JP5234829B2 - 単純マトリクス型の表示素子を有する表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、単純マトリクス型の表示素子を有する表示装置に関し、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し、電子ペーパー等に使用される単純マトリクス型の表示素子を有する表示装置に関する。

近年、産業界や学校法人等において、電子ペーパーの開発が活発になされている。電子ペーパーの利用が可能な応用分野としては、電子書籍、モバイル端末機器等のモニタ表示装置やＩＣカード等の表示部などがあり、各分野で多様な応用形態が提案され、開発されている。さらに、近年は、新聞情報がインターネット網に配信される時代となり、電子ペーパーは、従来の新聞紙に代わる情報媒体としても注目されている。

電子ペーパーの有力な方式の１つは、コレステリック液晶を使用する方式であり、これはコレステリック液晶が有する優れた特徴、即ち、半永久的な表示保持（メモリ性）、鮮やかなカラー表示、高コントラスト、及び高解像度であるといった特性を利用するものである。

なお、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１０％）添加することにより、ネマティック液晶の分子が螺旋状のコレステリック相を形成する液晶となることから、このようなコレステリック液晶は、カイラルネマティック液晶とも称されている。

図１Ａ及び図１Ｂは、コレステリック液晶の状態を示す説明図である。
同図に示すように、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、及び下側基板１３と、を備えて構成されている。コレステリック液晶の動作状態には、図１Ａに示すように入射光を反射することができるプレーナ状態と、図１Ｂに示すように入射光を透過させることができるフォーカルコニック状態とがあるが、これらの状態は、いずれも、電圧が印加されない状態、即ち無電界下においても維持される。よって、コレステリック液晶では、安定した表示状態を保持することができる。

コレステリック液晶の動作状態がプレーナ状態の時には、液晶分子の螺旋ピッチに対応した波長の光を反射するが、この反射が大となる波長λは、液晶の平均屈折率をｎ、螺旋ピッチをｐとして、λ＝ｎ・ｐで表される。

一方、コレステリック液晶の反射帯域Δλは、液晶の屈折率異方性Δｎにより大きく異なっているという特徴がある。
コレステリック液晶の動作状態がプレーナ状態の時には、入射光が反射するので「明」状態となり、即ち白を表示することができる状態となる。他方、コレステリック液晶の動作状態がフォーカルコニック状態の時には、下側基板１３の下に光吸収層が設置されている場合には、光が液晶層を透過すると共に、当該光吸収層によって吸収されるので、「暗」状態となり、即ち黒を表示することができる状態となる。

以下、コレステリック液晶を利用した従来の一般的な表示素子の駆動方法を説明する。
図２は、従来の一般的なコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示すグラフ図である。

同図に示すグラフ図において、グラフの縦軸はコレステリック液晶の反射率（％）を表し、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）を表している。

また、実線で示す曲線Ｐは、初期状態がプレーナ状態となっているコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示しており、また、破線で示す曲線ＦＣは、初期状態が、入射光を透過するフォーカルコニック状態となっているコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示すものである。

図２において、コレステリック液晶を挟む電極間に所定の高電圧ＶＰ１００（例えば±３６Ｖ）を印加することにより、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、液晶分子の螺旋構造は完全に解けて、全ての分子が電界の方向に従うホメオトロピック状態への転移を示す。

また、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）に急激に低下させることにより、液晶中の電界を急激にほぼゼロにすると、液晶の螺旋軸は電極に垂直になり、螺旋ピッチに応じた光を選択的に反射するプレーナ状態に遷移する。

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、液晶分子の螺旋構造が完全には解けていない状態となる。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、若しくは強い電界を印加して緩やかに電界を除去した場合は、液晶分子の螺旋軸が電極に平行になり、即ち、前述の入射光を透過させ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、前述の入射光を反射させるプレーナ状態と、前述の入射光を透過させるフォーカルコニック状態とが混在するので、中間調の表示が可能となる。従来、液晶表示装置は、前記の入射光に対する反射作用と吸収作用を利用することで画像の表示を行うものである。

以下、上記の電圧応答特性に基づく駆動方法の原理を、図３Ａから図３Ｃを参照して更に詳細に説明する。
図３Ａは、コレステリック液晶において、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グラフ図である。 各図の上側にはコレステリック液晶に印加される電圧パルスを示し、下側には電圧−反射率特性を示している、また、グラフ図の縦軸は反射率（％）を表し、横軸は電圧（Ｖ）を表している。コレステリック液晶の駆動パルスには正極性と負極性のパルスを組み合わせて使用している。周知のように、コレステリック液晶は、極性が反転しない固定的な電圧パルスを印加し続けると、分極による液晶の劣化を招くが、正極性と負極性のパルスを組み合わせて使用することにより、このような劣化を防止することができる。

図３Ａでは、コレステリック液晶に印加される電圧パルスのパルス幅が数十ｍｓと大きいと、実線で示すように、初期状態がプレーナ状態の場合は、電圧を或る範囲に上げた時にフォーカルコニック状態となり、さらに電圧を上げると、再度プレーナ状態に戻ることを示している。しかしながら、破線で示すように、初期状態がフォーカルコニック状態の場合には、パルス電圧を上げるに連れて次第にプレーナ状態に遷移することが示されている。

コレステリック液晶に印加される電圧パルスのパルス幅が大きい場合、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あっても、必ずプレーナ状態になるパルス電圧は、図３Ａでは±３６Ｖとなっている。また、この中間のパルス電圧を印加した場合、コレステリック液晶は、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るので、画像には中間調の表示が得られる。

一方、図３Ｂに示すように、コレステリック液晶に印加される電圧パルスのパルス幅が２ｍｓと小さいと、初期状態がプレーナ状態の場合、パルス電圧が１０Ｖでは反射率は変化せず、また、パルス電圧が１０Ｖ以上になっ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になるので反射率が低下する。この反射率の低下量は印加電圧が大きくなるに連れて大きくなるが、印加電圧が３６Ｖ以上になると、反射率の低下量は一定となることが示される。コレステリック液晶におけるこのような特性は、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あっても同様である。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、反射率は或る程度低下することになる。よって、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（即ち反射率が少し低下した状態）では、電圧パルスのパルス幅が２ｍｓであり、かつパルス電圧が２０Ｖの電圧パルスを、更にコレステリック液晶に印加することにより、コレステリック液晶の反射率を更に低下させることができる。上記の一連の操作を繰り返すことにより、反射率を所定値まで低下させることができる。

図３Ｃに示すように、パルス幅が更に小さくなって１ｍｓの場合には、パルス幅が２ｍｓの場合と同様に、コレステリック液晶に電圧パルスを印加することにより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が、この場合の反射率の低下割合はパルス幅が２ｍｓの場合よりも小さいものとなる。

以上のことから、コレステリック液晶にあっては、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することになるが、この反射率の低下量は、パルスの累積時間に関係することになる。

現在、コレステリック液晶を使用して多階調表示を実現するために各種の駆動方法が提案され、開発されているが、これらを大別するとダイナミック駆動方法（例えば、文献１参照）と、コンベンショナル駆動方法（非特許文献１参照）の２つに分けられる。

ダイナミック駆動法は、駆動波形が複雑であるため、複雑な制御回路及びドライバＩＣを必要とし、パネルの透明電極も低抵抗のものが必要となるので、製造コストが高くなるという問題点がある。また、消費電力も大きいという問題点がある。

非特許文献１は、液晶特有の累積時間を利用し、短い電圧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、若しくはフォーカルコニックからプレーナ状態へと、準動画レートの比較的高速で駆動するコンベンショナル駆動方法を開示している。

非特許文献１に開示された駆動方法では、駆動速度が準動画レートの高速であるため、駆動電圧は５０〜７０Ｖと高くしているので、回路のコストが高くなるという問題点がある。さらに、非特許文献１に記載された"Two phase cumulative drive scheme"では、"preparation phase"と、"selection phase"との２つのステージを用いることで、プレーナ状態への累積時間と、フォーカルコニック状態への累積時間との２方向の累積時間を使用するため、表示画像の表示品質が向上しないという問題点がある。また、細かい電圧パルスを何度も印加するため、ドライバ回路の消費電力が大きくなるという問題点も有している。

特許文献２及び特許文献３は、フォーカルコニック状態へのリセットを応用した早送りモードの駆動方法を開示している。この駆動方法は、上記の駆動方法に比べて、比較的高いコントラストが得られるという利点を有するが、リセット後の書込みには汎用ＳＴＮドライバＩＣの場合、供給困難な高電圧を必要とし、更には、プレーナ状態の方向へ遷移させた累積書込みになるため、半選択・非選択画素へのクロストークが問題になる。他に、この駆動方法も、細かいパルスを何度も印加するため、消費電力が大きくなるという問題点がある。

なお、コンベンショナル駆動方法で累積時間を利用して階調を設定する場合、上記のように、短いパルスの印加回数を調整する方法に加えて、パルス幅に差異を設ける方法も可能である。このように、パルス幅に差異を設ける方法の方が、短いパルスの印加回数を調整する方法よりも、消費電力を抑制するには有利である。以下の説明では、パルス幅に差異を設けて累積時間を変化させすることにより階調を設定する方法のことをＰＷＭ(Pulse Width Modulation)法と称する。

特許文献４は、コレステリック液晶は使用していないが、液晶表示装置に印加するバルス電圧としてパルス幅の異なる正極パルス及び負極パルスを印加する方法の回路構成を開示している。

図４Ａから図４Ｃは、特許文献４に開示されたパルス幅の異なる電圧パルスの１例を示しており、ここでは、パルス幅を、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃの順で、長く示している。
図４Ａから図４Ｃに示す電圧パルスは、１単位のパルスの長さが等しく、パルス幅の異なる正極パルスと負極パルスとを有しており、コレステリック液晶の分極に起因する劣化は、このような極性変換電圧パルスを印加することにより、防止することができる。

上記のように、コレステリック液晶に印加する電圧パルスの印加累積時間に差異を付けることによって階調に差異を付与する方法には、短い電圧パルスを印加する回数に差異を設ける方法と、印加する電圧パルスのパルス幅に差異を付ける方法（ＰＷＭ法）とが周知である。

コレステリック液晶に印加する電圧パルスの印加累積時間に差異を付けることにより階調に差異を付与する方法では、図３Ｂ，図３Ｃに示すような電圧を印加し、また、短い電圧パルスを印加する回数に差異を設ける方法では、図５に示すような電圧を画素に印加する。

コレステリック液晶では、印加電圧の極性に関わらず大きな電圧が印加されると状態が変化する。コレステリック液晶を利用した液晶表示装置では、横方向に伸びる１スキャンラインずつ書込みを行い、書き込むスキャンラインをシフトする動作を繰り返す。このため、選択したスキャンラインをグランドレベルに、他の非選択スキャンラインに中程度の電圧（例えば１５Ｖ）を印加している。一方、縦方向に伸びるデータラインには、大きな電圧（２０Ｖ）のパルスを印加するが、この場合、パルス幅以外の部分の電位をグランド（ＧＮＤ）電位にすると、非選択スキャンラインの画素で逆極性の大きな電圧（−１５Ｖ）が印加されることになり、液晶の状態が変化する。

このような液晶の状態変化を防止するため、コレステリック液晶を利用した液晶表示装置の場合、図５に示すように、正極フェーズでは、ベース電圧が＋１０Ｖで、パルス電圧が＋２０Ｖ、負極フェーズでは、ベース電圧が−１０Ｖで、パルス電圧が−２０Ｖの電圧パルスを使用している。これにより、非選択スキャンラインの画素には＋５Ｖまたは−５Ｖが印加されることになり、液晶の状態が変化することはない。選択スキャンラインでは、パルス部分では＋２０Ｖまたは−２０Ｖが印加され、それ以外のベース部分では＋１０Ｖまたは−１０Ｖが印加される。
特開２００１−２２８４５９号公報 特開２０００−１４７４６６号公報 特開２０００−１７１８３７号公報 特開平４−６２５１６号公報 Y.-M. Zhu, D-K. Yang, Cumulative Drive Schemes for Bistable Reflective Cohlesteric LCDs, SID 98 DIGEST, pp798-801, 1998

ところで、前述の単純マトリクス型の表示素子を有する表示装置は、フルカラー表示が可能なように構成する場合には、ＲＧＢ各色用の液晶パネルが必要となるため、ドライバの個数が非カラー表示の場合の３倍が必要となり、部品点数が増え過ぎてコスト高になるという問題点があった。
以下、この問題点について、さらに詳しく説明する。

図１２は、一般的な単純マトリクスドライバの出力信号のシーケンスを示すタイムチャート図である。
同図において、パルス信号ＸＣＬＫはデータの取り込み用のクロックを示す（図６参照）。また、パルス信号ＬＰはデータ確定用のラッチパルスを示し、周期的な立ち上がりと立ち下がりとを反復するフレーム信号ＦＲは印加電圧の極性を反転させて液晶に特有の経時劣化を回復させるパルス極性制御信号を示し、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）は液晶表示装置の駆動信号であり、より具体的には印加電圧の強制オフ信号（印加電圧をオフにする信号、即ち信号ＤＳＰＯＦ）の反転信号を示している（図６参照）。さらに、データ信号ＯＵＴは、液晶表示装置に表示される画像データを示す信号である。

従来の液晶表示装置（単純マトリクス型の表示素子を有する表示装置）は、フルカラー表示対応の場合、ＲＧＢ各色用の液晶パネルが必要となるため、前記の各信号を１セットにして出力するドライバを非カラー表示の場合の３倍（より具体的には３個分）備える必要がある。即ち、ドライバは、液晶分子によって反射させる３原色光に対応した個数だけ備えている必要があった。よって、部品点数は１ドライバ分の３倍が必要となるので、製造コスト（変動コスト）が高くなるという問題点があった。

また、従来の液晶表示装置は、フルカラー表示対応の場合、反射させる３原色光に対応した前記３個のドライバを並列に配し、かつ同時駆動しているので、当該３原色光に対応した液晶の温度−動作時間特性の違いは考慮されておらず、よって、色ムラ（色収差）が生じるという問題点があった。

なお、このような問題点を解消するために、前記３個のドライバを同時駆動とはせず、ドライバ出力に時間差を設定する構成にすると、そのための回路が余分に必要であった。
また、前記３個のドライバを同時に駆動すると、液晶駆動初期時に多くの電流が必要となるため、液晶を駆動するための電圧（２０Ｖ）が一時的に低下するアンダーシュートが発生するため、表示コントラストが不安定になるといった問題点があった。

本発明は、フルカラー表示が可能な単純マトリクスのコレステリック液晶表示素子の駆動制御装置における前記の問題点に鑑み、ドライバ回路の構成を簡略化することを可能にして、部品点数を削減することができる単純マトリクス型の表示素子を有する表示装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、フルカラー表示が可能な単純マトリクスのコレステリック液晶表示素子の駆動制御装置を備え、反射させる３原色光に対応した各液晶の温度−動作時間特性の違いに起因して発生する表示画像の色ズレ・色ムラ（色収差）を解消することができる単純マトリクス型の表示素子を有する表示装置を提供することにある。

上記目的を実現するため、本発明の表示装置は、マトリクス型の表示素子と、前記表示素子のスキャン電極を駆動するロウドライバと、前記表示素子のデータ電極を駆動するカラムドライバと、を備える表示装置であって、データの取り込み用のクロックを示すパルス信号ＸＣＬＫ、データ確定用のラッチパルスを示すパルス信号ＬＰ、及びパルス極性制御信号を示すフレーム信号ＦＲ、から成る１セット分の制御信号を出力する手段と、フルカラー表示に対応する３つの表示装置駆動信号として、表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｒ）、表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｇ）、及び表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｂ）を、それぞれ異なるタイミングで順次に出力すると共に、フルカラー表示用の３枚の液晶表示パネルに対応した３個の液晶表示装置にそれぞれ入力する手段と、を備えたことを特徴とする表示装置を提供するものである。

このように構成することにより、フルカラー表示に対応する３つの表示装置駆動信号を除く制御信号、即ち、パルス信号ＸＣＬＫ、パルス信号ＬＰ、及びフレーム信号ＦＲの１セットから成る制御信号については、これを１つだけ備える構成とするので、ドライバ回路の構成が簡略化され、部品点数を削減できると共に、フルカラー表示に対応する３つの表示装置駆動信号は、それぞれ独自に確保できるので、フルカラー表示のための制御タイミングを最適化することが可能となり、表示画像の色ズレ・色ムラ（色収差）を解消できる表示装置を提供することができる効果がある。

また、前記表示装置において、前記表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｒ）と、前記表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｇ）との出力時間間隔、及び、前記表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｇ）と、表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯ−ＦＢ）との出力時間間隔は、それぞれ設定可能であることを特徴とする。

このように構成することにより、フルカラー表示に対応する３つの表示装置駆動信号間の出力時間間隔を自由に設定できるので、フルカラー表示のための制御タイミングを調整することが可能となり、表示画像の色ズレ・色ムラ（色収差）を解消できる表示装置を提供することができる効果がある。

また、前記表示装置において、前記３つの表示装置駆動信号の各々は、前記信号のハイまたはロウの２値に対応して、対応する液晶表示装置の駆動を開始または停止させるものであることを特徴とする。

このように構成することにより、フルカラー表示に対応する３つの表示装置駆動信号だけを使用して、フルカラー表示のための制御を行うことが可能となり、製造コストの安い表示装置を提供することができる効果がある。

また、前記表示装置において、前記３つの表示装置駆動信号の各々は、前記信号がハイの時に対応する前記液晶表示装置に印加される印加電圧を有効にし、前記信号がロウの時には対応する前記液晶表示パネルに印加される印加電圧を強制的に消去するものであることを特徴とする。

このように構成することにより、フルカラー表示に対応する３つの表示装置駆動信号だけを使用して、フルカラー表示のための制御を確実に行うことが可能となり、信頼性が高く、かつ製造コストの安い表示装置を提供することができる効果がある。

また、前記表示装置において、前記出力時間間隔の設定は、前記液晶表示装置に使用されているネマティック液晶の温度−動作時間特性と、前記液晶表示装置の設置環境における周囲温度とを参照して決定されるものであることを特徴とする。

このように構成することにより、フルカラー表示に対応する３つの表示装置駆動信号間の出力時間間隔をネマティック液晶の温度−動作時間特性と、晶表示装置の設置環境における周囲温度とに基づいて、的確に決定することが可能となり、表示画像の色ズレ・色ムラ（色収差）を使用環境等に適合させて確実に解消できる表示装置を提供することができる効果がある。

さらに、前記表示装置において、前記３つの表示装置駆動信号によって各々制御される３個の前記液晶表示装置に対応した３枚の液晶表示パネルは、互いに積層されるものであることを特徴とする。

コレステリック液晶のプレーナ状態を示す説明図である。 コレステリック液晶のフォーカルコニック状態を示す説明図である。 従来の一般的なコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示すグラフ図である。 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示す説明図である。 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示す説明図である。 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示す説明図である。 液晶に印加する対称パルスのパルス幅が狭い場合の１例を示す波形図である。 液晶に印加する対称パルスのパルス幅が中位の場合の１例を示す波形図である。 液晶に印加する対称パルスのパルス幅が広い場合の１例を示す波形図である。 コレステリック液晶に印加する対称パルスの１例を示す波形図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の概略構成を示す構成図である。 本発明の実施形態に係る表示装置の駆動シーケンスの１例を示すタイムチャート図である。 表示装置における汎用セグメントドライバと汎用コモンドライバの出力パルスのシーケンスの１例を示すタイムチャート図である。 図８Ａの出力パルスによる液晶への印加電圧を示す説明図である。 汎用の単純マトリクスドライバの構成を示す構成図である。 汎用の単純マトリクスドライバのセグメントモード時の出力電圧を示す説明図である。 汎用の単純マトリクスドライバのコモンモード時の出力電圧を示す説明図である。 汎用の単純マトリクスドライバを使用した従来の表示装置の概略構成を示す構成図である。 一般的な単純マトリクスドライバの出力信号のシーケンスを示すタイムチャート図である。 本発明の実施形態に係る表示装置が備える単純マトリクスドライバの出力信号のシーケンスを示すタイムチャート図である。 本発明の実施形態に係る表示装置が備えるドライバ制御回路２５の機能面から見たブロック構成を示すブロック構成図である。 一般的なネマティック液晶の温度−動作時間特性を示すグラフ図である。

符号の説明

１０ 表示素子
２１ 電源
２２ 昇圧部
２５ ドライバ制御回路
２６ ロウドライバ（単純マトリクスドライバ）
２７ カラムドライバ（単純マトリクスドライバ）
１００ 単純マトリクスドライバの制御部
１０１ ＣＬＫ（クロック）生成部
１２１ Ｒ（赤色）用駆動信号生成部
１２２ Ｇ（緑色）用駆動信号生成部
１２３ Ｂ（青色）用駆動信号生成部

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る表示装置の概略構成を示す構成図である。
本実施形態に係る表示装置は、コレステリック液晶等のメモリ性の表示材料で構成される単純マトリクス型の表示素子１０と、回路に電力を供給する電源２１と、電源２１の出力電圧を昇圧する昇圧部２２と、昇圧部２２の出力電圧を複数の電圧値にそれぞれ分岐する多電圧生成部２３と、回路にクロックを供給するクロック源２４と、複数の制御信号及び画像データを生成するドライバ制御回路２５と、スキャンラインを駆動するロウドライバ２６（コモンドライバ）と、表示ラインを駆動するカラムドライバ２７（セグメントドライバ）と、を備えて構成される。

以下、本実施形態に係る表示装置の動作を説明する。
表示素子１０は、例えば、Ａ４判ＸＧＡ仕様で、１０２４×７６８画素を有するものであってよい。電源２１は、例えば３Ｖ〜５Ｖの電圧を出力するものでよい。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に昇圧するものである。多電圧生成部２３は、昇圧された電圧からロウドライバ（コモンドライバ）２６及びカラムドライバ（セグメントドライバ）２７に供給する複数の電圧を生成する。

クロック源２４は、本表示装置の各部の制御に使用するクロックを出力する。ドライバ制御回路２５は、複数種類の制御信号を出力してロウドライバ２６及びカラムドライバ２７の制御を行う。

走査（スキャン）ラインデータＳＬＤは、ロウドライバ２６がラッチして順にシフトさせるデータである。データ取り込みクロックＸＣＬＫは、カラムドライバ２７が内部で画像データを転送するためのクロックである。

フレーム開始信号ＤＩＯは表示ラインの更新を指示する信号である。パルス極性制御信号ＦＲは、印加電圧の極性反転信号である。
スキャンシフト信号ＬＰ＿ＣＯＭはロウドライバ２６において表示ラインの更新を指示する信号である。

信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）は、液晶表示装置の駆動信号を示すものであり、より具体的には印加電圧の強制オフ信号（印加電圧をオフにする信号、即ち信号ＤＳＰＯＦ）の反転信号である。カラムデータラッチ信号ＬＰ＿ＳＥＧは、カラムドライバ２７において表示ラインの更新を指示する信号である。カラムドライバ２７には、画像データが入力される。

ロウドライバ（コモンドライバ）２６は、７６８本のスキャンラインを駆動し、他方、カラムドライバ（セグメントドライバ）２７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、カラムドライバ２７は各データラインを独立して駆動する。ロウドライバ２６は、ＲＧＢのラインを共通に駆動する。ロウドライバ（コモンドライバ）２６及びカラムドライバ（セグメントドライバ）２７は、それぞれ２値出力の汎用の単純マトリクスドライバが使用される。広く使用されているドライバＩＣには、コモンドライバ用ＩＣ及びセグメントドライバ用ＩＣがあり、さらにモード切替端子に印加する電圧に応じて、コモンドライバとしてもセグメントドライバとしても使用可能なＩＣである。

図７は、本発明の実施形態に係る表示装置の駆動シーケンスの１例を示すタイムチャート図である。
同図に示すように、制御信号ＬＰ＿ＣＯＭ及び制御信号ＬＰ＿ＳＥＧを液晶に印加して表示ラインを更新した後、データ取り込みクロックＸＣＬＫに応じて１ライン分のデータをカラムドライバ２７に供給し、１０２４個の画素データをシフトして１ライン分の画素データが揃った時点で再び液晶に制御信号ＬＰ＿ＣＯＭ及び制御信号ＬＰ＿ＳＥＧを印加すると、ロウドライバ２６は１スキャンラインに、正極フェーズの電圧パルスを出力する。また、カラムドライバ２７は、１０２４本のデータラインに、１ライン分の画像データに対応した正極フェーズの電圧パルスを出力する。

正極フェーズのパルスの印加が終了すると、液晶には負極フェーズの電圧パルスの印加を行う。これと並行して、上記と同様に次の１ライン分の画素データを供給する。
以下、同様の処理を繰り返して、全画面に表示データに応じた正極及び負極フェーズの電圧パルスの印加を行う。階調レベルに対応したパルスの累積印加時間を、液晶に印加する電圧パルスのパルス数で調整する場合は、各データライン毎に印加する電圧パルスの回数を変化させ、パルス長で調整する場合は、各データライン毎に液晶に印加する電圧パルスのパルス幅を変化させる。

なお、全画素をプレーナ状態にするリセット処理の場合は、液晶の全画素に、高電圧（例えば３６Ｖ）でパルス幅の広い正極及び負極フェーズで対称の電圧パルスの印加を行う。

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、カラムドライバ２７（セグメントドライバ）及びロウドライバ２６（コモンドライバ）は、例えば図８Ａに示す様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８Ｂに示すような電圧が印加される。

カラムドライバには、Ｖ０として２０Ｖが、Ｖ２１Ｓ及びＶ３４Ｓとして１０Ｖが、供給され、図８Ａに示すように、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、それぞれ出力される。

ロウドライバには、Ｖ０として２０Ｖが、Ｖ２１Ｃとして１５Ｖが、Ｖ３４１Ｃとして５Ｖが、それぞれ供給され、図８Ａに示すように、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、それぞれ出力される。

図８Ａ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）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。 本表示装置のロウドライバ（図６）及びコモンドライバは、汎用の単純マトリクスドライバＩＣで構成することができる。汎用ドライバＩＣには、セグメントドライバ用ＩＣ及びコモンドライバ用ＩＣの他に、端子に印加する電圧レベルによりセグメントドライバとして使用するか、それともコモンドライバとして使用するのかが選択できるＩＣも開発されている（例えば、セイコーエプソン社製ＳＴＮ液晶ドライバS1D17A03/S1D17A04）。

図９は、セグメントドライバとして使用するか、それともコモンドライバとして使用するかの選択が可能なモード選択機能付き単純マトリクスドライバＩＣのブロック構成及び入出力信号を示す図である。

このドライバＩＣは、セグメントドライバと、コモンドライバとの両方で使用するため、シフトレジスタ、データレジスタ及びラッチを有している。
図１０Ａは、図９のモード選択機能付き単純マトリクスドライバＩＣのセグメントモード時の入力信号と出力電圧の関係を示す説明図である。

同図に示すように、セグメントモード時のドライバは、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦが「高（ＨＩＧＨ：１）」の時にデータラッチ信号に応じた出力を行い、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦが「低（ＬＯＷ：０）」の時には出力は所定値Ｖ５（例えばＧＮＤ）になる。データラッチ信号が"１"で、極性制御信号ＦＲが"１"の時にはＶ０（２０Ｖ）を出力し、極性制御信号ＦＲが"０"の時にはグランドレベルＶ５（ＧＮＤ）を出力し、データ信号が"０"で、極性制御信号ＦＲが"１"の時にはＶ２１（１０Ｖ）を、極性制御信号ＦＲ"０"の時にはＶ３４（１０Ｖ）を出力する。

ここで、Ｖ０、Ｖ２１、Ｖ３４は、外部からドライバに供給される電圧であり、Ｖ０≧Ｖ２１≧Ｖ３４≧ＧＮＤの制限条件を満たす必要がある。
図１０Ｂは、図９のモード選択機能付き単純マトリクスドライバＩＣのコモンモード時の入力信号と出力電圧の関係を示す説明図である。

同図に示すように、コモンモード時のドライバは、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦが「高（ＨＩＧＨ：１）」の時にデータラッチ信号に応じた出力を行い、／ＤＳＰＯＦが「低（ＬＯＷ：０）」の時には出力は所定値Ｖ５（例えばＧＮＤ）になる。データ信号が"１"で、極性制御信号ＦＲが"１"の時にはＶ５（ＧＮＤ）を出力し、極性制御信号ＦＲが"０"の時にはＶ０（２０Ｖ）を出力し、データ信号が"０"で、極性制御信号ＦＲが"１"の時にはＶ２１（１５Ｖ）を、極性制御信号ＦＲ"０"の時にはＶ３４（５Ｖ）を出力する。Ｖ０、Ｖ２１、Ｖ３４は、外部からドライバに供給される電圧であり、Ｖ０≧Ｖ２１≧Ｖ３４≧ＧＮＤの制限条件を満たす必要がある。

図１１は、図９に示すモード選択機能付き単純マトリクスドライバを使用して構成した表示装置の構成を示すブロック図である。但し、図１１では、表示素子１０、ドライバ制御回路２５、単純マトリクスドライバで構成されたロウドライバ２６及び単純マトリクスドライバで構成されたカラムドライバ２７のみを示しており、他の部分は図示を省略している。

図１１に示すように、ロウドライバ２６のモード選択端子Ｓ／Ｃは、ＧＮＤに接続され、かつコモンモードに設定される。カラムドライバ２７のモード選択端子Ｓ／ＣはＨＩＧＨ端子に接続され、セグメントモードに設定される。パルス極性制御信号ＦＲ及び表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦは、２つのドライバに共通に入力される。カラムドライバ２７のＸＳＣＬ端子には画像データのシフトクロックが入力され、ＬＰ端子にはデータ確定用のラッチパルスが入力される。このデータ確定用のラッチパルスはロウドライバ２６のＬＰ端子にも入力され、ラインシフトクロックとして作用する。カラムドライバ２７のデータ入力端子（８ビット入力であればＤ０−Ｄ７）には画像データが入力される。ロウドライバ２６のイネーブル端子ＥＩＯ１には、スキャンラインデータＳＬＤが入力される。ＳＬＤは、通常のスキャン動作であれば、開始時に１になり、以後０の状態に維持される（他の端子についての説明は省略する）。また、各制御信号は、基本的には図７と同じなので、詳しい説明は省略する。

図１３は、本発明の実施形態に係る表示装置が備える単純マトリクスドライバの出力信号のシーケンスを示すタイムチャート図である。
同図において、パルス信号ＸＣＬＫはデータの取り込み用のクロックを示す（図６，１２参照）。また、パルス信号ＬＰはデータ確定用のラッチパルスを示し、周期的な立ち上がりと立ち下がりとを反復するフレーム信号ＦＲは印加電圧の極性を反転させて液晶に特有の経時劣化を回復させるパルス極性制御信号を示し、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）は液晶表示装置の駆動信号であり、より具体的には印加電圧の強制オフ信号（印加電圧をオフにする信号、即ち信号ＤＳＰＯＦ）の反転信号を示している（図６、図１２参照）。さらに、データ信号ＯＵＴは、液晶表示装置に表示される画像データを示す信号である。

図１３に示すように、本実施形態に係る表示装置が備える単純マトリクスドライバの出力信号のシーケンスは、データの取り込み用のクロックを示すパルス信号ＸＣＬＫ、データ確定用のラッチパルスを示すパルス信号ＬＰ、及びパルス極性制御信号を示すフレーム信号ＦＲのシーケンスは、図１２に示す一般的な単純マトリクスドライバの出力信号のシーケンスと同じである。

しかし、フルカラー表示に対応した３つの表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｒ，Ｇ，Ｂ（いずれも液晶表示装置の駆動信号（パルス極性制御信号）を示す）の出力シーケンスは、所定の設定値で示される時間間隔分を空けている。この時間間隔は、ネマティック液晶の温度−動作時間特性（図１５）を補償するためのものであり、後述するように、ネマティック液晶の温度−動作時間特性を参照し、液晶の外部入力（図１４）によって設定することが可能である。従来は、液晶の特性に関係なく、それぞれの液晶について同じ時間電圧を印加していたため必要以上に電力を消費していたが、本発明を適用することにより、それぞれの液晶の特性に基づき、電圧の印加時間を制御することが可能となり、従来と比較して省電力化を図ることが出来る。

さらに、従来は、それぞれの液晶について同時に駆動していたため、液晶駆動初期時に液晶を駆動するための電圧（２０Ｖ）が一時的に低下するアンダーシュートが発生し、表示コントラストが不安定になっていたが、本発明を適用することにより、それぞれの液晶の駆動タイミングをずらすことで、前記アンダーシュートを最小限に抑えることが出来るため、表示コントラストに対する影響を低く抑えることが出来る。

図１５に示すように、各周囲温度において、ネマティック液晶の動作速度は、Ｒ（赤色用）が最も遅く、次にＧ（緑色用）が遅く、Ｂ（青色用）が最も速くなるので、動作時間が最も遅いＲ（赤色用）の表示装置（パネル）を制御する表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｒの立ち上げを先行させ、次に、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｇを立ち上げ、最後に表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）Ｂを立ち上げている。

図１４は、本発明の実施形態に係る表示装置が備えるドライバ制御回路２５の機能面から見たブロック構成を示すブロック構成図である。
同図において、制御部１００は、本実施形態に係る表示装置が備えるドライバ制御回路２５の機能面から見たブロックである。

制御部１００は、外部入力によって周期の設定が可能なパルス信号ＣＬＫを生成するＣＬＫ（クロック）生成部１０１と、パルス信号ＣＬＫを分周する分周部１０２と、共用カウンタ１１０、Ｒ用カウンタ１１１、Ｇ用カウンタ１１２、及びＢ用カウンタ１１３を有すると共に分周部１０２の出力パルスに基づいてシーケンス制御のタイミングを計数するカウンタ１０９と、を備えて構成される。

また、制御部１００は、共用カウンタ１１０の出力（タイミング）を受けてパルス信号ＬＰを出力するＬＰ信号ドライバ１２８、及びフレーム信号ＦＲを出力するＦＲ信号ドライバ１２９と、Ｒ用カウンタ１１１の出力（タイミング）を受けて表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｒを出力するＲ用駆動信号生成部１２１と、Ｇ用カウンタ１１２の出力（タイミング）を受けて表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｇを出力するＧ用駆動信号生成部１２２と、Ｂ用カウンタ１１３の出力（タイミング）を受けて表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｂを出力するＢ用駆動信号生成部１２１と、を備える。

ＬＰ信号ドライバ１２８及びＦＲ信号ドライバ１２９の出力は、それぞれＲ用表示パネル１３１、Ｇ用表示パネル１３２及びＢ用表示パネル１３３に入力される。また、Ｒ用駆動信号生成部１２１の出力はＲ用表示パネル１３１に、Ｇ用駆動信号生成部１２２の出力はＧ用表示パネル１３２に、Ｂ用駆動信号生成部１２３の出力はＢ用表示パネル１３３に、それぞれ入力される。ＬＰ信号ドライバ１２８及びＦＲ信号ドライバ１２９の出力タイミング（シーケンス）は、図１３に示すとおりとする。なお、前記の３つの表示パネルは互いに積層されている。

Ｒ用駆動信号生成部１２１の出力（タイミング）とＧ用駆動信号生成部１２２の出力（タイミング）との間の時間間隔（遅延時間）、及びＧ用駆動信号生成部１２２の出力（タイミング）とＢ用駆動信号生成部１２３の出力（タイミング）との間の時間間隔（遅延時間）は、それぞれ外部入力により設定することが可能である。この設定の根拠となる情報（ネマティック液晶の温度−動作時間特性）については、以下で説明する。

図１３に示すように、本実施形態に係る表示装置が備えるドライバ制御回路２５の機能面から見たブロック（制御部１００）は、パルス信号ＣＬＫを生成するＣＬＫ（クロック）生成部１０１、パルス信号ＬＰを出力するＬＰ信号ドライバ１２８、及びフレーム信号ＦＲを出力するＦＲ信号ドライバ１２９を、１つ分だけを備え、即ち、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）について共用する簡素化された構成としているので、従来のドライバ制御回路よりも製造コスト（変動費）を顕著に削減することができる。しかも、表示装置駆動信号（／ＤＩＳＰＯＦＦ）については、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の各々について、専用の回路を備え、それぞれ独自の好適なタイミングで生成する構成としているので、表示画像における色ズレ・色ムラ（色収差）の発生は防止することができる。

図１５は、一般的なネマティック液晶の温度−動作時間特性を示すグラフ図である。
同図に示すように、一般的なネマティック液晶は、周囲温度が高くなるに連れて動作時間が短くなる（即ち動作速度が速くなる）温度−動作時間特性を有しており、しかも、この動作速度は、Ｒ（赤色用）が最も遅く、次にＧ（緑色用）が遅く、Ｂ（青色用）が最も速くなるので、図１３に示す制御シーケンスにおいては、動作時間が最も遅いＲ（赤色用）の表示装置（パネル）を制御する表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｒの立ち上げを先行させ、次に、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｇを立ち上げ、最後に表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）−Ｂを立ち上げる必要がある。

なお、Ｒ用駆動信号生成部１２１の出力（タイミング）とＧ用駆動信号生成部１２２の出力（タイミング）との間の時間間隔（遅延時間）、及びＧ用駆動信号生成部１２２の出力（タイミング）とＢ用駆動信号生成部１２３の出力（タイミング）との間の時間間隔（遅延時間）は、図１５を参照すると共に、本液晶表示装置の動作環境における周囲温度（室温等）に適合させて決定することができるが、図１５で理解されるように、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の色収差防止効果は、周囲温度が高くなるに連れて顕著となる。

このように、本発明の実施形態に係る液晶表示装置では、フルカラー表示対応の場合においても、単純マトリクスドライバの出力信号として、データの取り込み用のクロックを示すパルス信号ＸＣＬＫ、データ確定用のラッチパルスを示すパルス信号ＬＰ、及びパルス極性制御信号を示すフレーム信号ＦＲ、から成る１セットの制御信号を、Ｒ（赤色用）、Ｇ（緑色用）、及びＢ（青色用）の間で共通化して使用する構成としたので、従来の液晶表示装置に比べて必要な部品数は大幅に削減され、コスト低減に顕著な効果がある。

また、本発明の実施形態に係る液晶表示装置では、表示装置駆動信号／ＤＳＰＯＦ（ＤＳＰＯＦバー）の制御シーケンスに関し、ネマティック液晶の温度−動作時間特性を考慮し、Ｒ（赤色用）、Ｇ（緑色用）、及びＢ（青色用）のネマティック液晶にそれぞれ対応した制御シーケンスを設定できるので、表示画像の色ズレ・色ムラ（色収差）を的確に解消することができる効果がある。

Claims (6)

1. マトリクス型の表示素子と、前記表示素子のスキャン電極を駆動するロウドライバと、前記表示素子のデータ電極を駆動するカラムドライバと、を備える表示装置であって、
   データの取り込み用のクロックを示すパルス信号ＸＣＬＫ、データ確定用のラッチパルスを示すパルス信号ＬＰ、及びパルス極性制御信号を示すフレーム信号ＦＲ、から成る１セット分の制御信号を出力する手段と、
   フルカラー表示に対応する３つの液晶パネルに対応した３個の液晶表示装置のそれぞれに対して前記ロウドライバ及び前記カラムドライバにより印加される印加電圧を制御するための表示装置駆動信号として、表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｒ）、表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｇ）、及び表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｂ）を、それぞれ異なるタイミングで順次に前記ロウドライバ及び前記カラムドライバに出力する手段と、
   を備えたことを特徴とする表示装置。
2. 前記表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｒ）と、前記表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｇ）との出力時間間隔、及び、前記表示装置駆動信号（／ＤＳＰＯＦ−Ｇ）と、表示装置駆動信号（／ＤＳＰＦＯ−Ｂ）との出力時間間隔は、それぞれ設定可能であることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記３つの表示装置駆動信号の各々は、前記信号のハイまたはローの２値に対応して、対応する液晶表示装置の駆動を開始または停止させるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 前記３つの表示装置駆動信号の各々は、前記信号がハイの時に対応する前記液晶表示装置に印加される印加電圧を有効にし、前記信号がローの時には対応する前記液晶表示パネルに印加される印加電圧を強制的に消去するものであることを特徴とする請求項３に記載の表示装置。
5. 前記出力時間間隔の設定は、前記液晶表示装置に使用されているネマティック液晶の温度−動作時間特性と、前記液晶表示装置の設置環境における周囲温度とを参照して決定されるものであることを特徴とする請求項２記載の表示装置。
6. 前記３つの表示装置駆動信号によって各々制御される３個の前記液晶表示装置に対応した３枚の液晶表示パネルは、互いに積層されるものであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
   

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