JPH05203920A - 強誘電性液晶表示装置の表示方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強誘電性液晶装置の該当の表示画素の階調表
示データが変化したことを一致回路により検出し、不一
致の場合は、該当の表示画素を消去する駆動電圧を印加
後、所定の階調表示データの書き込み駆動電圧を印加
し、更新した階調表示を実行する。 【構成】 第１の記憶回路２と第２の記憶回路３の階調
表示データの一致を検出する階調データ比較回路４の出
力は、不一致の場合ＡＮＤ回路１０，１１により、階調
データを各々ラッチ回路５，６にラッチし、出力は消去
データ出力回路７、論理和回路９を通して該当の表示画
素を消去する。ラッチ回路６の出力は、書き込みデータ
出力回路８、論理和回路９を通して該当の表示画素を書
き込みを実行する。 【効果】 大規模な表示装置においてもフリッカーをな
くし、消費電流を低減化して階調表示ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、平面型の電気光学的
表示装置、特にマトリックス型構成のショートピッチ双
安定強誘電性液晶（ＳＢＦ）材料を用いた液晶表示装置
の階調表示方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、強誘電性液晶（カイラルスメク
テックＣ）パネルの構造を説明するための図である。図
６は、図５の強誘電性液晶パネルをＯＮ／ＯＦＦ表示す
るための駆動波形例である。図５において、５１ａ，５
１ｂは一対の透明硝子基板である。５２ａ，５２ｂは基
板５１ａ，５１ｂの内面に配設された一軸性水平配向膜
（例えば、ポリイミド材）のラビング膜である。この一
対の配向膜のラビング方向は概ね平行である。５３は、
強誘電性液晶であって、液晶分子の長軸（以下分子軸と
言う。）に直交する方向に自発分極を有している。ま
た、一定の周波数以上で負の誘電異方性Δεを有するも
のが選ばれる。Δε＜０であるということは、一定周波
数領域の外部電場により分子軸と直交する方向に誘起分
極を生じるということである。強誘電性液晶５３の分子
は基板５１ａ，５１ｂ間に挟持され、かつ配向膜５２
ａ，５２ｂ影響により図に示すような水平配向を成し、
かつ層を形成する。５４ａ及び５４ｂは強誘電性液晶５
３薄膜を挟持し、かつ駆動電圧を印加するため対向配置
された一対の電極である。

【０００３】図６における駆動波形において、電極５４
ａを接地電位とする正の極性を有する第１の直流パルス
を電極５４ａ，５４ｂ間に印加する。それによって、液
晶分子の自発分極５６が電極５４ａに向かって垂直な位
置に整列するよう分子が配向する。これが第１の安定状
態５７であり、それは分子軸が強誘電性液晶層の法線５
８に対して＋θ傾いている。次に、交流パルスを印加す
ると、負の誘電異方性を有することから分子軸に直交す
る方向に誘電分極が生じ、誘電トルクにより第１の安定
状態が維持固定される。さらに負の極性を有する第２の
直流パルスを電極５４ａ，５４ｂ間に印加すると、液晶
分子は応答し、自発分極５６が垂直に電極５４ｂを向い
た状態に両整列する。これが第２の安定状態５９であ
り、それは分子軸が強誘電性液晶層の法線５８に対して
−θ傾いた位置である。その後交流パルスの印加により
第２の安定状態が維持される。すなわち、しきい値を越
える正の直流パルスにより第１の安定状態が書き込ま
れ、強誘電性液晶のメモリ性によりそれ以後は、第１の
安定状態が保持される。次にしきい値を越える負の直流
パルスにより第２の安定状態が書き込まれそれ以後は第
２の安定状態に保持される。

【０００４】図５において、６０ａ，６０ｂは偏光軸が
互いに直光する一対の偏光板であり複屈折を利用して第
１の安定状態にある液晶ドメインと第２の安定状態にあ
る液晶ドメインを光学的に区別するものである。例え
ば、第１の安定状態５７は光遮断状態（書き込み状態、
以下黒表示）と第２の安定状態５９は、光透過状態（消
去状態、以下白表示）として識別される。

【０００５】図４は、前記強誘電性液晶をマトリックス
構造に構成した時の従来の駆動波形例を説明した図であ
る。図４において、ＬＰはコモン電極（走査電極）を走
査するためのロード信号であり、この周期は一つのコモ
ン電極走査駆動時間を示している。Ｍは強誘電性液晶を
交流駆動するために、駆動電圧の極性を反転するための
極性反転信号である。Ｙはコモン電極に印加されるコモ
ン電極駆動電圧である。ＸＥは、表示を消去する（白表
示）場合のセグメント電極駆動電圧である。ＸＷは、表
示を書き込む（黒表示）場合のセグメント電極駆動電圧
である。（Ｙ−ＸＷ）は、消去表示の場合に強誘電性液
晶間に印加される駆動電圧波形である。また、（Ｙ−Ｘ
Ｗ）は、書き込み表示の場合に強誘電性液晶間に印加さ
れる駆動電圧波形である。

【０００６】このようにマトリックス構造の強誘電性液
晶の場合、１水平走査期間の周期をほぼ等分割してその
前半を消去電圧を印加し第２の安定状態にする。そし
て、消去表示する場合は、（Ｙ−ＸＥ）に示すように、
後半の期間に強誘電性液晶のしきい値電圧以下の電圧を
印加して第２の安定状態が変化しない程度の駆動電圧に
抑える。また、書換え表示する場合は、（Ｙ−ＸＷ）に
示すように、後半の期間に反対極性で強誘電性液晶のし
きい値電圧以上の駆動電圧を印加し第２の安定状態から
第１の安定状態に変えるものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来の駆動方法
の場合、水平走査期間の前半は表示の安定状態が変わら
ない領域の強誘電性液晶も一様に、消去駆動電圧が印加
される。それが全走査線数に渡って実行される。そのた
めに全ての表示画素は、少なくとも１フレーム毎に１回
は、消去駆動電圧が印加される方式である。それ故に、
強誘電性液晶に消費される消費電流が無視できなくなる
ほど大きくなり携帯情報機器としての応用に大きな障壁
となっていた。さらに、大画面表示する場合には消去、
書き込み時間が短くなり駆動電圧を高く設定しなければ
動作できなくなったり、フリッカーが目立つようになる
等の問題が生じてきた。また、従来の強誘電性液晶表示
装置の表示方法は、表示画素のＯＮ／ＯＦＦの２値表示
であり階調表示をする方法ではないためビデオ画像表示
等の動画表示が実現されていなかった。

【０００８】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、強誘電性液晶材料として螺旋
状のピッチがパネルのセルギャップ間距離（２μｍ）よ
り短いショートピッチ双安定強誘電性液晶（ＳＢＦ）材
料を使用する。このＳＢＦ液晶は、従来の強誘電性液晶
材料と同様にメモリ特性を有する他に、駆動の電圧に依
り輝度が変化する特性を有するものであるため階調表示
が可能となる。それ故に、ビデオ表示データの階調が変
化する表示画素を検出し、その表示画素のみに消去駆動
電圧を印加し、次に、該当の階調表示の書き込み駆動電
圧を供給することにより階調表示の更新を行わせるもの
である。また表示が変化しない場合（階調が変化しない
時）は、該当の表示画素に保持電圧のみを印加する。こ
れにより消費電流の削減を図り携帯情報機器の電池寿命
を延長させると共に大規模な表示装置においてもフリッ
カーのない安定した表示品質を得ると共に、大画面の、
コントラストの高い、階調表示が可能な強誘電性液晶表
示装置を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明は表示データを記憶するための二つの記憶
回路を有し、コンピュータ処理した階調表示データまた
は、ビデオ階調表示データのＮフレーム目を記憶するた
めの第１の記憶回路の出力信号と、次のＮ＋１フレーム
目に処理された新しい表示データを記憶するための第２
の記憶回路の出力信号の階調データを、互いに比較する
ための階調データ比較回路に入力する。そして該当の表
示画素の階調データが変わっているか、あるいはそのま
ま前の表示状態を保持するのかを判断する。階調データ
が変わっている場合はそのまま保持電圧を供給し、階調
データが変わっている場合は該当の表示画素を消去する
極性の電圧を印加した後に新しい階調データの書き込む
極性の電圧を該当の表示画素に印加して書き込みを行わ
せるものである。

【００１０】

【作用】上記のように本発明の強誘電性液晶表示装置の
駆動方法は、過去（例えば１フレーム前）の階調表示デ
ータに対して、現在の階調表示データが変化しているか
どうかを比較・識別して変化した表示画素のみに限定し
て表示画素の部分的な階調表示動作を実行することが可
能となる。

【００１１】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例を示す回路図である。
図１において、１はコンピュータ処理された階調表示の
アナログ信号または、ビデオ信号をデジタル信号に変換
するためのＡ／Ｄ変換回路である。２と３は各々ＮとＮ
＋１フレーム目の階調表示データを記憶するための各々
の第１及び第２の記憶回路（ＲＡＭ１，２）である。４
は前記第１及び第２の記憶回路２，３の出力を比較して
階調表示データが変化したかどうかを比較するための階
調データ比較回路である。１０，１１は前記した該当の
表示画素の階調が変化したとき前記記憶回路２，３の階
調表示データを出力するためのゲート回路（ＡＮＤ回
路）である。５，６は前記ゲート回路の出力信号をラッ
チするためのラッチ回路である。

【００１２】７は前記ラッチ回路５の階調表示データを
コントロール信号Ｎにより出力するためのトライステー
トのバッファ回路により構成した消去データ出力回路で
ある。８は同様に前記ラッチ回路の階調表示データをコ
ントロール信号Ｍにより出力するためのトライステート
のバッファ回路により構成した書き込みデータ出力回路
である。９は前記消去データ出力回路７と書き込みデー
タ出力回路８の階調表示データをまとめて出力するため
のゲート回路（ＯＲ回路）である。ＥＷＤは消去するた
めの駆動電圧及び、書き込むための書き込み駆動電圧を
供給するため、前記ゲート回路９から出力する階調表示
データである。

【００１３】１４は前記強誘電性液晶表示装置のコモン
電極及び、セグメント電極を駆動するためのコモン電極
駆動回路及び、セグメント電極駆動回路に必要なインタ
ーフェース信号を発生するためのインターフェース信号
発生回路である。ＲＷは前記インターフェース信号発生
回路１４から出力される“１”，“０”の読み出し書き
込みクロック信号である。Ｈはフレーム毎に前記記憶回
路２，３に交互に新しい階調表示データを記憶するため
のコントロール信号である。Ｍは同様に前記インターフ
ェース信号発生回路１４より出力され、前記強誘電性液
晶の表示画素に印加される駆動電圧の極性をコントロー
ルするための極性反転制御信号である。

【００１４】ＦＬＭはコモン電極の走査を開始するため
のフレーム信号である。ＳＫは前記ゲート回路９の出力
信号である階調表示データＥＷＤをセグメント電極駆動
回路に転送するためのシフトクロック信号である。ＬＰ
は前記階調表示データＥＷＤが１走査線分転送されたと
き前記階調表示データをラッチし、かつコモン電極駆動
回路の走査線を１ラインだけシフトさせるためのロード
信号である。ＶＳはコンピュータ処理された階調表示の
アナログ信号または、ビデオ信号である。

【００１５】次に図１の動作について説明する。階調表
示データであるアナログ信号ＶＳは、Ａ／Ｄ変換回路１
によりデジタル信号（仮に４ビットの）に変換されて前
記記憶回路２，３に出力される。ここで、極性反転制御
信号Ｍと前記記憶回路２、３のコントロール信号Ｈは１
フレーム毎に極性が反転するパルス信号とする。前記イ
ンターフェース発生回路１４からの読み出し書き込みク
ロック信号ＲＷは、共にＮＡＮＤ回路１２，１３に入力
される。前記記憶回路のコントロール信号Ｈの逆位相の
信号ＧはＮＡＮＤ回路１２に入力され、前記記憶回路の
コントロール信号ＨはＮＡＮＤ回路１３に入力されてい
る。それ故に前記ＮＡＮＤ回路１２，１３の出力は１フ
レーム期間毎に、交互に、前記読み出し書き込みクロッ
ク信号ＲＷの逆位相の信号を出力して前記記憶回路２，
３の書き込み信号となる。それ故に、Ｎフレームのと
き、前記記憶回路のコントロール信号Ｈが“０”である
と前記読み出し書き込みクロック信号の逆位相信号が書
き込み信号として前記記憶回路２に入力されるので、前
記デジタル信号に変換された４ビットの階調表示データ
は、前記書き込み信号が“０”のタイミングで前記記憶
回路２に書き込まれると共に“１”のタイミングで読み
出され４ビットの出力信号Ａを階調データ比較回路４に
出力する。

【００１６】一方、記憶回路３の書き込み信号は“１”
であるためＮ−１フレーム目に記憶された４ビットの階
調表示データの読み出しを実行し、その４ビットの出力
信号Ｂを階調データ比較回路４に出力する。前記階調デ
ータ比較回路４は前記読み出された各々の４ビットの階
調表示データＡ，Ｂを排他的論理和回路により構成され
た一致回路により一致検出を実行する。階調表示データ
が一致している場合、階調データ比較回路の出力Ｃは
“０”である故に、ＡＮＤ回路１０，１１によりラッチ
回路５，６は表示データ“０”をラッチする。一方、階
調表示データーが不一致の場合は、前記階調データ比較
回路の出力Ｃは“１”となる故に、前記ＡＮＤ回路１
０，１１により前記読み出された４ビットの出力信号
Ａ，Ｂは各々ラッチ回路５，６にラッチされる。前記ラ
ッチ回路５，６の４ビットの表示データは各々消去デー
タ出力回路７と書き込みデータ出力回路８に入力され
る。

【００１７】前記消去データ出力回路７と書き込みデー
タ出力回路８はトライステートバッファ回路により構成
されているので、極性反転信号Ｍの逆位相の信号Ｎと極
性反転信号Ｍにより制御されて出力する。それ故に、信
号Ｎが“１”の時、ラッチ回路５の４ビット表示データ
が消去データ出力回路７を通して論理和回路９に入力さ
れ、その出力として消去データ信号ＥＷＤを強誘電性表
示装置のセグメント電極駆動回路に入力させる。セグメ
ント駆動回路は、前記４ビットの表示データ信号を所定
の振幅を有する駆動電圧に変換して、消去する極性の駆
動電圧を表示画素に印加することにより該当の点灯表示
画素を消去する。

【００１８】次に、書き込み出力回路８の信号Ｍが
“１”になると、ラッチ回路６の４ビット表示データが
書き込みデータ出力回路８を通して論理和回路９に入力
され、その出力として書き込みデータ信号ＥＷＤを前記
と同様に強誘電性表示装置のセグメント電極駆動回路に
入力させる。セグメント駆動回路は、前記４ビットの表
示データ信号を所定の振幅を有する駆動電圧に変換し
て、書き込み極性の駆動電圧を表示画素に印加すること
により、前記消去された表示画素を所定の階調の４ビッ
ト表示データによる書き込みの振幅を有する駆動電圧に
より書き込み表示動作を実行する。

【００１９】前記図１の動作は、階調表示データが不一
致の場合に、該当の表示画素を消去した後、次のフレー
ムにおいて該当の表示画素の書き込みを実行するもので
あるが、前記極性反転信号Ｍの周期が１走査期間のパル
ス信号である場合は、１走査線駆動期間の前半部におい
て消去駆動電圧の供給と後半部において書き込み電圧の
供給を実行することができる。

【００２０】図２は、本発明の駆動方式として、１フレ
ーム毎に消去、または書き込み動作を実行させるための
１／５バイアス駆動の実施例を示す駆動波形図である。
図２において、ＦＬＭは表示装置を走査線の駆動開始の
タイミングをきめるためのフレーム信号である。ＬＰは
走査ラインをシフトするためのロード信号である。Ｍ
は、１走査線毎に駆動信号の極性を反転し、更にフレー
ム毎に消去の駆動電圧の極性と書き込みの駆動電圧の極
性に反転するための極性反転信号である。Ｃ１は、コモ
ン電極駆動電圧である。Ｓ１，Ｓ２はセグメント１，２
のセグメント駆動電圧である。Ｓ１は、該当の表示画素
を書き込みに要した駆動電圧の逆極性の駆動電圧により
消去し、次のフレームにおいて階調を有する書き込み駆
動電圧を印加して表示画素の階調レベルを低く変える場
合の駆動波形例である。Ｓ２は、該当の表示画素を書き
込みに要した駆動電圧（Ｓ１の場合より低い）の逆極性
の駆動電圧により消去し、次のフレームにおいて階調
（Ｓ１より高い）を有する書き込み駆動電圧を印加して
表示画素の階調レベルを高く変える場合の駆動波形例で
ある。

【００２１】次に、Ｃ１−Ｓ１とＣ１−Ｓ２は、各々前
記コモン電極Ｃ１とセグメント電極Ｓ１，コモン電極Ｃ
１とセグメント電極Ｓ２のマトリックス交点の強誘電性
液晶表示画素間に印加される駆動電圧を示している。図
３は、他の駆動方式として、フレーム毎に消去と書き込
み極性の駆動電圧を供給するのではなく、走査線の一走
査期間内に消去、または書き込み動作を実行させるため
の１／５バイアス駆動の実施例を示す駆動波形図であ
る。

【００２２】図３において、ＦＬＭ，ＬＰは前記図２と
同様にフレーム信号、ロード信号である。Ｍは、一走査
期間内に駆動信号の極性を反転するための極性反転信号
であり１周期が１走査期間のパルス信号である。Ｃ１
は、コモン電極駆動電圧である。Ｓ１，Ｓ２はセグメン
ト１，２のセグメント駆動電圧である。Ｓ１は、１走査
期間の前半期間に該当の表示画素を書き込みに要した駆
動電圧の逆極性の駆動電圧により消去し、後半期間にお
いて所定の階調を有する書き込み駆動電圧を印加して表
示画素の階調レベルを低く変える場合の駆動波形例であ
る。

【００２３】Ｓ２は、同様に１走査期間の前半期間に該
当の表示画素を書き込みに要した駆動電圧（Ｓ１の場合
より低い）の逆極性の駆動電圧により消去し、後半期間
において所定の階調（Ｓ１より高い）を有する書き込み
駆動電圧を印加して表示画素の階調レベルを高く変える
場合の駆動波形例である。次に、Ｃ１−Ｓ１とＣ１−Ｓ
２は、各々前記コモン電極Ｃ１とセグメント電極Ｓ１，
コモン電極Ｃ１とセグメント電極Ｓ２のマトリックス交
点の強誘電性液晶表示画素間に印加される駆動電圧を示
している。なお、本発明の実施例は前記４ビットの階調
表示データを駆動電圧の振幅レベルに変換して階調表示
する方法について記述したが、この振幅変調に限らず前
記４ビットの階調表示データを駆動電圧のパルス幅レベ
ルに変換して階調表示することも可能である。

【００２４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように強誘電
性液晶表示装置を階調表示する駆動方法に関するもので
本発明によれば、該当の表示画素の階調表示データの変
化を検出・判断することにより、階調レベルが変化した
表示画素にだけ書き込みに要した駆動電圧と逆極性の駆
動電圧を印加することにより消去した後、新たな階調レ
ベルの振幅を有する書き込み極性の駆動電圧を印加する
ことにより書き込み表示をするものである。階調レベル
が変わらない場合は、消去と書き込み駆動電圧を印加せ
ず保持の駆動電圧のままである。

【００２５】それ故に、従来問題になっている表示画素
の変化に拘らず一旦全表示画素を消去したのち、必要な
表示画素のみ書き込むと言う方式をとることがなくなる
ので無用な消費電流を大幅に節減し、携帯用情報機器に
採用できるようになった。また、本発明によれば、表示
画素の階調レベルが変化する表示画素にだけ部分的に消
去及び書き込み所定の駆動電圧を印加し、それ以外は、
強誘電性液晶表示装置の特徴であるメモリ性を利用して
表示するので、従来のようにフレーム周波数を高く設定
しなくてもフリッカーを生じることなく、しかも従来以
上の大規模な表示装置においても安定した表示品質を得
ることができるなどの多大な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す駆動方法の回路図であ
る。

【図２】本発明の駆動方法の一実施例を示す駆動波形図
である。

【図３】本発明の他の駆動方法の一実施例を示す駆動波
形図である。

【図４】従来の駆動方式の駆動波形図である。

【図５】強誘電性液晶表示装置の構造を示す図である。

【図６】表示動作を説明するための駆動波形図である。

【符号の説明】

１ Ａ／Ｄ変換回路 ２、３ 記憶回路１、記憶回路２（ＲＡＭ１，ＲＡＭ
２） ４ 階調データ比較回路 ５、６ ラッチ回路１、ラッチ回路２ ７ 消去データ出力回路 ８ 書き込みデータ出力回路 ９ 論理和回路 １０、１１ ＡＮＤ回路 １２、１３ ＮＡＮＤ回路 １４ インターフェース信号発生回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表示の走査をするための第１電極群と階
   調表示データに応じた駆動電圧を供給する第２電極群を
   マトリックス状に配列してその交点を表示画素とし、前
   記第１電極群と第２電極群の間隙に強誘電性液晶を介在
   した強誘電性液晶表示装置の階調表示の駆動方法におい
   て、少なくとも前記強誘電性表示装置のＮフレーム目の
   階調表示データと前記Ｎ＋１フレーム目の階調表示デー
   タを比較するための階調データ比較回路を有し、前記階
   調データ比較回路が不一致の場合、前記Ｎ＋１フレーム
   目においてＮフレーム目の階調表示データにより前記強
   誘電性液晶の表示画素を消去する極性の駆動電圧を供給
   し、Ｎ＋２フレーム目において前記Ｎ＋１フレーム目の
   階調表示データにより前記強誘電性液晶の表示画素に書
   き込みを行う極性の駆動電圧を供給することにより階調
   表示することを特徴とする強誘電性液晶表示装置の表示
   方法。
2. 【請求項２】 消去する極性の駆動電圧及び書き込むた
   めの駆動電圧は、前記記憶回路の階調表示データを振幅
   レベルに変換して階調表示することを特徴とする請求項
   １記載の強誘電性液晶の表示方法。
3. 【請求項３】 消去する極性の駆動電圧及び書き込むた
   めの駆動電圧は、前記記憶回路の階調表示データを駆動
   電圧のパルス幅レベルに変換して階調表示することを特
   徴とする請求項１記載の強誘電性液晶の表示方法。
4. 【請求項４】 表示の走査をするための第１電極群と階
   調表示データに応じた駆動電圧を供給する第２電極群を
   マトリックス状に配列してその交点を表示画素とし、前
   記第１電極群と第２電極群の間隙に強誘電性液晶を介在
   した強誘電性液晶表示装置の階調表示の駆動方法におい
   て、少なくとも前記強誘電性表示装置のＮフレーム目の
   階調表示データと前記Ｎ＋１フレーム目の階調表示デー
   タを比較するための階調データ比較回路を有し、前記階
   調データ比較回路が不一致の場合、走査線の１走査駆動
   電極期間を前半と後半に分割し、前記前半期間において
   Ｎフレーム目の階調表示データにより前記強誘電性液晶
   表示画素を消去する極性の駆動電圧を供給し、後半期間
   においてＮ＋１フレーム目の階調表示データにより前記
   強誘電性液晶の表示画素の書き込みを行う極性の駆動電
   圧を供給することを特徴とする強誘電性液晶表示装置の
   表示方法。
5. 【請求項５】 消去する極性の駆動電圧及び書き込むた
   めの駆動電圧は、前記記憶回路の階調表示データを振幅
   レベルに変換して階調表示することを特徴とする請求項
   ４記載の強誘電性液晶の表示方法。
6. 【請求項６】 消去する極性の駆動電圧及び書き込むた
   めの駆動電圧は、前記記憶回路の階調表示データを駆動
   電圧のパルス幅レベルに変換して階調表示することを特
   徴とする請求項４記載の強誘電性液晶の表示方法。