JP5072973B2 - ドットマトリクス型の表示素子を有する表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ドットマトリクス型の表示素子を有する表示装置およびその駆動方法に関し、特にコレステリック液晶などのメモリ性の表示材料を有するドットマトリクス型の表示素子を有する表示装置およびその駆動方法に関する。

近年、各企業および大学などにおいて、電子ペーパーの開発が盛んに進められている。電子ペーパーの利用が期待されている応用分野として、電子書籍を筆頭に、モバイル端末機器のサブディスプレイやＩＣカードの表示部など、多様な応用形態が提案されている。電子ペーパーの有力な方式の１つに、コレステリック液晶がある。コレステリック液晶は、半永久的な表示保持（メモリ性）や鮮やかなカラー表示、高コントラスト、高解像度といった優れた特徴を有している。

コレステリック液晶は、カライラルネマティック液晶とも称されることがあり、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、ネマティック液晶の分子がらせん状のコレステリック相を形成する液晶である。

図１は、コレステリック液晶の状態を説明する図である。図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、コレステリック液晶を利用した表示素子１０は、上側基板１１と、コレステリック液晶層１２と、下側基板１３と、有する。コレステリック液晶には、図１（Ａ）に示すように入射光を反射するプレーナ状態と、図１（Ｂ）に示すように入射光を透過するフォーカルコニック状態と、があり、これらの状態は、無電界下でも安定してその状態が保持される。

プレーナ状態の時には、液晶分子のらせんピッチに応じた波長の光を反射する。反射が最大となる波長λは、液晶の平均屈折率ｎ、らせんピッチｐから次の式で表される。

λ＝ｎ・ｐ
一方、反射帯域Δλは、液晶の屈折率異方性Δｎにより大きく異なる。

プレーナ状態の時には、入射光が反射するので「明」状態、すなわち白を表示することができる。一方、フォーカルコニック状態の時には、下側基板１３の下に光吸収層を設けることにより、液晶層を透過した光が吸収されるので「暗」状態、すなわち黒を表示することができる。

次に、コレステリック液晶を利用した表示素子の駆動方法を説明する。

図２は、一般的なコレステリック液晶の電圧−反射特性の一例を示している。横軸は、コレステリック液晶を挟む電極間に所定のパルス幅で印加されるパルス電圧の電圧値（Ｖ）を表し、縦軸はコレステリック液晶の反射率（％）を表している。図２に示す実線の曲線Ｐは、初期状態がプレーナ状態のコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示し、破線の曲線ＦＣは、初期状態がフォーカルコニック状態のコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示す。

図２において、電極間に所定の高電圧ＶＰ１００（例えば±３６Ｖ）を印加して、コレステリック液晶中に相対的に強い電界を発生させると、液晶分子のらせん構造は完全にほどけて、すべての分子が電界の方向に従うホメオトロピック状態になる。次に、液晶分子がホメオトロピック状態の時に、印加電圧をＶＰ１００から所定の低電圧（例えば、ＶＦ０＝±４Ｖ）に急激に低下させて、液晶中の電界を急激にほぼゼロにすると、液晶のらせん軸は電極に垂直になり、らせんピッチに応じた光を選択的に反射するプレーナ状態になる。

一方、電極間に所定の低電圧ＶＦ１００ｂ（例えば、±２４Ｖ）を印加し、コレステリック液晶中の相対的に弱い電界を発生させると、液晶分子のらせん構造が完全には解けない状態になる。この状態において、印加電圧をＶＦ１００ｂから低電圧ＶＦ０に急激に低下させて、液晶中の電界を急激にほぼゼロにするか、あるいは強い電界を印加し緩やかに電界を除去した場合は、液晶分子のらせん軸が電極に平行になり、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印加し、急激に電界を除去すると、プレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在し、中間調の表示が可能となる。

ここで、図２に示す曲線Ｐにおいて、破線枠Ａ内では、印加する電圧パルスの電圧値を高くするに従ってフォーカルコニック状態の割合を増加させてコレステリック液晶の反射率を低下させることができる。また、図２に示す曲線ＰおよびＦＣにおいて、破線枠Ｂ内では、印加する電圧値を低くするに従って増加させてコレステリック液晶の反射率を低下させることができる。

中間調を表示するためには、Ａ領域またはＢ領域を利用する。Ａ領域を利用する場合には、画素を初期化してプレーナ状態にした後に、ＶＦ０とＶＦ１００ａの間の電圧パルスを印加して一部をフォーカルコニック状態にする。また、Ｂ領域を利用する場合には、画素を初期化してフォーカルコニック状態にした後に、ＶＦ１００ｂとＶＰ０の間の電圧パルスを印加して一部をプレーナ状態にする。

以上説明した電圧応答特性に基づく駆動方法の原理を、図３Ａから図３Ｃを参照して説明する。

図３Ａは電圧パルスのパルス幅が数十ｍｓの場合のパルス応答特性を示し、図３Ｂは電圧パルスのパルス幅が２ｍｓの場合のパルス応答特性を示し、図３Ｃは電圧パルスのパルス幅が１ｍｓの場合のパルス応答特性を示す。それぞれの図において、上側にはコレステリック液晶に印加される電圧パルスが示され、下側には電圧−反射率特性が示され、横軸は電圧（Ｖ）を表し、縦軸は反射率（％）を表す。図３Ａの電圧−反射率特性は、図２の曲線ＰおよびＦＣを模式化して示し、図３Ｂおよび図３Ｃの電圧−反射率特性は、図２の曲線Ｐのみを模式化して示す。ここで使用する電圧パルスは、液晶の駆動パルスとしてよく知られているように、分極による液晶の劣化を防止するために、正極性と負極性のパルスを組み合わせている。

図３Ａに示すように、パルス幅が大きい場合には、実線で示すように、初期状態がプレーナ状態だと、電圧をある範囲に上げると、フォーカルコニック状態となり、さらに電圧を上げると、再度プレーナ状態となる。破線で示すように、初期状態がフォーカルコニック状態だと、パルス電圧を上げるにつれて次第にプレーナ状態になる。

パルス幅が大きい場合に、初期状態がプレーナ状態とフォーカルコニック状態のいずれでも必ずプレーナ状態になるパルス電圧は、図３Ａでは±３６Ｖである。また、この中間のパルス電圧では、プレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した状態になり、中間調が得られる。

一方、図３Ｂに示すように、パルス幅が２ｍｓの場合には、初期状態がプレーナ状態では、パルス電圧が±１０Ｖでは反射率は変化しないが、それ以上大きな電圧になるとプレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した状態になり、反射率が低下する。反射率の低下量は電圧が大きくなるに従って大きくなるが、±３６Ｖよりさらに大きな電圧になると反射率の低下量は一定となる。これは、初期状態がプレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した状態でも同じである。従って、初期状態がプレーナ状態である場合に、パルス幅が２ｍｓでパルス電圧が±２０Ｖの電圧パルスを１回印加すると、反射率はある程度低下する。このようにしてプレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した状態で反射率が少し低下した状態で、パルス幅が２ｍｓでパルス電圧が±２０Ｖの電圧パルスをさらに印加すると、反射率はさらに低下する。これを繰り返すと、反射率は所定値まで低下する。

図３Ｃに示すように、パルス幅が１ｍｓの場合には、パルス幅が２ｍｓの場合と同様に、電圧パルスを印加することにより反射率が低下するが、反射率の低下具合はパルス幅が２ｍｓの場合と比べて小さい。

以上のことから、数十ｍｓのパルス幅で３６Ｖのパルスを印加すればプレーナ状態になり、２ｍｓ程度のパルス幅で十数Ｖから２０Ｖ程度のパルスを印加すればプレーナ状態からプレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した状態になって反射率が低下し、反射率の低下量は、パルスの累積時間に関係すると考えられる。

そこで、コレステリック液晶表示装置では、第１ステップにおいて書き換える画素にパルス幅数十ｍｓの±３６Ｖの初期化パルスを印加してプレーナ状態にし、次の第２ステップでは、中間調にする画素に狭いパルス幅の約±２０．０Ｖの階調パルスを印加し、その累積印加時間を中間調のレベルに応じた値にする。言い換えれば、この表示方法は、図２の領域Ａを利用して中間調レベルを表示する。

表示装置では、表示材料層の一方の面に互いに平行な複数のスキャン電極を設け、表示材料層の他方の面に前記複数のスキャン電極と交差する互いに平行な複数のデータ電極を設け、スキャン電極とデータ電極の交差部分に画素が形成される。ここでは、スキャン電極をスキャンライン、データ電極をデータラインと称する。表示装置では、コモンドライバがスキャンラインにスキャンパルスを印加し、セグメントドライバがデータラインにデータパルスを印加する。

第１ステップでは、全スキャンラインと全データラインに同時にパルスが印加される。第２ステップでは、画素ごとに階調レベルを設定するため、１本のスキャンラインにスキャンパルスを印加している時に、全データラインにデータパルスを印加することにより、１スキャンライン内の画素への電圧パルスの印加が行われる。以下、スキャンパルスを印加するスキャンラインを順次シフトしながら全スキャンラインの画素への電圧パルスの印加が終了する。

第２ステップでは、１本のスキャンラインにスキャンパルスに対応する選択スキャン電圧が印加される間、他のスキャンラインには非選択スキャン電圧が印加される。また、階調書込みを行う画素のデータラインにはデータパルスに対応する選択データ電圧が印加され、階調書込みを行わない画素のデータラインには非選択データ電圧が印加される。従って、選択スキャン電圧と選択データ電圧が印加された画素、非選択スキャン電圧と選択データ電圧が印加された画素、非選択スキャン電圧と選択データ電圧が印加された画素、および非選択スキャン電圧と非選択データ電圧が印加された画素が存在することになる。選択スキャン電圧と選択データ電圧が印加された画素のみで反射率（階調）が低下し、他の３種類の画素では反射率（階調）が低下しないように、選択スキャン電圧、非選択スキャン電圧、選択データ電圧および非選択データ電圧を設定する必要がある。

コレステリック液晶を利用した表示装置では、プレーナ状態から中間調レベルに変化させるために印加する階調パルスとしてセグメントドライバおよびコモンドライバは、例えば図４Ａに示すようなパルスを出力する。このようなパルスを印加することにより、画素には図４Ｂに示すような電圧が印加される。

セグメントドライバには、Ｖ０として２０Ｖが、Ｖ２１ＳおよびＶ３４Ｓとして１０Ｖが、供給され、正極フェーズ（ＦＲ＝１）では正パルスが、負極フェーズ（ＦＲ＝０）では負パルスが、出力される。

コモンライバには、Ｖ０として２０Ｖが、Ｖ２１Ｃとして１５Ｖが、Ｖ３４Ｃとして５Ｖが、供給され、正極フェーズ（ＦＲ＝１）では負パルスが、負極フェーズ（ＦＲ＝０）では正パルスが、出力される。

図４Ａのようなパルスが印加されることにより、スキャンラインが選択状態（コモンがオン）で、データラインも選択状態（セグメントがオン）では、正極フェーズ（ＦＲ＝１）においては２０Ｖが、負極フェーズ（ＦＲ＝０）では−２０Ｖが印加される。スキャンラインが選択状態（コモンがオン）で、データラインが非選択状態（セグメントがオフ）では、正極フェーズ（ＦＲ＝１）においては１０Ｖが、負極フェーズ（ＦＲ＝０）では−１０Ｖが印加される。スキャンラインが非選択状態（コモンがオフン）で、データラインが選択状態（セグメントがオン）では、正極フェーズ（ＦＲ＝１）においては５Ｖが、負極フェーズ（ＦＲ＝０）では−５Ｖが印加される。スキャンラインが非選択状態（コモンがオフン）で、データラインが非選択状態（セグメントがオフ）では、正極フェーズ（ＦＲ＝１）においては−５Ｖが、負極フェーズ（ＦＲ＝０）では５Ｖが印加される。

従って、選択状態のスキャンラインの各画素に印加される電圧パルスの波形は図５Ａに示すようになり、非選択状態のスキャンラインの各画素に印加される電圧パルスの波形は図５Ｂに示すようになり、どちらの場合も、選択状態のデータラインの波形を実線で、非選択状態のデータラインの波形を点線で示す。図３Ｂに示すように、パルス幅が２ｍｓの電圧パルスの場合、電圧が±２０Ｖでは液晶の状態、すなわち反射率が変化するが、電圧が±１０Ｖでは反射率は変化しないので、上記のような波形であれば、スキャンラインとデータラインの両方がＯＮの場合に、階調パルスによる書き込みが行われ、それ以外の場合には書き込みは行われないことになる。実際にはクロストークの問題があるが、本発明には直接関係しないので、説明は省略する。

上記のように、表示装置において実際に印加される電圧パルスは図５Ａ及び図５Ｂに示すような波形であるが、以下の記載では説明を簡単にするために、０Ｖを中心にして対称な正負のパルスで表す。

コレステリック液晶による多階調表示方法については各種の駆動方法が提案されている。コレステリック液晶の多階調表示の駆動方法は、ダイナミック駆動とコンベンショナル駆動の２つの方法に分けられる。

特許文献１は、ダイナミック駆動法を記載している。しかし、ダイナミック駆動法は、駆動波形が複雑なため、複雑な制御回路およびドライバＩＣを必要とし、パネルの透明電極も低抵抗ものが必要であるため、製造コストが高くなるという問題がある。また、ダイナミック駆動法は、消費電力も大きいという問題がある。

非特許文献１は、コンベンショナル駆動法を記載している。非特許文献１は、液晶特有の累積時間を利用し、短いパルスを印加する回数を調整することで、徐々にプレーナ状態からフォーカルコニック状態へ、あるいはフォーカルコニックからプレーナ状態へ準動画レートの比較的高速で駆動する方法を記載している。

コンベンショナル駆動法で累積時間を利用して階調を設定する場合、図６Ａに示すように、短いパルスの印加回数を調整する方法と、図６Ｂに示すように、パルス幅Ｗを異ならせる方法が考えられる。パルス幅を異ならせる方法の方が、短いパルスの印加回数を調整するよりも、消費電力を抑制する上では有利である。

さらに、パルス幅とパルスの印加回数の両方でパルス印加の累積時間を変える方法もある。図７はそのような方法における電圧パルスの例を示す図であり、電圧パルスとそれを印加することにより変化する階調状態を示す。

図７の（Ａ）は、第１ステップで使用する初期化パルスであり、パルス電圧が±３６Ｖで、比較的大きなパルス幅を有する。このパルスを印加することにより、画素の液晶はプレーナ状態になり、最大の階調状態になる。図７の（Ｂ）から（Ｄ）は、第２ステップで使用する第１から第３階調パルスであり、それぞれパルス電圧は±２０Ｖであるが、第１から第３階調パルスの順にパルス幅が狭くなる。図７の（Ｂ）から（Ｄ）のパルスを印加すると、画素内で液晶は一部がプレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化して階調が低下し、階調の低下具合は、（Ｂ）から（Ｄ）になるに従って小さくなる。言い換えれば、（Ｂ）から（Ｄ）のパルスを印加すると、相対的に低階調、中程度の階調、高階調になる。ここでは、（Ｂ）を低階調パルス、（Ｃ）を中階調パルス、（Ｄ）を高階調パルスと称する。これでは（Ｂ）から（Ｄ）のパルスのいずれかを印加するかまたはいずれも印加しないというだけでは４階調を表現できるだけであるが、図７に示す３種類のパルスを組み合わせることも可能である。例えば、周期Ｔをｎ個合わせて１ライン周期ｎＴとし、各周期Ｔにおけるパルス幅を選択することにより、多数の階調を表現することが可能である。また、階調パルスの印加を複数のフレームで行い、各フレームで（Ｂ）から（Ｄ）のパルスのいずれかを印加するかまたはいずれも印加しないという選択を行うことにより、多数の階調を表現することが可能である。

図８は、低階調パルスＬ、中階調パルスＭおよび高階調パルスＨの印加回数（パルス数）に対する明度Ｙ（階調）の変化を示す図である。図示のように、小さいパルス幅の高階調パルスＨの場合は、１パルス当たりの明度の低下は小さく、パルス数に応じて順に明度が低下する。中ぐらいのパルス幅の中階調パルスＭの場合は、１パルス当たりの明度の低下は高階調パルスＨより大きく、パルス数に応じて順に明度が低下するが、低下具合は徐々に小さくなる。大きなパルス幅の低階調パルスＬの場合は、１パルス当たりの明度の低下は中階調パルスＭよりさらに大きいが、パルス数が３以上では明度はほとんど低下しない。これは、フォーカルコニック状態の割合が飽和したためである。

液晶などの表示材料は、温度により粘度が変化し、電圧パルスに対する応答性が変化することが知られている。これに応じて、プレーナ状態にできる初期化パルスのパルス幅およびパルス電圧（波高）も変化する。もちろん広いパルス幅で大きな波高の電圧パルスを使用すればプレーナ状態にすることが可能であるが、不要な電力を消費することになる。また、所定の階調パルスを印加しても所望の階調レベルにならないという問題を生じる。

図９は、コレステリック液晶の電圧−反射特性の温度変化による影響を説明する図である。ここでは、図２の曲線ｐに対応する特性のみを示す。図示のように、階調表現に関係するＡ領域やＢ領域が，完全なプレーナ状態になるポイントに比べ，特性が相対的に大きくシフトすることが分かる。

温度変化による影響を低減するための各種の温度補償方法が提案されている。

特許文献２は、リセット（初期化）パルスによりコレステリック液晶をフォーカルコニック状態に初期化した後、階調レベルに応じてパルス電圧およびパルス幅が設定された選択（階調）電圧パルスを印加する個数を調整することにより中間調を表現する液晶表示装置において、温度に応じて選択電圧パルスのパルス幅および波高（パルス電圧）を調整することを記載している。特許文献２に記載された方法では、フォーカルコニック状態に初期化するため、初期化パルスを印加して液晶をフォーカルコニック状態からプレーナ状態に変化させる。液晶をプレーナ状態に変化させるには波高の高い電圧パルスを印加するが、温度が低下した場合波高を一層高くする必要があり、消費電力が著しく増加するという問題がある。なお、特許文献２の記載によれば、第２リセットパルスを印加してフォーカルコニック状態にする前にホメオトロピック状態にするために、大きな電圧の第１リセットパルスを印加する。特許文献２は、第１および第２リセットパルスの温度補償については特に記載していない。

特許文献３は、リセット（初期化）パルスによりコレステリック液晶をホメオトロピック状態に初期化した後、階調状態を設定する選択期間において印加する電圧パルスのパルス幅を温度に応じて調整することを記載している。特許文献３は、ホメオトロピック状態に初期化するリセットパルスの温度補償については特に記載していない。

特許文献４は、コレステリック液晶表示装置で、高温時には選択パルスの波高を高くしてパルス幅を狭くし、低温時には波高を低くしてパルス幅を広くすることにより温度補償することを記載している。この方法では、高温時に消費電力が著しく増加するという問題を生じる。

特許文献５は、メモリ性を有する強誘電性液晶表示素子において、低温時には駆動電圧を一定にして駆動パルス周期を変化させ、高温時には、駆動パルス周期を一定にして駆動電圧を変化させる構成を記載している。具体的には、温度上昇に伴い駆動電圧を低くし、温度低下に伴いパルス周期を長くする。図９に示すように、ある程度長いパルス幅を持つパルスを印加する場合、プレーナ状態からフォーカルコニック状態へ遷移する途中のＡ領域や、フォーカルコニック状態からプレーナ状態へ遷移する途中のＢ領域は、温度変化に応じてシフトするが、完全なプレーナ状態になるポイントは、温度によるシフト量が相対的に小さい。そのため、特許文献５に記載されたように、２５°Ｃ以上の温度において駆動電圧（パルス波高）での補償を適用すると、５０°Ｃから３５°Ｃ、２５°Ｃとなるに従ってパルス波高を上げていくことになる。その結果、低温になっても常温と同じパルス波高でリセット可能であるのに、高いパルス波高にするために、消費電力が無駄になるという問題がある。また、回路部品は駆動電圧が４０Ｖを超えると汎用部品が使用できないため、特許文献５の構成ではコストが急激に増加するという問題がある。

また、特許文献５は、それぞれの階調に応じたパルス周期を使用する駆動方法であるが、低温になるに従ってパルス周期をどのように広げるかについては具体的に記載していない。

特開２００１−２２８４５９号公報 特開２００１−１００１８２号公報 特開２００２−２６８０３６号公報 特許第３７１４３２４号公報 特開昭６３−０４４６３６号公報 Y.-M. Zhu, D-K. Yang, Cumulative Drive Schemes for Bistable Reflective Cohlesteric LCDs, SID 98 DIGEST, pp798-801, 1998

特許文献２−４によれば、温度変化に応じて選択（階調）パルスのパルス電圧および／またはパルス幅を調整するが、リセット（初期化）パルスのパルス電圧およびパルス幅については調整しない。また、特許文献５は、温度変化に応じて電圧パルスのパルス電圧およびパルス幅を調整することを記載しているが、リセット（初期化）パルスおよび階調パルスを含む具体的なパルスの構成については記載していない。

また、特許文献２−５は、選択パルス（階調パルス）を、図７に示すような異なるパルス幅の複数の電圧パルスで構成することについては記載していない。

一方、従来の液晶表示装置では、液晶の応答性（反射量の変化量など）は、パルス電圧とパルス周期の積に比例するとして制御が行われてきた。コレステリック液晶表示装置の応答性について特に言及した文献は知られていないが、従来の液晶表示装置と同様の制御が行われていると考えられる。しかし、本願発明者は、上記の温度変化による液晶の応答性の変化に対する温度補償を検討している際に、コレステリック液晶表示装置で従来と同様の制御を行うと問題が発生することを見出した。

図１０は、コレステリック液晶の温度と粘度の関係を示す図である。図示のように、温度の低下に伴い粘度は指数関数的に上昇する。一般に、液晶の応答速度は、液晶の粘度に反比例することが知られているが、図７に示すような異なるパルス幅の複数の電圧パルスを印加する場合、液晶の粘度とパルス周期を比例関係として温度補償を行うと、温度ごとの階調特性のバラツキが大きく、温度補償の精度が不十分であることを見出した。

本発明は、このような問題を解決して、消費電力が増加せず、装置のコストアップが少なく、温度補償が一層精度よく行われる表示装置および表示素子の駆動方法の実現を目的とする。

上記目的を実現するため、本発明の表示装置およびドットマトリクス型の表示素子の駆動方法は、温度センサにより表示装置の温度を検出し、初期化パルスのパルス電圧を一定とし、温度センサの検出した温度に応じて、初期化パルスのパルス幅を変化させ、温度センサの検出した温度が低温の時には階調パルスのパルス幅を変化させ、温度センサの検出した温度が高温の時には階調パルスのパルス電圧を変化させる。

本発明によれば、初期化パルスも温度補償の対象とするので、温度補償をより一層正確に行うことができ、消費電力を低減できる。しかも、初期化パルスのパルス電圧は固定で、初期化パルスのパルス幅のみを調整ので、低温時でも消費電力の増加は小さい。具体的には、温度が低いほど初期化パルスのパルス幅を広くする。また、低温時には階調パルスのパルス電圧は固定で、階調パルスのパルス幅を変化させ、高温時には階調パルスのパルス幅は固定で、階調パルスのパルス電圧を変化させる。具体的には温度上昇に従ってパルス電圧を低下させるので、消費電力は増加しない。これにより、大きな耐圧のドライバＩＣを使用する必要がなく、汎用ドライバＩＣが使用できるので、装置のコストがアップすることはない。

図７に示したように、階調パルスをパルス幅の異なる複数のサブ階調パルスで構成する場合には、複数のサブ階調パルスについて、上記と同様に、低温時には各サブ階調パルスのパルス幅を変化させ、高温時には各サブ階調パルスのパルス電圧を変化させる。

メモリ性の表示材料は、コレステリック液晶である場合、初期階調状態はプレーナ状態であり、初期階調状態以外の階調状態は、プレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した状態であり、プレーナ状態とフォーカルコニック状態の混在比により中間調の値が決定され、階調パルスは混在比を増加させるように構成することが望ましい。

前述のように、ツイストネマティック液晶などを利用した従来の液晶表示装置では、液晶の応答性（反射量の変化量など）は、パルス電圧とパルス周期の積に比例するとして制御が行われてきた。しかし、本願発明者は、コレステリック液晶の応答性は、パルス電圧の２乗とパルス周期の積に関係することを見出した。

また、液晶の応答速度は、一般に液晶の粘度に反比例することが知られているが、コレステリック液晶ではこの関係が成り立たず、温度補償を行う場合、単に反比例するとしてパルス電圧およびパルス幅を制御したのでは正確な温度補償が行えないことを見出した。

具体的には、温度に応じて変化するコレステリック液晶の粘度をηとし、階調パルスの波高をＶとし、階調パルスのパルス幅をＴとすると、Ｖ ^２ ×Ｔがη ^ｐ （ただし、０≦ｐ＜１）と略比例の関係となるように、より具体的にはｐを０．５に近い値として、階調パルスの波高およびパルス幅を制御することにより、温度補償の精度が向上することを見出した。

表示装置は、複数の異なる反射光を呈する複数の表示素子が積層された積層構造を有すれば、カラー表示が可能である。

図１は、コレステリック液晶のプレーナ状態及びフォーカルコニック状態を説明する図である。 図２は、パルス電圧によるコレステリック液晶の状態変化を説明する図である。 図３Ａは、コレステリック液晶に印加する大きな電圧と広いパルス幅のパルスによる反射率の変化を説明する図である。 図３Ｂは、コレステリック液晶に印加する中間電圧と狭いパルス幅のパルスによる反射率の変化を説明する図である。 図３Ｃは、コレステリック液晶に印加する中間電圧とより狭いパルス幅のパルスによる反射率の変化を説明する図である。 図４Ａは、階調パルス印加時のドライバ出力電圧を示す図である。 図４Ｂは、階調パルス印加における液晶印加電圧を示す図である。 図５Ａは、実際に印加される対称パルスの例を示す図である。 図５Ｂは、実際に印加される対称パルスの例を示す図である。 図６Ａは、短パルスの個数で累積印加時間を変化させる構成を説明する図である。 図６Ｂは、パルス幅で累積印加時間を変化させる構成を説明する図である。 図７は、液晶に印加する初期化パルス、パルス幅の異なる複数の階調パルスの例を示す図である。 図８は、図７の階調パルスの印加個数による明度の変化を示す図である。 図９は、図２のパルス電圧によるコレステリック液晶の状態変化曲線の温度変化を説明する図である。 図１０は、コレステリック液晶の温度による粘度の変化を示す図である。 図１１は、本発明の実施形態のカラー表示装置のコレステリック液晶素子の積層構造を示す図である。 図１２は、実施形態のカラー表示装置の１個のコレステリック液晶素子の構造を示す図である。 図１３は、第１実施形態のカラー表示装置の概略構成を示す図である。 図１４Ａは、第１実施形態のカラー表示装置の温度センサの取り付け位置を示す図である。 図１４Ｂは、第１実施形態のカラー表示装置の温度センサの取り付け位置を示す図である。 図１５は、第１実施形態のカラー表示装置の動作を示すタイムチャートである。 図１６は、第１実施形態における初期化パルスおよび階調パルスの温度に応じたパルス幅の変化を示す図である。 図１７は、第１実施形態における階調パルスの温度に応じたパルス電圧の変化を示す図である。 図１８は、第１実施形態の表示装置の消費電力を、従来例と対比して示す図である。 図１９Ａは、コレステリック液晶の所定の応答性を得るための粘度と駆動エネルギーの関係を示す図であり、横軸が粘度ηの場合の図である。 図１９Ｂは、コレステリック液晶の所定の応答性を得るための粘度と駆動エネルギーの関係を示す図であり、横軸が粘度ηの平方根の場合の図である。 図２０は、第１実施形態の表示装置における明度と駆動エネルギーを粘度ηの平方根で除した値の関係を示す図である。 図２１は、第１実施形態の表示装置における温度とコントラストの関係を示す図である。 図２２Ａは、第１実施形態の表示装置の低温でのトーンカーブを示す図である。 図２２Ｂは、第１実施形態の表示装置の室温でのトーンカーブを示す図である。 図２２Ｃは、第１実施形態の表示装置の高温でのトーンカーブを示す図である。 図２３は、第２実施形態の表示装置の表示素子とドライバの部分の構成を示す図である。 図２４は、第２実施形態の表示装置の制御回路内の温度補償に関係する部分を示す図である。 図２５は、第２実施形態の表示装置の動作を示すタイムチャートである。 図２６は、第２実施形態における温度データの読み取りタイミングを説明する図である。

１０ 表示素子
１１ 上側基板
１２ 液晶層
１３ 下側基板
１４ 上側電極層
１５ 下側電極層
１７ 吸光層
１８ 制御回路
２１ 電源
２２ 昇圧部
２３ 電圧切替部
２４ 電圧安定部
２７ 制御回路
２８，２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂ コモンドライバ
２９，２８９，２９Ｇ，２９Ｂ セグメントドライバ
３０ 温度センサ

本発明の実施形態の表示装置および表示方法を説明する前に、本発明の前提となるコレステリック液晶応答特性の温度依存性について説明する。

例えば、室温では、プレーナ状態に初期化した後、階調パルスを構成する高階調パルス、中階調パルス、低階調パルスを累積して印加することで、図８に示すような階調特性が得られる。本願発明者は、研究により、低温および高温における階調特性を、室温の階調特性と同じγ値とするには、高階調パルス、中階調パルス、低階調パルスの波高（パルス電圧）を液晶の粘度と比例して単に増加させる、または同じ比率でパルス幅を広げるだけでは不十分であり、液晶の反射率を低下させて中間調にするための駆動エネルギーを波高（パルス電圧）の２乗とパルス幅の周期の積が、液晶の粘度の平方根と高い相関性を有することを見出した。従って、温度補償もこの関係に基づいて行うことにより、より一層高い精度で温度補償が行える。

また、プレーナ状態への初期化する初期化パルスについては、パルスの波高（パルス電圧）は一定で、パルス幅を変化させるのみで十分に温度補償できることを確認した。

以上のような温度特性に基づいた本発明の温度補償方法を説明する。

本発明によれば、図７の（Ａ）に示すような初期化（リセット）パルスを印加してプレーナ状態にした後、階調パルスを印加してフォーカルコニック状態にする。階調パルスは、図７の（Ｂ）から（Ｄ）に示すような低階調パルス、中階調パルスおよび高階調パルスで構成されていても、±２０Ｖでパルス幅が変化する１個のパルスでもよい。このような駆動方法において、プレーナ状態にするための初期化パルスの温度補償は、パルス電圧を固定としてパルス幅を変化させ、階調パルスの温度補償は、低温時には階調パルスのパルス幅を変化させ、温度センサの検出した温度が高温の時には階調パルスのパルス電圧を変化させる。具体的には、初期化パルスの温度補償は、低温では、温度が低くなるに従ってパルス幅を広くする。階調パルスの温度補償は、所定温度より低温の領域では、パルス電圧を固定し、パルス幅を広くし、所定温度より高温の領域では、パルス幅は一定とし、パルス電圧を温度の上昇に従って低下させる。

上記のように、コレステリック液晶の粘度ηは、温度に応じて図８に示すように変化する。この関係から温度に応じたコレステリック液晶の粘度ηを求め、階調パルスの波高をＶとし、階調パルスのパルス幅をＴとすると、Ｖ ^２ ×Ｔ≒η ^ｐ ×Ｃ（ただし、０≦ｐ＜１、Ｃ＝一定）となるように、階調パルスの温度補償を行う。Ｖ２×Ｔは駆動エネルギーを表す。ｐは実験的には０．５の場合にもっとも相関が高かったが、液晶の塑性やパネル構造により多少変動し、ｐ＝０．５より若干ずれた値の時にもっとも相関が高くなる場合もあった。

初期化パルスは、全温度領域に渡ってパルス幅を変化させてもよいが、例えばある温度Ｔ（例えば２５°Ｃ）以上の高温では、その温度Ｔの時のパルス幅に固定するようにしてもよい。

また、階調パルス温度補償に関する所定温度は、表示パネルの特性や電源回路の容量などを考慮して適宜設定すればよい。

パルス電圧およびパルス幅の変化は、ステップ状に変化させても、連続的に変化させてもよい。

いずれにしろ、階調パルスは、波高（パルス電圧）による補正とパルス幅による補正を使い分け、駆動エネルギーを粘度の平方根に比例する関係に近い関係で変化させる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１１は、実施形態で使用する表示素子１０の構成を示す図である。図１１に示すように、この表示素子１０は、見る側から順番に、青（ブルー）用パネル１０Ｂ、緑（グリーン）用パネル１０Ｇ、および赤（レッド）用パネル１０Ｒの３枚のパネルが積層されており、レッド用パネル１０Ｒの下側には光吸収層１７が設けられている。パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒは、同じ構成を有するが、パネル１０Ｂは反射の中心波長が青色（約４８０ｎｍ）、パネル１０Ｇは反射の中心波長が緑色（約５５０ｎｍ）、パネル１０Ｒは反射の中心波長が赤色（約６３０ｎｍ）になるように、液晶材料およびカイラル材が選択され、カイラル材の含有率が決定されている。パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒは、青層用制御回路１８Ｂ、緑層用制御回路１８Ｇおよび赤層用制御回路１８Ｒで、それぞれ駆動される。

図１２は、１枚のパネル１０Ａの基本構成を示す図である。実施形態で使用するパネルについて、図１２を参照して説明する。

図１２に示すように、表示素子１０Ａは、上側基板１１と、上側基板１１の表面に設けられた上側電極層１４と、下側基板１３の表面に設けられた下側電極層１５と、シール材１６と、を有する。上側基板１１と下側基板１３は、電極が対向するように配置され、間に液晶材料を封入した後シール材１６で封止される。なお、液晶層１２内にスペーサが配置されるが図示は省略している。上側電極層１４と下側電極層１５の電極には、駆動回路１８から電圧パルス信号が印加され、それにより液晶層１２に電圧が印加される。液晶層１２に電圧を印加して、液晶層１２の液晶分子をプレーナ状態またはフォーカルコニック状態にして表示を行う。

上側基板１１と下側基板１３は、いずれも透光性を有しているが、パネル１０Ｒの下側基板１３は不透光性でもよい。透光性を有する基板としては、ガラス基板があるが、ガラス基板以外にも、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）などのフィルム基板を使用してもよい。

上側電極層１４と下側電極層１５の電極の材料としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO: Indium Tin Oxide)が代表的であるが、その他インジウム亜鉛酸化物(IZO: Indium Zic Oxide)などの透明導電膜を使用することが可能である。

上側電極層１４の透明電極は、上側基板１１上に互いに平行な複数の帯状の上側透明電極として形成され、下側電極層１５の透明電極は、下側基板１３上に互いに平行な複数の帯状の下側透明電極として形成されている。そして、上側基板１１と下側基板１３は、基板に垂直な方向から見た時に、上側電極と下側電極が交差するように配置され、交差部分に画素が形成される。電極上には絶縁性のある薄膜が形成される。この薄膜が厚いと駆動電圧を高くする必要があり、汎用ＳＴＮドライバで駆動回路を構成するのが難しくなる。逆に、薄膜がないとリーク電流が流れるため、消費電力が増大するという問題を生じる。ここでは、薄膜は比誘電率が約５であり、液晶よりもかなり低いため、薄膜の厚さは約０．３μｍ以下とするのが適している。

なお、この絶縁性薄膜は、ＳｉＯ2の薄膜、あるいは配向安定化膜として知られているポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの有機膜で実現できる。

上記のように、液晶層１２内にスペーサが配置され、上側基板１１と下側基板１３の間隔、すなわち液晶層１２の厚さを一定にする。スペーサは、一般に樹脂製または無機酸化物製の球体であるが、基板表面に熱可塑性の樹脂をコーティングした固着スペーサを使用することも可能である。このスペーサによって形成されるセルギャップは３．５μｍ〜６μｍの範囲が適正である。セルギャップがこの値より小さいと反射率が低下して暗い表示になり、逆のこの値より大きいと駆動電圧が上昇して汎用ドライバＩＣによる駆動が困難になる。

液晶層１２を形成する液晶組成物は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０重量％（ｗｔ％）添加したコレステリック液晶である。ここで、カイラル材の添加量は、ネマティック液晶成分とカイラル材の合計量を１００ｗｔ％とした時の値である。

ネマティック液晶としては、従来から公知の各種のものを使用可能であるが、誘電率異方性（Δε）が１５〜３５の範囲の液晶材料であることが望ましい。誘電率異方性が１５以上であれば、駆動電圧が比較的低くなり、この範囲より大きいと駆動電圧自体は低下するが比抵抗が小さくなり、特に高温時の消費電力が増大する。

また、屈折率異方性（Δｎ）は、０．１８〜０．２４であることが望ましい。屈折率異方性が、この範囲より小さいと、プレーナ状態の反射率が低くなり、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のに加えて、粘度も高くなり、応答速度が低下する。

図１３は、本発明の第１実施形態の表示装置の全体構成を示す図である。表示素子１０は、Ａ４判ＸＧＡ仕様で、１０２４×７６８画素を有する。電源２１は、例えば３Ｖ〜５Ｖの電圧を出力する。昇圧部２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータなどのレギュレータにより、電源２１からの入力電圧を３６Ｖ〜４０Ｖに昇圧する。この昇圧レギュレータは、専用ＩＣが広く使用されており、そのＩＣにはフィードバック電圧を設定することにより、昇圧電圧を調整する機能を有している。従って、抵抗による分圧などにより生成した複数の電圧を選択してフィードバック端子に供給するように構成することで、昇圧電圧を変化させることが可能である。

電圧切替部２３は、抵抗分割などにより各種の電圧を生成する。電圧切替部２３におけるリセット電圧と階調書込み電圧のスイッチングには、高耐圧のアナログスイッチを用いてもよいが、トランジスタによる単純なスイッチング回路，あるいはＤ／Ａコンバータを使用することも可能である。電圧安定部２４は、電圧切替部２３から供給される各種の電圧を安定化させるために、オペアンプのボルテージフォロア回路を使用することが望ましい。オペアンプは、容量性負荷に対して強い特性を有するものを使用するのが望ましい。なお、オペアンプに接続する抵抗を切り替えることにより増幅率を切り替える構成が広く知られており、この構成を使用すれば、電圧安定部２４から出力する電圧を容易に切り替えることが可能である。

原振クロック部２５は、動作の基本となる基本クロックを発生する。分周部２６は、基本クロックを分周して、後述する動作に必要な各種クロックを生成する。

制御回路２７は、基本クロック、各種クロックおよび画像データＤに基づいて制御信号を生成して、コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９に供給する。制御回路２７は、表示装置に設けられた温度センサ３０により検出された温度に応じて、昇圧部２２の昇圧電圧または電圧安定部２４の出力電圧を調整すると共に、コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９の出力するパルス幅を調整する。

コモンドライバ２８は７６８本のスキャンラインを駆動し、セグメントドライバ２９は１０２４本のデータラインを駆動する。ＲＧＢの各画素に与える画像データが異なるため、セグメントドライバ２９は各データラインを独立して駆動する。コモンドライバ２８は、ＲＧＢのラインを共通に駆動する。本実施形態では、ドライバＩＣは、汎用の２値出力のＳＴＮドライバを使用した。利用可能な汎用ＳＴＮドライバは、様々なものが使用可能である。

セグメントドライバ２９へ入力する画像データは、フルカラーの原画像を誤差拡散法によりＲＧＢ各１６階調の４０９６色のデータに変換した、４ビットのデータＤ０−Ｄ３である。この階調変換は、高い表示品質を得られる方法が好ましく、誤差拡散法のほかにブルーノイズマスク法などが使用できる。

図１４Ａおよび図１４Ｂは、温度センサ３０の配置を示す図である。表示素子（表示パネル）１０は、筐体３３に取り付けられて保持される。図１３の表示素子１０以外の部分が搭載される回路基板３２も筐体３３に取り付けられ、表示素子１０の裏面に配置される。表示素子１０と回路基板３２は、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）３２Ａおよび３２Ｂで電気的に接続される。回路基板３２に設けられた電源回路や制御回路は、動作に応じて発熱するので、温度センサ３０は、発熱の影響を受けにくい図示のような位置に配置されることが望ましい。図１４Ａおよび図１４Ｂの例では、回路基板３２から突き出した部分に温度センサ３０を配置している。これにより、温度センサ３０の周囲はほぼ空気層に覆われるので、電源回路や制御回路からの発熱の影響を低減でき、表示素子１０と温度センサ３０の温度の一致具合を向上できる。なお、温度センサ３０の配置については、図示した位置以外に、表示素子１０の裏面に貼り付けるなども可能であり、各種の変形例があり得る。

次に、本実施形態における画像の書込み動作を説明する。

図１５は、本実施形態における画像の書込み動作を示すタイムチャートである。画像の書込み動作は、±３６Ｖのパルスを全画素に同時に印加して、全画素をプレーナ状態にリセットする第１ステップと、第１ステップの後で画素に選択的に階調パルスを印加して、プレーナ状態とフォーカルコニック状態が混在した中間調状態にする第２ステップと、を有する。本実施形態では、汎用ＳＴＮドライバが有する出力電圧オフ機能（／ＤＳＰＯＦ）を利用してパルス幅を変化させる。

第１ステップでは、セグメントドライバ２９の出力電圧をすべてグランド（ＧＮＤ）レベルにした上で、コモンドライバ２８の全出力ラインを選択状態にする。出力電圧をすべてＧＮＤレベルにするのは、／ＤＳＰＯＦを低（Ｌ）にすればよい。

次に極性信号ＦＲを高（Ｈ）レベルにした上で、／ＤＳＰＯＦをＨレベルにすると、選択された全ラインに＋３６Ｖが印加され、図１２Ｂに示すように、全画素がホメオトロピック状態になる。

次に、極性信号ＦＲを低（Ｈ）レベルにして全ラインに印加した電圧を＋３６Ｖから−３６Ｖに反転させる。

この場合の＋３６Ｖと−３６Ｖの印加時間は、表示素子の構成によって適正値が異なるが、本実施形態では、１０ｍｓのパルス幅のパルスとした。

最後に、／ＤＳＰＯＦをＬにして出力を０Ｖにすると、全画素はホメオトロピック状態からプレーナ状態に切り替わる。このようにして初期化パルスが印加される。／ＤＳＰＯＦを用いると、ドライバＩＣの短絡回路で強制的に放電するため、表示素子の充放電時間を短くできる。プレーナ状態への遷移は、電圧パルスの急峻性が必要なので、この／ＤＳＰＯＦを用いた強制放電は、サイズが大きな表示素子の場合でも確実にプレーナ状態にリセットすることが可能である。

第２ステップは、３つのサブステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３を有する。本実施形態では、３つのサブステップは、１フレームにおいて、１つのスキャンラインを選択している間に連続して行われる。サブステップＳ１では、図７の（Ｄ）の±２０Ｖのパルス幅の狭い高階調パルスが選択的に印加され、サブステップＳ２では、図７の（Ｃ）の±２０Ｖのパルス幅の中ぐらいの中階調パルスが選択的に印加され、サブステップＳ３では、図７の（Ｂ）の±２０Ｖのパルス幅の広い低階調パルスが選択的に印加される。

図１５に示すように、第１ステップの終了する前に、高階調パルスを印加する第１ラインの画素を示すデータＤＡＴＡをセグメントドライバ２９に転送し、データの転送が終了し且つ第１ステップが終了すると、セグメントドライバ２９はラッチ信号ＬＡＴＣＨに応じて転送データを保持する。この時、コモンドライバ２８は、図示していないシフト信号に応じて、第１スキャンラインを示すスキャンデータが保持される。ＦＲをＨにした上で、／ＤＳＰＯＦをＨにすると、コモンドライバ２８は第１スキャンラインに正極フェーズのスキャンパルス（０Ｖ）を印加し、セグメントドライバ２９はデータラインにＤＡＴＡに応じて正極フェーズのデータパルス（２０Ｖ）および非データパルス（０Ｖ）を印加する。他のスキャンラインには電圧パルスは印加されない。一旦／ＤＳＰＯＦをＬにした後、ＦＲをＬにし、再び／ＤＳＰＯＦをＨにすると、コモンドライバ２８は、第１スキャンラインに負極フェーズのスキャンパルス（２０Ｖ）を印加し、セグメントドライバ２９はデータラインに正極フェーズのデータパルス（０Ｖ）および非データパルス（２０Ｖ）を印加する。サブステップＳ１は、例えば２ｍｓであり、約２ｍｓのパルス幅の±２０Ｖのパルスが印加される。

サブステップＳ１を実行している間に、中階調パルスを印加する第１ラインの画素を示すデータＤＡＴＡをセグメントドライバ２９に転送し、第１サブステップＳ１が終了すると、セグメントドライバ２９はラッチ信号ＬＡＴＣＨに応じて転送データを保持する。以下、第１サブステップＳ１と同様に第２サブステップＳ２を実行し、約２ｍｓのパルス幅の±２０Ｖのパルスが印加される。第３サブステップＳ３についても同様である。

第２ステップの第１スキャンラインに対するサブステップＳ１−Ｓ３が終了すると、第２スキャンラインに対して第２ステップのサブステップＳ１−Ｓ３を実行する。これを最後のスキャンラインまで行えば、表示素子１０の全面での書き込みが終了する。

サブステップＳ１−Ｓ３のそれぞれで電圧パルスを印加するか印加しないかを選択することにより、８種類の累積印加時間を設定でき、８階調が実現できる。なお、サブステップＳ１−Ｓ３における電圧パルスのパルス幅を変化可能にすれば、その分表現可能な中間調のレベル数が増加する。

図１５のタイムチャートでは、第２ステップのサブステップＳ１−Ｓ３を、各スキャンラインで連続して実行する例を示したが、第２ステップのサブステップＳ１−Ｓ３を、３つのフレームＦ１、Ｆ２およびＦ３に分けて行うことも可能である。

本実施形態では、初期化パルスおよび３種のパルス（高階調パルス、中階調パルス、低階調パルス）で構成される階調パルスを図１５に示すタイムチャートに従って印加するが、温度センサ３０の検出した温度に応じて、初期化パルスのパルス幅、および３種のパルス（高階調パルス、中階調パルス、低階調パルス）のパルス幅およびパルス電圧を調整する。

前述のように、初期化パルスの温度補償は、パルス電圧を固定としてパルス幅を変化させる。初期化パルスのパルス幅は全温度領域に渡って、温度が低くなるに従って初期化パルスのパルス幅を広くする。

しかし、図１６に示すように、所定の温度以下では、温度が低くなるに従って初期化パルスのパルス幅を広くするが、所定の温度（例えば２５°Ｃ）以上では、その所定の温度におけるパルス幅を維持するようにしてもよい。

階調パルスの温度補償は、低温時には階調パルスのパルス幅を変化させ、高温時には階調パルスのパルス電圧を変化させる。具体的には、階調パルスの温度補償は、所定温度（例えば２５°Ｃ）より低温の領域では、パルス電圧を固定し、パルス幅を広くし、所定温度より高温の領域では、パルス幅は一定とし、パルス電圧を温度の上昇に従って低下させる。この際、温度に応じたコレステリック液晶の粘度ηを求め、パルスのパルス電圧をＶとし、パルス幅をＴとすると、Ｖ ^２ ×Ｔ≒η ^1/2 ×Ｃ（ただし，Ｃ＝一定）となるように、階調パルス（高階調パルス、中階調パルス、低階調パルス）の温度補償を行う。

例えば、パルス幅については、初期化パルスの場合とはスケールが異なるが、図１６に示すように、温度が低くなるに従って高階調パルス、中階調パルス、低階調パルスのパルス幅を広くし、所定の温度（例えば２５°Ｃ）以上では、その所定の温度におけるパルス幅を維持するようにする。また、パルス電圧については、図１７に示すように、所定の温度以下では高階調パルス、中階調パルス、低階調パルスのパルス電圧は一定とし、所定温度以上では、高階調パルス、中階調パルス、低階調パルスのパルス電圧を低下させてもよい。

以上説明した本実施形態のＸＧＡ仕様のＲＧＢ積層型コレステリック液晶表示装置では、表示素子１０は、±３６Ｖで初期化可能なように構成したので、回路部品は低耐圧の安価な汎用部品が使用できる。また、上記の説明では高階調パルス、中階調パルスおよび低階調パルスの３種類の階調パルスを使用する例を説明したが、実際にはパルス幅の異なる４種類の階調パルスを使用し、ＲＧＢ各１６階調の４０９６色表示の表示装置とした。

図１８は、上記の構成の表示装置において、本実施形態の温度補償制御を適用した場合と、特許文献３または４に記載された従来の単純にパルス幅を変化させる温度補償制御を適用した場合における、温度変化に対する消費電力の変化を示す図である。参照符号Ｘが本発明の場合を、Ｙが従来例の場合を示す。従来例によれば、消費電力は温度の上昇に従って上昇し、４０°Ｃを超える温度では消費電力が４００ｍＷを超える。これに対して、本発明では、高温ではパルス電圧を下げるように補償するため、高温での消費電力が抑制され、消費電力は４００ｍＷを超えない。

表示装置の消費電力が大きくなると、電源回路の負荷が大きくなり、特に昇圧電圧が数十ボルトを超えると昇圧効率が急激に低下していくため、ますます消費電力については不利な方向に作用する。例えば、消費電力が４００ｍＷを超える領域は、高負荷で低効率の範囲であり、消費電力が４００ｍＷを超えない領域は、低負荷で高効率の範囲であり、この境界を超えないことが重要である。これに対して、本発明では、高温側ではパルス幅を固定としてパルス電圧を下げているため、高温での消費電力は逆に低下する。低温においても、パルス電圧の上昇による電圧上昇は、パルス幅を広げることで、最小限に抑えられている。

図１９Ａおよび図１９Ｂは、所定の応答性（反射率低下量）を得るための粘度と階調パルス（高階調パルス、中階調パルス、低階調パルス）の駆動エネルギーの関係を示す図であり、図１９Ａは横軸が粘度ηで、縦軸が駆動エネルギー（Ｖ ^２ Ｔ）である場合を、図１９Ｂは横軸が粘度η ^1/2 で、縦軸が駆動エネルギー（Ｖ ^２ Ｔ）である場合を示す。ここで、Ｖは階調パルスのパルス電圧（波高）であり、Ｔは階調パルスのパルス幅である。

図１９Ｂの方が、図１９Ａより比例関係に近いことが分かる。従って、温度変化により液晶の粘度が変化する場合、駆動エネルギーを粘度η ^1/2 で除した値が一定となるように温度補償制御することが望ましいことが分かる。

図２０は、本実施形態のコレステリック液晶表示装置における、表示素子の明るさ（明度）と駆動エネルギーを粘度η ^1/2 で除した値をグラフにしたものであり、縦軸はある明度にするために必要な階調パルスの駆動エネルギーを粘度η ^1/2 で除した値を示す。図２０から、粘度が異なる各温度の曲線がほぼ一致しており、粘度の平方根と相関関係が高いことが分かる。

図２１は、本実施形態のコレステリック液晶表示装置における、温度変化に対する表示のコントラストの変化を示す図である。図２１に示すように、コントラストは、温度依存性が小さく、広い温度範囲に渡って安定したコントラストが得られることが分かる。特に、一般的な動作温度とされる０°Ｃから５０°Ｃにおいて、安定して高いコントラストが得られる。０°Ｃより低い温度、また５０°Ｃより高い温度でコントラストが低下しているのは、表示素子固有の特性であり、温度補償の精度とは直接関係しないことが分かっている。

図２２Ａから図２２Ｃは、本実施形態のコレステリック液晶表示装置において白から黒までの画像データに対応する複数階調を表示させた時のトーンカーブであり、図２２Ａは０°Ｃの時のトーンカーブを、図２２Ｂは２５°Ｃの時のトーンカーブを、図２２Ｃは５０°Ｃの時のトーンカーブを示す。これらの図から、各温度で安定したトーンカーブが得られることが分かる。

図２３および図２４は、本発明の第２実施形態のコレステリック液晶表示装置表示装置の構成を示す図であり、図２３は表示素子とドライバの部分を示し、図２４は、制御装置２７内に設けられる温度センサ３０の検出した温度に基づいて制御を行う部分の構成を示す。また、図２５は、第２実施形態における画像の書込み動作を示すタイムチャートである。第２実施形態では、ＲＧＢの３層のパネルに印加する電圧パルスのパルス電圧およびパルス幅が独立に制御される。第２実施形態の他の部分は基本的には第１実施形態と同じである。

図１３に示すように、第１実施形態では、コモンドライバ２８は表示素子１０のＲＧＢの３層のパネル１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂのスキャン電極を共通に駆動したが、第２実施形態では、ＲＧＢの３層のパネルのスキャン電極を３個のコモンドライバ２８Ｒ，２８Ｇ，２８Ｂでそれぞれ独立に駆動する。また、図２４に示すように、制御回路２７内には、温度に応じたＲＧＢの３層のパネルに印加する電圧パルス（初期化パルス、階調パルス（高階調パルス、中階調パルス、低階調パルス））のパルス電圧およびパルス幅に関するデータを記憶したルックアップテーブル４１が設けられている。ルックアップテーブル４１から、温度センサ３０の検出した温度に対応したＲＧＢの３層のパネルに印加する電圧パルスのパルス電圧およびパルス幅のデータがレジスタ４２に読み出される。制御回路２７は、データがレジスタ４２に読み出されパルス電圧のデータに基づいて昇圧部２２および電圧安定部２４を制御する。データがレジスタ４２に読み出されたパルス幅のデータは、カウンタ４３に入力され、カウンタ４３は、パネル１０Ｒを駆動するセグメントドライバ２９Ｒおよびコモンドライバ２８Ｒの出力をオン・オフ制御する／ＤＳＰＯＦ ＲＥＤ、パネル１０Ｇを駆動するセグメントドライバ２９Ｇおよびコモンドライバ２８Ｇの出力をオン・オフ制御する／ＤＳＰＯＦ ＧＲＥＥＮ、パネル１０Ｂを駆動するセグメントドライバ２９Ｂおよびコモンドライバ２８Ｂの出力をオン・オフ制御する／ＤＳＰＯＦ ＢＬＵＥを発生する。

階調パルスの電圧を温度に応じて変化させるため、第２ステップを行う時には、制御部２７は温度センサ３０の検出した温度に対応するデータをＬＵＴ４１から読み出し、電圧安定部２４が補正した電圧を出力するように制御する。

前述のように、液晶用汎用ドライバには、通常出力電圧をすべてオフにする出力電圧オフ機能（／ＤＳＰＯＦ）が設けられており、第２実施形態でもこの機能を利用して初期化パルスおよび階調パルスのパルス幅を変化させる。

図２５のタイムチャートは、第２ステップの一部のみを示している。第２実施形態では、１スキャンラインが選択される間に１個の階調パルスが印加される。従って、第２ステップを構成する複数のサブステップは、異なるフレームで実行される。各サブステップを実行するフレームをここでは書込みフェーズと称する。

図２５に示すように、／ＤＳＰＯＦ ＲＥＤ、／ＤＳＰＯＦ ＧＲＥＥＮおよび／ＤＳＰＯＦ ＢＬＵＥは、検出した温度に応じてＨとなる期間が独立に調整され、セグメントドライバ２９Ｒおよびコモンドライバ２８Ｒ、セグメントドライバ２９Ｇおよびコモンドライバ２８Ｇ、セグメントドライバ２９Ｂおよびコモンドライバ２８Ｂに印加される。これに応じて各ドライバが電圧を出力する期間、すなわちパルス幅が制御される。

／ＤＳＰＯＦをＲＧＢのドライバごとに設けることにより、ＲＧＢの３種のパネル間の温度依存性の相違まで含めて高精度で温度補償を行うことができる。例えば、低温で赤（ＲＥＤ）のパルス応答性がもっとも低下する場合には、図２５に示すように、／ＤＳＰＯＦのアサート時間を青（ＢＬＵＥ）に対してもっとも短く、次いで緑（ＧＲＥＥＮ）、赤の順に長くすることで、赤のパルス幅をもっとも長くでき、ＲＧＢの３種のパネルで同じ応答特性が得られる。

図２６は、温度センサが温度を検出するタイミングを説明する図である。図２６の（Ａ）のように、書き込みステップＳ１０を開始すると、温度検出データＴＤを読み出し、初期化処理（リセット）Ｓ１２、第１のサブステップを行う書込みフェーズＳ１３、第２サブステップを行うフェーズＳ１４、という具合に最後のサブステップまでを、温度データＴＤに基づいて補正したパルス幅およびパルス電圧で実行する。

図２６の（Ａ）であれば、制御回路２７の負担はもっとも少ないが、書込み途中に温度が急変した場合などには補償精度が低下するという問題がある。

図２６の（Ｂ）のように、書き込みステップＳ１０を開始すると、温度検出データＴＤ１を読み出し、初期化処理（リセット）Ｓ１２を温度データＴＤ１に基づいて補正したパルス幅で実行する。Ｓ１２の後、再び温度検出データＴＤ２を読み出し、フェーズＳ１３を温度データＴＤ２に基づいて補正したパルス幅およびパルス電圧で実行する。以下同様に、温度検出データＴＤ３を読み出して書込みフェーズＳ１４を実行するという具合に、各書込みフェーズの前に温度検出データを読み出して、その温度に基づいてパルス幅およびパルス電圧を補正することを繰り返す。

図２６の（Ｂ）であれば、図２６の（Ａ）の制御に比べて、温度補償精度は向上するが、制御回路２７の負担は大きくなる。

図２６の（Ｃ）は、各書込みフェーズにおいて、各スキャンラインごとに検出した温度を読み込む場合を示す。この構成であれば、パネル温度分布があっても補償可能であり、温度補償精度はもっとも高い。しかし、制御回路２７の負担は一層大きくなる。

図２６の（Ａ）から（Ｃ）に示した温度の読み込みタイミングのいずれを採用するかは、製品の形態やアプリケーションによって適宜選択される。

以上説明したように、本発明によれば、コレステリック液晶表示装置において、低消費電力かつ安価な部品構成で、精度の高い温度補償を実現できる。

以上、本発明の実施例を説明したが、他にも各種の実施例が可能であるのはいうまでもない。例えば、本発明は、コレステリック液晶を使用した表示素子以外にも、メモリ性を有するドットマトリクス型の表示素子であれば、適用可能である。

Claims (8)

1. マトリクス型の表示素子と、
   前記表示素子の画素を駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路を制御する制御回路と、を備える表示装置であって、
   前記制御回路は、書換え対象の画素を初期化する初期化パルスを印加して初期階調状態にした後、初期化された画素に対して階調パルスを印加して前記初期階調状態以外の階調状態にするように、前記駆動回路を制御し、
   前記階調パルスの印加される累積時間が、階調状態の値に関係する表示装置において、
   当該表示装置の温度を検出する温度センサを備え、
   前記制御回路は、
   前記初期化パルスのパルス電圧を固定とし、前記温度センサの検出した温度に応じて、前記初期化パルスのパルス幅を変化させ、
   前記温度センサの検出した温度が低温の時には前記階調パルスのパルス幅を変化させ、前記温度センサの検出した温度が高温の時には前記階調パルスのパルス電圧を変化させ、
   温度に応じて変化する前記表示素子の粘度をηとし、前記階調パルスの波高をＶとし、前記階調パルスのパルス幅をＴとすると、
   前記制御回路は、Ｖ ^２ ×Ｔがη ^ｐ （ただし、０≦ｐ＜１）と略比例の関係となるように前記階調パルスの波高およびパルス幅を制御することを特徴とする表示装置。
2. 前記制御回路は、
   前記温度センサの検出した温度が低温の時には、前記初期化パルスおよび前記階調パルスのパルス幅を広くし、前記温度センサの検出した温度が高温の時には前記階調パルスのパルス電圧を低下させることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記表示素子は、コレステリック液晶を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
4. 前記表示装置は、複数の異なる反射光を呈する複数の前記表示素子が積層された積層構造を備えることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
5. 温度に応じた前記初期化パルスのパルス幅および前記階調パルスの波高およびパルス幅の変化は、前記複数の表示素子で異なることを特徴とする請求項４に記載の表示装置。
6. マトリクス型の表示素子の駆動方法であって、
   書換え対象の画素を初期化する初期化パルスを印加して初期階調状態にする第１ステップと、
   前記第１ステップで初期化された画素に対して階調パルスを印加して前記初期階調状態以外の階調状態にする第２ステップと、を備え、
   前記第２ステップにおいて前記階調パルスの印加される累積時間が、階調状態の値に関係する駆動方法において、
   前記初期化パルスのパルス電圧を固定とし、前記温度センサの検出した温度に応じて、前記初期化パルスのパルス幅を変化させ、
   前記温度センサの検出した温度が低温の時には、前記階調パルスのパルス電圧を固定として前記階調パルスのパルス幅を変化させ、前記温度センサの検出した温度が高温の時には前記階調パルスのパルス電圧を変化させ、
   温度に応じて変化する前記表示素子の粘度をηとし、前記階調パルスの波高をＶとし、各サブ階調パルスのパルス幅をＴ／２とすると、
   Ｖ ^２ ×Ｔがη ^ｐ （ただし、０≦ｐ＜１）と略比例の関係となるように前記階調パルスの波高およびパルス幅を変化させることを特徴とする表示素子の駆動方法。
7. 前記温度センサの検出した温度が低温の時には、前記初期化パルスおよび前記階調パルスのパルス幅を広くし、前記温度センサの検出した温度が高温の時には前記階調パルスのパルス電圧を低下させることを特徴とする請求項６に記載の表示素子の駆動方法。
8. 前記表示素子は、コレステリック液晶を含むことを特徴とする請求項６に記載の表示素子の駆動方法。

Images