、消費電力の増加を最小限に抑えたまま、コントラストの高い良好な表示を実現できる。

本実施の形態による表示素子及び表示情報送信装置を作製した。表示素子には、近接型ＴＹＰＥ−Ｂ方式の非接触ＩＣカードを用いた。表示情報送信装置には非接触ＩＣカード用のリーダ／ライタを用いた。このリーダ／ライタに表示素子を１ｃｍ以下の距離で近づけたところ、駆動するための電力が十分であったため、ＲＧＢ各層の表示は同時に書き込まれた。次に、この表示素子とリーダ／ライタとの距離を３ｃｍほどにしたところ、ＲＧＢ各層の表示を同時書込みするだけの電力を表示素子が受信できないため、Ｇｒｅｅｎ層のみの表示が先に書き込まれ、その後、Ｂｌｕｅ層及びＲｅｄ層の２層の表示が同時に書き込まれた。さらに、この表示素子とリーダ／ライタとの距離を５ｃｍほどにしたところ、Ｇｒｅｅｎ層→Ｒｅｄ層→Ｂｌｕｅ層の順に表示が書き込まれた。
また、ＴＹＰＥ−Ｃ等、ＴＹＰＥ−Ｂ以外の方式でも同様にワイヤレス・バッテリレスの書き込みが確認できた。

また、スキャン速度を可変にもできる。電力が十分な場合は、駆動波形で３ｍｓ／ｌｉｎｅほどのスキャン速度で書込めるが、電力が少なくなるに応じてスキャン速度を低速にする。また、ＲＧＢ各層の駆動電圧の相違を補償するために、駆動パルスのデューティ比をＢｌｕｅ層１００％、Ｇｒｅｅｎ層６０％、Ｒｅｄ層４０％としたところ、良好に補償できていることも確認した。

以上説明したように、本実施の形態によれば、コレステリック液晶を用いたワイヤレス・バッテリレス駆動方式の表示素子において、省電力で安定した駆動ができるようになる。また本実施の形態によれば、安価な汎用ドライバを用いることができるため、製造コストを低減できる。さらに本実施の形態によれば、高速に部分的な画面の書換えができるようになる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、コレステリック液晶を用いた表示素子を例に挙げたが、本発明はこれに限らず、電圧駆動されてメモリ性を有する他の表示素子（例えば電気泳動等）にも適用でき、その中でも特に液晶の一種であれば物理的な安定性の面でより好適である。

本発明の一実施の形態による情報表示システムの構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態による表示情報送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態による表示素子の構成を示すブロック図である。 コレステリック液晶の電圧応答特性を示すグラフである。 本発明の一実施の形態による表示素子の表示部の構成を模式的に示す断面図である。 走査電極及び信号電極に印加される電圧波形を示す図である。 液晶層に印加される電圧波形を示す図である。 本発明の一実施の形態による表示素子の駆動方法の原理を示す図である。 本発明の一実施の形態による表示素子の駆動方法を示す図である。 本発明の一実施の形態による表示素子の駆動方法の変形例を示す図である。 本発明の一実施の形態による表示素子の駆動方法の他の変形例を示す図である。 液晶表示素子の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 情報表示システム
２ 表示情報送信装置
３ 表示素子
２０、３０ 制御部
２１、３４ 無線送受信部
２２、３５ アンテナ
２３ 記憶部
２４ 電源部
３１ 電圧変換回路
３２ Ａ／Ｄコンバータ
３３ ドライバ制御基本回路
３６ 駆動電圧生成回路
３７ マルチプレクサ
３８ 表示部
３９Ｒ 表示層（Ｒｅｄ層）
３９Ｇ 表示層（Ｇｒｅｅｎ層）
３９Ｂ 表示層（Ｂｌｕｅ層）
４０ 可視光吸収層
４２、４３ ガラス基板
４４ シール材
４６ 液晶層
４８ 走査電極
５０ 信号電極
５２ 駆動回路

Claims (11)

1. 複数の表示層が積層された表示部と、
   前記複数の表示層の表示データを含む電波を受信する無線送受信部と、
   受信した前記電波から前記表示層を駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、
   前記電波の受信強度に基づいて決定された層数分の前記表示層を前記駆動電圧により同時に駆動する制御部とを有し、
   前記層数は、前記受信強度が低いほど少ないこと
   を特徴とする表示装置。
2. 請求項１記載の表示装置において、
   前記制御部は、駆動していない表示層への電力供給を遮断すること
   を特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は２に記載の表示装置において、
   前記制御部は前記電波の受信強度データを生成し、
   前記無線送受信部は前記受信強度データを外部に送信すること
   を特徴とする表示装置。
4. 複数の表示層が積層された表示部と、
   前記複数の表示層の表示データを含む電波を受信する無線送受信部と、
   受信した前記電波から前記表示層を駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、
   前記電波の受信強度に基づいて決定されたスキャン速度で前記表示層を前記駆動電圧により駆動する制御部とを有し、
   前記スキャン速度は、前記受信強度が低いほど遅いこと
   を特徴とする表示装置。
5. 請求項４記載の表示装置において、
   前記制御部は前記電波の受信強度データを生成し、
   前記無線送受信部は前記受信強度データを外部に送信すること
   を特徴とする表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の表示装置において、
   前記制御部は、視認性の高い表示色を表示する前記表示層を先に駆動すること
   を特徴とする表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の表示装置において、
   前記表示層は、一対の基板と前記基板間に封止された液晶を有していること
   を特徴とする表示装置。
8. 複数の表示層が積層された表示部を有する表示装置を外部からの受信電波に基づいて駆動する表示装置の駆動方法であって、
   前記表示層を駆動するための駆動電圧を前記受信電波により生成し、
   前記電波の受信強度に基づいて決定された層数分の前記表示層を前記駆動電圧により同時に駆動し、
   前記層数は、前記受信強度が低いほど少ないこと
   を特徴とする表示装置の駆動方法。
9. 請求項３記載の表示装置に前記電波を送信し、前記表示装置から前記受信強度データを受信する無線送受信部と、
   前記表示装置に送信する送信データを前記受信強度データに基づいて生成する送信データ生成制御部とを有し、
   前記送信データ生成制御部は、同時に駆動させる前記表示層の層数を前記受信強度データに基づいて決定し、前記層数を含む前記送信データを生成すること
   を特徴とする表示情報送信装置。
10. 請求項５記載の表示装置に前記電波を送信し、前記表示装置から前記受信強度データを受信する無線送受信部と、
    前記表示装置に送信する送信データを前記受信強度データに基づいて生成する送信データ生成制御部とを有し、
    前記送信データ生成制御部は、前記表示層のスキャン速度を前記受信強度データに基づいて決定し、前記スキャン速度を含む前記送信データを生成すること
    を特徴とする表示情報送信装置。
11. 請求項３又は５に記載の表示装置と、
    前記表示装置に前記電波を送信し、前記表示装置から前記受信強度データを受信する無線送受信部と、前記表示装置に送信する送信データを前記受信強度データに基づいて生成する制御部とを備えた表示情報送信装置と
    を有することを特徴とする情報表示システム。

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