JP4705494B2 - メモリ性液晶パネル - Google Patents

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本発明は、メモリ性液晶パネルに関するものであり、特に液晶の二つの安定状態によるメモリ性効果を利用することで低電圧動作を可能とし、液晶パネルの消費電力を低減するような液晶パネルに関する。
最近注目されている電子書籍や電子新聞などにおいて、表示画面を頻繁に切り替えないような携帯情報端末の表示装置として、メモリ性を有する液晶が注目されている。メモリ性を有するということは、すなわち電圧が無印加時においても表示状態を維持することができる。この特徴を用いることで液晶表示装置の消費電力を低減することが可能になる。メモリ性を有する液晶パネルに用いられる液晶材料としては、強誘電性液晶、コレステリック液晶等が知られている。
ここで、従来の液晶パネルを駆動する方法について、メモリ液晶として強誘電性液晶を用いて説明する。図4は、一般的な液晶パネルの構成を示す断面図である。図4に示すように、液晶パネル40は、約2umの厚さの液晶層42を挟持した一対のガラス基板43a、43bと、これら2枚のガラス基板43a、43bを接着するシール剤47とで構成されている。ガラス基板43a、43bのそれぞれの対向面には、複数の画素をドットマトリクス状に配置するように透明電極(ITO)44a、44bが形成されており、その上に配向膜45a、45bが配置され、配向処理が成されている。
さらに、一方のガラス基板(以下、第1のガラス基板とする)43aの外側には、第1の偏光板41aが設置されている。他方のガラス基板(以下、第2のガラス基板とする)43bの外側には、第1の偏光板41aと偏光軸が90°異なるようにして第2の偏光板41bが設置されている。この第2の偏光板41bの外側には、反射板46が配置されている。また、第2の偏光板41bと反射板46の代わりに、偏光機能を備えた反射型偏光板を設置してもより。また、反射板46を半透過反射板として第2の偏光板41bの内側に配置してもよい。
次に、強誘電性液晶の電気光学効果について説明する。図3は強誘電性液晶の透過率と電圧の特性図である。強誘電性液晶は2つの安定状態を持ち、その2つの安定状態はある閾値を超えた電圧を印加することによって状態が切り替わり、印加電圧の極性によって第1の強誘電状態(ON状態)あるいは第2の強誘電状態(OFF状態)を選択することができる。すなわち初期(電圧無印加)時には、第1あるいは第2の強誘電状態で安定して存在するが、電圧がV1を超えてV2まで印加されると、第1の強誘電状態になる。その状態から印加電圧を徐々に下げても第1の強誘電状態を維持する。さらに電圧をV3からV4を超えて印加することで液晶分子は第2の強誘電状態に切り替わる。その状態から印加電圧を徐々に上げても第2の強誘電状態を維持する。この特性図で明らかなように強誘電性液晶を用いた液晶ディスプレイは、電圧が無印加時すなわち消費電力がゼロの時においても、その透過率、つまり表示状態を維持(メモリ性)できる。
図2は強誘電性液晶をマトリクス型の画素(例えば4×4)に形成したときの液晶パネルの平面図である。図2に示すようなマトリクス型の液晶パネルは、通常、時分割駆動方法によって表示を行っている。すなわち、走査電極群COM〜COM4を1ライン毎に例えばCOM1、COM2、・・・へと、走査電極駆動回路(図示せず)から走査側電圧波形として電圧が順次印加され、それに同期した信号側電圧波形が、同様に信号電極駆動回路(図示せず)から信号電極群SEG1〜SEG4へと並列に印加される。なお、信号側
電圧は画素に表示される内容に応じた信号波形が出力する。
このとき、ON状態のときに白表示、OFF状態のときに黒表示になるように、液晶パネルの外側に配置した一対の偏光板(図示しない)については、それぞれの吸収軸がクロスニコルになるように配置する。
次に、このような図2に示す強誘電性液晶パネルの1行1列の画素Pix(1,1)を白表示、2行1列の画素Pix(2,1)を黒表示とする駆動方法について図5を用いて説明する。図5は、一般的な強誘電性液晶パネルを駆動するための走査側電圧波形と信号側電圧波形、および画素に印加する合成電圧波形と強誘電性液晶の透過率曲線を示したものである。
白表示(ON(W))の場合には、リセット期間RSにおいて、全ての走査電極に走査側電圧波形TP1で示すようなリセット電圧±VRTの双極性パルスが印加される。同時に、全ての信号電極に信号側電圧波形SG1で示すような信号電圧±VRSの双極性パルスが印加される。これにより、リセット期間RSの後半部では、リセット電圧と信号電圧の差分の電圧−(VRT+VRS)が全ての画素に印加され、全ての画素は、図3の閾値電圧V4を超え、第二の強誘電状態すなわち黒表示となる。
選択期間SEでは、走査電極TP1に、選択電圧±VSの双極性パルスが印加され、信号電極SG1に、信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。これにより、選択期間SEの後半部では、選択電圧と信号電圧の差分の電圧+(VS+VD)が画素Pix(1,1)に印加され、図3の閾値電圧V2を超え、第一の強誘電状態すなわち白表示となる。
保持期間NSEでは、走査電極TP1に、電圧ゼロが印加され、信号電極SG1に表示内容に応じた信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。図中四角で示したパルスは、+VD、−VDによって構成される任意のパルス列である。例えば、一方の表示内容では、リセット電圧と同様に、+VD、−VDの順に印加され、他方の表示内容では、−VD、+VDの順に印加される。合成電圧波形TS(1,1)で示す通り、保持期間NSEでは、信号側電圧波形SG1がそのまま反映され、±VDの電圧がPix(1,1)に印加されるが図3の閾値電圧V3を超えないので、選択期間SEで決定された透過率を維持し、白表示が持続される。
一方、黒表示(OFF(B))では、選択期間SEにおいて、走査電極TP1に、選択電圧±VSの双極性パルスが印加され、信号電極SG1に、信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。これにより、選択期間SEの後半部では、選択電圧と信号電圧の差分の電圧+(VS−VD)が画素Pixに印加されるが図3の閾値電圧V1を超えないので、リセット期間RSで決定された透過率を維持し、黒表示が持続される。
保持期間NSEでは、走査電極TP1に、電圧ゼロが印加され、信号電極SEG1に表示内容に応じた信号電圧±VDの双極性パルスが印加される。図中四角で示したパルスは、+VD、−VDによって構成される任意のパルス列である。例えば、一方の表示内容では、リセット電圧と同様に、+VD、−VDの順に印加され、他方の表示内容では、−VD、+VDの順に印加される。合成電圧波形TS(1,1)で示す通り、保持期間NSEでは、信号側電圧波形SG1がそのまま反映され、±VDの電圧がPixに印加されるが図3の閾値電圧V1を超えないので、リセット期間RSで決定された透過率を維持し、黒表示が持続される。
このように従来の駆動方法では、双極性のリセットパルスと双極性の選択パルスと保持パルスからなり、駆動電圧は7レベル値以上(ゼロ、±VS、±VD、±VRT、±VR
S)を必要としていた。さらに双極性パルスであるため、ピーク−ピーク値(図5ではVRT+VRSの2倍)は液晶が反応する電圧の2倍必要であった。
このように従来は、メモリ性液晶を駆動するためには、多値のパルス電圧が必要とされ、走査側電圧波形を出力する走査電極駆動回路(ドライバIC)の負担を軽減するため、走査電極駆動回路(ドライバIC)とは別に、独立した電圧変換手段を備え、液晶へ印加する駆動電圧を変動可能にする方法が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。この特許文献1に開示されているメモリ性液晶素子は液晶材料にコレステリック液晶やカイラルネマティック液晶を使用し、縦方向に三層の表示層が重なった構造が採用されている液晶パネルである。
特開2001−42812号公報(第3−4頁、第2−3図)
メモリ性の動作モードを有する強誘電性液晶を用いて、走査電極と信号電極とを備えたマトリクス型の液晶パネルを作製し、線順次駆動方法によって強誘電性液晶にデータ表示を行なう場合、走査側電圧波形には、多値の電圧(理想は5種類の電圧)が必要であり、信号側電圧波形にも、多値の電圧(理想は5種類の電圧)が必要であった。このため、多値の電圧発生手段の回路は、構成の複雑化による部品点数の増加や実装面積の拡大といった問題点が判明した。
さらに、走査側電圧波形の双極性パルスのピーク−ピーク値は液晶が反応する電圧の2倍必要となった。このため、走査側電圧波形を出力するドライバICは高耐圧プロセスで製作する必要があり、チップサイズの大型化による高コストといった問題点も生じた。
上述した課題を解決し目的を達成するために本発明は以下の構成を採用する。対向面に走査電極と信号電極とを有する一対の基板間に少なくとも二つの安定状態を持つメモリ性液晶を挟持した複数の画素を備えるメモリ性液晶パネルにおいて、走査電極に印加される走査側電圧波形と信号電極に印加される信号側電圧波形とは、同極性の単一極性の波形であり、一画面を構成するためのフレーム期間は、少なくとも第一のフィールド期間と第二のフィールド期間とを有する複数のフィールド期間で構成され、メモリ性液晶パネルに印加する駆動電圧の正側実効値と負側実効値とが、一画面を構成するフレーム期間において等しく、かつ、第一のフィールド期間における正側実効値と負側実効値との合成値と、第二フィールド期間以降の正側実効値と負側実効値との合成値が等しく、第一のフィールド期間と第二のフィールド期間以降の時間幅が異なることを特徴とする。
そして、第一のフィールド期間の時間幅が、第二のフィールド期間以降における各々のフィールド期間の時間幅より長いことを特徴とする。
また、第一のフィールド期間において、走査電極に印加される走査側電圧波形と信号電極に印加される信号側電圧波形とは、リセット期間と選択期間と保持期間から構成され、第二のフィールド期間以降のフィールド期間では、走査側電圧波形と信号側電圧波形とは選択期間と保持期間から構成されることを特徴とする。さらに、リセット期間には、メモリ性液晶をどちらか一方の安定状態へリセットするリセットパルスが印加され、選択期間では、メモリ性液晶をどちらか一方の安定状態に選択する選択パルスが印加され、第一のフィールド期間におけるリセットパルスは信号電極側から印加し、第一のフィールド期間における選択パルスは走査電極側から画素に印加することを特徴とする。
また、信号電極側から印加するリセットパルスと走査電極側からの印加する選択パルス
とは、パルス幅及びパルス電圧値が等しいことを特徴とする。さらに、第二のフィールド期間以降のフィールド期間における走査側電圧波形の基準電位は、第一のフィールド期間における保持期間での信号電極に印加される信号電圧値と等しいことを特徴とする。
走査側電圧波形と信号側電圧波形の合成電圧波形は、第一のフィールド期間における保持期間と、第二のフィールド期間以降の保持期間とでは、極性が反転していることを特徴とする。
本発明によれば、双極性パルスを不要とし、液晶が反応する程度の電圧で走査側電圧波形を出力するための走査電極側ドライバICと、信号側電圧波形を出力するための信号電極側ドライバICとを構成できるので、ICの耐圧を低く設定でき、小型化、低コストが実現できる。
また、正電圧(あるいは負電圧)出力のみのドライバICを採用することで、走査電極側ドライバICと信号電極側ドライバICとを同一仕様でできる。さらに、駆動電圧のレベル値を低減し、電源用の昇圧回路を容易に作製できる。なお、両電極の印加電圧波形は、各々ドライバICの入力波形で制御可能である。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるメモリ性液晶パネルの実施の形態を詳細に説明する。本発明のメモリ性液晶としては、強誘電性液晶、コレステリック液晶などを採用することができる。
本実施例ではメモリ性液晶パネルに強誘電性液晶を用いた。本実施例では先に説明した図2の電極構成および図4の液晶パネル構成を採用し、印加電圧と液晶パネルの透過率の関係は図3の特性を示した。以下、本発明の液晶パネルの具体的な駆動方法について図1および図2を用いて説明する。
図2に示す強誘電性液晶パネルの1行1列の画素Pix(1,1)を白、2行1列の画素Pix(2,1)を黒に表示する場合を示す。ここで、走査側電圧波形と信号側電圧波形の基準電位は0Vとする。
一画面を構成するための期間をフレーム期間とすると、一フレーム期間は複数のフィールド期間から構成されている。図1では一つのフレーム期間は、第一のフィールド期間F1と第二にフィールド期間F2と第三のフィールド期間F3と第四のフィールドF4(図示せず)とで構成されている。
図2に示す強誘電性液晶パネルの1行1列の画素Pix(1,1)を白表示とするには、第一のフィールド期間F1において、先ず、一画面を表示する走査期間の最初の部分にリセット期間RSを設け、その期間に全ての信号電極SG1〜SG4はリセットパルス+VSを出力する。次の選択期間SE1に走査電極TP1は選択パルス+VSを出力し、保持期間NSE1に保持電圧0Vを出力する。選択期間SE1に信号電極SG1はデータ電圧0Vが出力する。このように、リセットパルスと選択パルスとは、パルス幅及びパルス電圧値を等しくしている。
画素Pix(1,1)に印加する駆動電圧は、走査電極側の電位0Vを基準とするとTS(1,1)のようになる。リセット期間RSでリセット電圧(−VS)が印加されると図3でいうところの閾値V3を超え第2の強誘電状態すなわち黒表示となる。次に、選択
期間SE1で選択電圧(+VS)が印加されると図3でいうところの閾値V1を超え第1の強誘電状態すなわち白表示となる。なお保持期間NSE1では走査側電極波形は一定出力であるために、信号側電極波形と同等の電圧波形(−VD)あるいは0Vが印加されるが図3でいうところの閾値V3を超えないので、第1の強誘電状態すなわち白表示を維持する。
第二のフィールド期間F2においては、リセット期間を設けず、選択期間SEと保持期間NSEを設けている。ここで液晶の劣化を防止するために交流化した印可電圧で駆動する必要がある。そのため第二のフィールド期間F2以降では、走査側電圧波形と信号側電圧波形の両方の基準となる電位、つまり基準電位を信号電極の信号電圧値VDと等しくし、各画素データに対応する信号電極波形を第一のフィールド期間F1における保持期間と反転して出力する。さらに、第二のフィールド期間F2以降の周期、つまり時間幅を短くし、一つのフレーム期間、つまり複数のフィールド期間で構成した実効電圧値は、第一のフィールド期間F1の実効電圧値と0Vを基準に対称にする。
よって、一つのフレーム期間に注目すると、正側に印加された駆動電圧の実効値正側実効値)と負側に印加された駆動電圧の実効値負側実効値)は等しくなる。また、第1のフィールド期間での正側実効値負側実効値の合成値は、第2のフィールド期間以降の合成値と等しくしている。さらに、走査側電圧波形と信号電圧波形との合成電圧波形TS(1,1)またはTS(2,1)に注目すると、第一のフィールド期間における保持期間と、第二のフィールド期間以降の保持期間とでの極性が反転している。
すなわち、第一のフィールド期間F1の選択期間SE1で信号電極からデータ電圧0Vが出力していた場合、例えば第二のフィールド期間F2を第一のフィールド期間F1のほぼ1/3の周期、時間幅とする。それにより第二のフィールド期間における選択期間SE1に相当する期間も1/3となり、信号電圧値(データ電圧)としてVDを出力する。同様に第三のフィールド期間F3および第四のフィールド期間F4も第一の期間F1のほぼ1/3の周期つまりフレーム時間とし、選択期間SE1に相当する時間幅を1/3、データ電圧VDを出力する。これにより第一の期間F1から第四のフィールド期間F4において交流化を実現する。
なお第二のフィールド期間F2以降のフィールド期間では、信号側電極波形と極性反転の電圧波形(VD)あるいは0Vが印加されるが、図3でいうところの閾値V3を超えないので、第1の強誘電状態すなわち白表示を維持する。
図2に示す強誘電性液晶パネルの2行1列の画素Pix(2,1)が黒表示とするには、第一のフィールド期間F1において、先ず、一画面を表示する走査期間の最初の部分にリセット期間RSを設け、その期間に全ての信号電極SG1〜SG4はリセットパルス+VSを出力する。次の選択期間SE2に走査電極TP2は選択パルス+VSを出力し、保持期間NSE2に保持電圧0Vを出力する。選択期間SE2に信号電極SG1は信号電圧値(データ電圧)VDが出力する。
画素Pix(2,1)に印加する駆動電圧は、走査電極側の電位0Vを基準とするとTS(2,1)のようになる。リセット期間RSでリセットパルス(−VS)が印加されると図3でいうところの閾値V3を超え第2の強誘電状態すなわち黒表示となる。次に、選択期間SE2で選択電圧(+VS−VD)が印加されると図3でいうところの閾値V1を超えないので、第2の強誘電状態すなわち黒表示のままである。なお保持期間NSE2では走査側電極波形は一定出力であるために、信号側電極波形と同等の電圧波形(−VD)あるいは0Vが印加されるが、図3でいうところの閾値V3を超えないので、第2の強誘電状態すなわち黒表示を維持する。
ここで液晶の劣化を防止するために交流化した印可電圧で駆動する必要がある。そのために走査電極側と信号電極側の両方の基準となる電位を第二のフィールド期間F2以降では、信号電極の信号電圧値VDと等しくし、各画素データに対応する信号電極波形を第一のフィールド期間F1と反転して出力する。さらに、第二のフィールド期間F2以降の時間幅、つまり周期を短くし、複数のフレームで構成した実効電圧値は第一のフィールド期間F1の実効電圧値と0Vを基準に対称にする。
すなわち、第一のフィールド期間F1の選択期間SE2において、信号電極から信号電圧値(データ電圧)VDが出力していた場合、例えば第二のフィールド期間F2を第一の期間F1のほぼ1/3のフレーム時間とする。それにより選択期間SE1に相当する期間も1/3となり、データ電圧は0Vを出力する。同様に第三の期間F3および第四の期間F4も第一の期間F1のほぼ1/3のフレーム時間とし、選択期間SE1に相当する期間を1/3、データ電圧0Vを出力する。これにより第一の期間F1から第四の期間F4において交流化を実現する。
なお第二のフィールド期間以降では、信号側電極波形と極性反転の電圧波形(VD)あるいは0Vが印加されるが図3でいうところの閾値V3を超えないので、第2の強誘電状態すなわち黒表示を維持する。
ここで、本実施例は走査側電圧波形及び信号側電圧波形について、正側電圧による駆動方法を記述しているが、0Vについて対称にした負側電圧による駆動方法も容易に実現できる。
また、回路での貫通電流削減や、液晶表示でのクロストーク低減のために各電圧印加の切り替わり時に0Vを挿入した駆動方法になっているが、切り替え時に0Vを挿入しない駆動方法でもよい。
なお、透過率波形TV(1,1)やTV(2,1)は上述した波形を強誘電性液晶パネルに印加したときの光学特性をフォトディテクタ等で検出したときのものである。
このように、リセット期間における信号電極からのパルス電圧と選択期間における走査電極からのパルス電圧との組み合わせによって任意の画素に任意の色(白あるいは黒)を表示することが可能になる。そのため、各電極の波形印加に液晶駆動用ドライバICを用いる場合、正電圧(あるいは負電圧)の一方の極性電圧で各ドライバICを動作できる。したがって、各ドライバICの耐圧は低く抑えることができるので、ICのチップサイズを小さくすることができる。また、各ICの構成も同一にできる。さらに、パルス用電圧は全て同極性であるので、各電圧を発生する昇圧回路も容易に作製でき、システム全体の消費電力も低減することができる。
また、交流化駆動も複数フレームで行なうことにより、各フレームでは周波数が高くなるので液晶に印可する電圧も瞬間的になり、交流化のための補正パルスによる表示品質の低下が無くなる。
さらに、リセット期間、選択期間、保持期間の全ての期間において、強誘電性液晶に印加する電圧は正側と負側とで時間平均が等しくできるので、直流電圧印加による液晶の劣化も生じない。
以上のように、本発明にかかるメモリ性液晶パネルは、携帯情報端末の表示媒体に有用
であり、特に電子ブックや電子辞書など電池で駆動したときにも長時間使い続ける必要がある端末に適している。また、画面書き換えが行われていないので、画面ちらつきのない良好な表示が実現できる。
本発明のメモリ性液晶における駆動波形と光学応答と関係を示す特性図である。 液晶パネルをマトリクス型の画素(例えば4×4)に形成したときの電極配置を示した平面図である。 強誘電性液晶における印加電圧と透過率との関係を示す特性図である。 本発明の液晶表示パネルの構成を示す断面図である。 従来のメモリ性液晶における駆動波形と光学応答と関係を示す特性図である。
符号の説明
TP1 1行目の走査電極
TP2 2行目の走査電極
SG1 1列目の信号電極
TS(1,1) 1行1列の画素に印加する合成電圧波形
TS(2,1) 2行1列の画素に印加する合成電圧波形
TV(1,1) 1行1列の画素の透過率特性波形
TV(2,1) 2行1列の画素に透過率特性波形
40 液晶パネル
41a、41b 偏光板
42 液晶層
43a、43b ガラス基板
44a、44b 透明電極
45a、45b 配向膜
46 反射板
47 シール剤

Claims (7)

  1. 対向面に走査電極と信号電極とを有する一対の基板間に少なくとも二つの安定状態を持つメモリ性液晶を挟持した複数の画素を備えるメモリ性液晶パネルにおいて、
    前記走査電極に印加される走査側電圧波形と前記信号電極に印加される信号側電圧波形とは、同極性の単一極性の波形であり、
    一画面を構成するためのフレーム期間は、少なくとも第一のフィールド期間と第二のフィールド期間とを有する複数のフィールド期間で構成され、
    前記メモリ性液晶パネルに印加する駆動電圧の正側実効値と負側実効値とが、前記一画面を構成する前記フレーム期間において等しく、
    かつ、前記第一のフィールド期間における正側実効値と負側実効値との合成値と、前記第二フィールド期間以降の正側実効値と負側実効値との合成値が等しく、
    前記第一のフィールド期間と前記第二のフィールド期間以降の時間幅が異なることを特徴とするメモリ性液晶パネル。
  2. 前記第一のフィールド期間の時間幅が、前記第二のフィールド期間以降における各々のフィールド期間の時間幅より長いことを特徴とする請求項1に記載のメモリ性液晶パネル。
  3. 前記第一のフィールド期間において、前記走査電極に印加される走査側電圧波形と前記信号電極に印加される信号側電圧波形とは、リセット期間と選択期間と保持期間から構成され、前記第二のフィールド期間以降のフィールド期間では、前記走査側電圧波形と前記信号側電圧波形とは、選択期間と保持期間から構成されることを特徴とする請求項1または2に記載のメモリ性液晶パネル。
  4. 前記リセット期間には、前記メモリ性液晶をどちらか一方の安定状態へリセットするリセットパルスが印加され、前記選択期間では、前記メモリ性液晶をどちらか一方の安定状態に選択する選択パルスが印加され、前記第一のフィールド期間における前記リセットパルスは前記信号電極側から印加し、前記第一のフィールド期間における前記選択パルスは前記走査電極側から画素に印加することを特徴とする請求項3に記載のメモリ性液晶パネル。
  5. 前記信号電極側から印加する前記リセットパルスと前記走査電極側から印加する前記選択パルスとは、パルス幅及びパルス電圧値が等しいことを特徴とする請求項4に記載のメモリ性液晶パネル。
  6. 前記第二のフィールド期間以降における前記走査側電圧波形の基準電位は、前記第一のフィールド期間における前記保持期間での前記信号電極に印加される信号電圧値と等しいことを特徴とする請求項3から5の何れか一項に記載のメモリ性液晶パネル。
  7. 前記走査側電圧波形と前記信号側電圧波形の合成電圧波形は、前記第一のフィールド期間における前記保持期間と、前記第二のフィールド期間以降の保持期間とで、極性が反転していることを特徴とする請求項3から6の何れか一項に記載のメモリ性液晶パネル。
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