JPWO2008126141A1 - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

表示装置は,複数の第1の電極が並行に設けられた第1の基板と,第1の電極と交差して画素を形成する複数の第2の電極が並行に設けられた第2の基板と,第1及び第2の基板間に形成され書き込み状態に応じて所定の波長の光を反射または透過もしくは吸収する材料層とを有する表示パネルと,第1,第2の電極をそれぞれ駆動する第1,第2の駆動回路と,第1,第2の駆動回路の駆動制御を行う駆動制御回路を有する。第1または第2の駆動回路が,表示画像の書き換え時において,第1または第2の電極の隣接する複数本の電極群にリセットパルスを印加しながら,当該複数本の電極群を走査して当該電極群の画素をリセットし,さらに,駆動制御回路は,第1または第2の駆動回路による複数本の電極群の走査方向を変更制御する。

Description

本発明は,表示装置に関し,特に,電子ペーパとしての実用化が期待されている表示装置に関する。
電子ペーパは,電子ブック,モバイル端末機器のサブディスプレイ,ICカードの表示部等,多くの携帯機器への適用が提案されている。電子ペーパの有力な表示装置の一つに,コレステリック相が形成される液晶組成物(コレステリック液晶,あるいはカイラルネマティク液晶と称される。本明細書においてはコレステリック液晶に統一する。)を用いた表示装置がある。コレステリック液晶は,半永久的な表示保持特性(メモリ性),鮮やかなカラー表示特性,高コントラスト特性,および高解像度特性等の優れた特徴を有している。
図1は,コレステリック液晶を用いたフルカラー表示可能な液晶表示装置の断面構成を示す図である。液晶表示装置1は,ユーザ3側の表示面から順に,青色表示部10と,緑色表示部11と,赤色表示部12とが積層された構造を有している。図中,上方の基板側が表示面であり,外光2は基板上方から表示面に向かって入射するようになっている。
青色表示部10は,一対の上下基板10A,10B間に封入された青色用液晶10LCと,青用液晶層10LCに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源10Pとを有している。緑色表示部11は,一対の上下基板11A,11B間に封入された緑色用液晶11LCと,緑色用液晶層11LCに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源11Pとを有している。赤色表示部12は,一対の上下基板間12A,12Bに封入された赤色用液晶12LCと,赤色用液晶層12LCに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源12Pとを有している。そして,赤色表示部12の下基板12Bの裏面には光吸収層13が配置されている。
各青,緑,赤用液晶層10LC,11LC,12LCに用いられてい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(カイラル材ともいう)を数十wt%の含有率で比較的大量に添加した液晶混合物である。ネマティック液晶にカイラル材を比較的大量に含有させると,ネマティック液晶分子を強く螺旋状に捻ったコレステリック相を形成することができる。このため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る。
コレステリック液晶は双安定性(メモリ性)を備えており,液晶に印加する電界強度の調節によりプレーナ状態(反射状態),フォーカルコニック状態(透過状態),またはそれらの混合による中間的な状態のいずれかの状態をとることができる。そして,コレステリック液晶は,一旦プレーナ状態,フォーカルコニック状態,またはそれらの中間的な状態になると,その後電界がなくなっても安定してその状態を保持する。
プレーナ状態は,例えば,上下基板間に所定の高電圧を印加して液晶層に強電界を与え,液晶をホメオトロピック状態にした後,急激に電界をゼロにすることにより得られる。また,フォーカルコニック状態は,例えば,上記高電圧より低い所定電圧を上下基板間に印加して液晶層に電界を与えた後,急激に電界をゼロにすることにより得られる。あるいは,フォーカルコニック状態は,プレーナ状態から徐々に電圧を加えることでも得ることができる。そして,プレーナ状態とフォーカルコニック状態の中間的な状態は,例えば,フォーカルコニック状態が得られる電圧よりも低い電圧を上下基板間に印加して液晶層に電界を与えた後,急激に電界をゼロにすることにより得られる。
図2は,コレステリック液晶を用いた液晶表示装置の表示原理を示す図である。図2では,青色表示部を例に説明する。図2(a)は,青色表示部10の青色用液晶層10LCがプレーナ状態でのコレステリック液晶の液晶分子LCの配向状態を示している。図2(a)に示すように,プレーナ状態での液晶分子LCは,基板厚方向に順次回転して螺旋構造を形成し,螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ垂直になる。
プレーナ状態では,液晶分子の螺旋ピッチに応じた所定波長の光が選択的に液晶層で反射される。液晶層の平均屈折率をnとし,螺旋ピッチをpとすると,反射が最大となる波長λは,λ=n・pで示される。従って,例えばλ=480nmとなるように平均屈折率n及び螺旋ピッチpを決めと,青色表示部10の青色用液晶層10LCは,プレーナ状態時に青色の光を選択的に反射させる。平均屈折率nは液晶材料及びカイラル材を選択することで調整でき,螺旋ピッチpはカイラル材の含有率を調整することにより調節することができる。
図2(b)は,青色表示部10の青色用液晶層LCがフォーカルコニック状態におけるコレステリック液晶の液晶分子の配向状態を示している。図2(b)に示すように,フォーカルコニック状態での液晶分子は,基板面内方向に順次回転して螺旋構造を形成し,螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ平行になる。フォーカルコニック状態では,青色用液晶層10LCに反射波長の選択性は失われ入射光2の殆どが透過する。そして,透過光は赤色表示部12の下基板12Bの裏面に配置された光吸収層13で吸収されるので,暗色(黒色)表示になる。
プレーナ状態とフォーカルコニック状態の中間の状態では,その状態に応じて反射光と透過光の割合を調整できるので,反射光の強度を可変できる。このように,コレステリック液晶では,螺旋状に捻られた液晶分子の配向状態で光の反射量を制御することができる。
上記の青色用液晶層と同様に,緑色用液晶層及び赤色用液晶層に,プレーナ状態時に緑または赤の光を選択的に反射させるコレステリック液晶をそれぞれ封入すると,フルカラー表示の液晶表示装置が実現できる。
以上のようにコレステリック液晶を用い,赤,緑,青の光を選択的に反射する液晶表示パネルを積層することで,メモリ性のあるフルカラーの表示装置が可能となり,画面書換え時以外は,消費電力=0でカラー表示が可能となる。
しかしながら,コレステリック液晶の選択反射を利用した表示装置は,表示画像を変更する時に,一旦,高い電圧で液晶をホメオトロピック状態へリセットする必要がある。このため,リセット時に多くの電力を必要とする問題がある。このリセット時の多くの電力は,バッテリの瞬間容量に制限のある携帯機器において大きな課題である。
この課題を解決するための表示書き換え方法が,以下の特許文献1に記載されている。この特許文献1の表示書き換え方法によれば,複数のスキャン電極を同時選択してリセット駆動を行い且つ選択中の複数のスキャン電極群を走査する。これにより,リセット駆動が画面の一部のスキャン電極群に限定されるので,瞬間的な電力を抑制することができる。また,複数のスキャン電極を同時にリセット駆動するので,1つの画面をリセットする時間を短くすることができる。
WO06/103738(2006.10.05国際公開)
図3は,従来の表示書き換え方法による問題点を示す図である。図3には,表示画面が英語表示「ABCD...」20が,日本語表示「あいうえお...」21,22,23に徐々に変更される表示状態を示している。特許文献1による表示書き換え方法によれば,複数のスキャン電極を同時に選択してリセット駆動しその選択スキャン電極群を走査するので,リセット(またはリセット及び書き込み)されている帯状領域24が走査方向に移動する様子が利用者に認識される。
この帯状領域24はホメオトロピック状態にされており,ホメオトロピック状態は透明状態であるため,光吸収層13の色,一般には黒色の帯となって利用者に認識される。帯状領域24が認識される時間は,スキャン電極の本数に依存するが,全画素をリセットするのに要する時間となり,おおよそ数秒〜数十秒である。よって,この帯状領域24の表示は,利用者に不快感を与えるので,その不快感の低減が求められている。
また,リセットを含む表示画像の書換えに数秒〜数十秒を要するので,画像データの縦書き,横書きに関わらず,常に同じ走査方向で画像の書換えが行われることも,利用者に不快感を与える。
そこで,本発明の目的は,表示画像を書き換える時の利用者に与える不快感を軽減した液晶表示装置を提供することにある。
上記の目的を達成するために,本発明の第1の側面によれば,
複数の第1の電極が並行に設けられた第1の基板と,前記第1の電極と交差して画素を形成する複数の第2の電極が並行に設けられた第2の基板と,前記第1及び第2の基板間に形成され書き込み状態に応じて所定の波長の光を反射または透過もしくは吸収する材料層とを有する表示パネルと,
前記第1,第2の電極をそれぞれ駆動する第1,第2の駆動回路と,
前記第1,第2の駆動回路の駆動制御を行う駆動制御回路とを有し,
前記第1または第2の駆動回路が,表示画像の書き換え時において,前記第1または第2の電極の隣接する複数本の電極群にリセットパルスを印加しながら,当該複数本の電極群を走査して当該電極群の画素をリセットし,
さらに,前記駆動制御回路は,前記第1または第2の駆動回路による前記複数本の電極群の走査方向を変更制御することを特徴とする表示装置である。
上記の目的を達成するために,本発明の第2の側面によれば,
複数の第1の電極が並行に設けられた第1の基板と,前記第1の電極と交差して画素を形成する複数の第2の電極が並行に設けられた第2の基板と,前記第1及び第2の基板間に形成され書き込み状態に応じて所定の波長の光を反射または透過する材料層とを有する表示パネルと,
前記第1,第2の電極をそれぞれ駆動する第1,第2の駆動回路と,
前記第1,第2の駆動回路の駆動制御を行う駆動制御回路とを有し,
前記第1または第2の駆動回路が,表示画像の書き換え時において,前記第1または第2の電極の隣接する複数本の電極群にリセットパルスを印加しながら,当該複数本の電極群を走査して当該電極群の画素をリセットし,
さらに,前記所定の波長の光がそれぞれ異なる複数の前記表示パネルが互いに積層され,前記反射層が前記複数の表示パネルの最下パネルの第2の基板側に設けられ,
前記複数の表示パネルの駆動制御回路は,第1の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査方向と,第2の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査方向とが異なるように前記第1または第2の駆動回路を制御することを特徴とする表示装置である。
上記の目的を達成するために,本発明の第3の側面によれば,
複数の第1の電極が並行に設けられた第1の基板と,前記第1の電極と交差して画素を形成する複数の第2の電極が並行に設けられた第2の基板と,前記第1及び第2の基板間に形成され書き込み状態に応じて所定の波長の光を反射または透過する材料層とを有する表示パネルと,
前記第1,第2の電極をそれぞれ駆動する第1,第2の駆動回路と,
前記第1,第2の駆動回路の駆動制御を行う駆動制御回路とを有し,
前記第1または第2の駆動回路が,表示画像の書き換え時において,前記第1または第2の電極の隣接する複数本の電極群にリセットパルスを印加しながら,当該複数本の電極群を走査して当該電極群の画素をリセットし,
さらに,前記所定の波長の光がそれぞれ異なる複数の前記表示パネルが互いに積層され,前記反射層が前記複数の表示パネルの最下パネルの第2の基板側に設けられ,
前記複数の表示パネルの駆動制御回路は,第1の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査のタイミングと,第2の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査のタイミングとが異なるように前記第1または第2の駆動回路を制御することを特徴とする表示装置である。
本発明によれば,表示画像の書き換え時におけるリセットのための複数本の電極群の走査方向または走査タイミングが適宜変更されるので,ユーザによる不快感を軽減することができる。
コレステリック液晶を用いたフルカラー表示可能な液晶表示装置の断面構成を示す図である。 コレステリック液晶を用いた液晶表示装置の表示原理を示す図である。 従来の表示書き換え方法による問題点を示す図である。 本実施の形態における液晶表示装置の概略構成図である。 本実施の形態における液晶表示装置の断面図である。 赤,緑,青の反射スペクトルを示す図である。 本実施の形態における液晶表示装置の駆動波形の一例を示す図である。 本実施の形態におけるコレステリック液晶の電圧−反射率特性の一例を示す図である。 本実施の形態における表示装置の構成図である。 本実施の形態における電圧レギレータと駆動回路との関係を示す図である。 スキャンモードとデータモードとにおける駆動回路30,31の入力電圧端子と入力電圧との関係を示す図である。 スキャンモードとデータモードとにおける駆動回路30,31のパルス信号の電圧値を示す図である。 本実施の形態における書き換え方法の一例を示す図である。 本実施の形態における書き換え方法の一例を示す図である。 本実施の形態における書き換え方法の一例を示す図である。 ハーフトーン画像を形成する画像書き換え方法を示す図である。 ハーフトーン画像を形成する別の画像書き換え方法を示す図である。 本実施の形態における書き込み方法の走査モード例を示す図である。 本実施の形態における書き込み方法の別の走査モード例を示す図である。 本実施の形態における書き込み方法の別の走査モード例を示す図である。
符号の説明
10,11,12:B,G,R表示パネル
10LC,11LC,12LC:液晶層(材料層)
10S,11S,12S:走査電極駆動回路
10D,11D,12D:データ電極駆動回路
以下,図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し,本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず,特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
本発明は,コレステリック液晶材料以外に,電子粉流体や電気泳動などを利用した同様の表示装置に適用可能である。以下,表示装置の一例として,青(B),緑(G),および赤(R)用コレステリック液晶を用いた液晶表示装置および電子ペーパについて説明する。
図4は,本実施の形態における液晶表示装置の概略構成図である。また,図5は,本実施の形態における液晶表示素子の断面図である。図4,図5に示すように,液晶表示装置1は,プレーナ状態で青色(B)の光を反射するB用液晶層10LCを備えたB表示パネル10と,プレーナ状態で緑色(G)の光を反射するG用液晶層11LCを備えたG表示パネル11と,プレーナ状態で赤色(R)の光を反射するR用液晶層12LCを備えたR表示パネル12とを有している。各B,G,R表示パネル10,11,12は,この順に光入射面(表示面)側から積層されている。
B表示パネル10は,対向配置された一対の上下基板10A,10Bと,両基板間に封入されたB用液晶層10LCとを有している。B用液晶層10LCは,青色を選択的に反射するように調整されたB用コレステリック液晶を有している。
同様に,G表示パネル11,R表示パネル12は,それぞれ,対向配置された一対の上下基板11A,11B,12A,12Bと,両基板間に封入されたG用液晶層11LC,R用液晶層12LCとを有している。G用液晶層,R用液晶層は,それぞれ,緑色,赤色を選択的に反射するように調整されたG用コレステリック液晶,R用コレステリック液晶を有している。
液晶層を構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10〜40wt%添加したコレステリック液晶である。この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%としたときの値である。ネマティック液晶は,公知の各種材料を用いることができる。屈折率異方性(Δn)は,0.18〜0.24であることが好ましい。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他,粘度も高くなり,応答速度が低下する。また,この液晶の厚みは3〜6μmが好ましく,これより小さいとプレーナ状態の反射率が低くなり,これより大きいと駆動電圧が高くなりすぎる。
次に各表示パネルの旋光性について述べる。図6は,赤,緑,青の反射スペクトルを示す図である。積層されたB,G,R表示パネル10,11,12において,プレーナ状態(反射状態)におけるG用液晶層での旋光性と,B用及びR用液晶層での旋光性とを異ならせているので,図6に示す青(B)と緑(G),および緑(G)と赤(R)の反射スペクトルが重なる領域では,例えば,B用液晶層とR用液晶層で右円偏光の光を反射させ,G用液晶層で左円偏光の光を反射させることができる。これにより,反射光の損失を低減させて,液晶表示装置の表示画面の明るさを向上させることができる。
上基板10A,11A,12A,および下基板10B,11B,12Bは,透光性を有することが必要である。本実施の形態では,縦横の長さが10(cm)×8(cm)の大きさに切断した2枚のポリカーボネート(PC)フィルム基板を用いている。また,PCフィルム基板に代えてガラス基板やポリエチレンテレフタレート(PET)等のフィルム基板を使用することもできる。本実施の形態では,上基板および下基板はいずれも透光性を有しているが,最下層に配置されるR表示パネルの下基板12Bは不透光性であってもよい。
図4に示されるとおり,B表示パネル10の下基板10BのB用液晶層側には,上下方向に延びる複数の帯状のデータ電極D1,D2が並列して形成されている。また,上基板10AのB用液晶層側には,左右方向に延びる複数の帯状の走査電極S1,S2が並列して形成されている。本実施の形態では,透明電極をパターニングして0.24mmピッチのストライプ状の複数の走査電極,および複数のデータ電極を形成し,320×240ドットのQVGA表示を実現している。
図4に示すように,上下基板の電極形成面をその法線方向に見て,両電極D,Sは互いに交差して対向配置されている。両電極の各交差領域がそれぞれピクセル(画素)となる。複数のピクセルがマトリクス状に配列されて表示画面を形成している。
両電極の形成材料は,例えばインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide;ITO)が代表的であるが,その他インジウム亜鉛酸化物(Indium Zic Oxide;IZO)等の透明導電膜,アルミニウムあるいはシリコン等の金属電極,又はアモルファスシリコンや珪酸ビスマス(Bismuth Silicon Oxide;BSO)等の光導電性膜等でもよい。
両電極上には機能膜として,それぞれ絶縁膜や液晶分子の配列を制御するための配向膜(いずれも図示せず)がコーティングされていることが好ましい。絶縁膜は,電極間の短絡を防止したり,ガスバリア層として液晶表示装置の信頼性を向上させたりする機能を有している。また,配向膜には,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および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を用いることができる。本実施の形態では,例えば電極上の基板全面に配向膜が塗布(コーティング)されている。配向膜は絶縁性薄膜と兼用されてもよい。
図5に示されるとおり,上下基板の外周囲に塗布されたシール材33により,B用液晶層10LCは両基板間に封入されている。また,B用液晶層の厚さ(セルギャップ)は均一に保持する必要がある。所定のセルギャップを維持するには,樹脂製又は無機酸化物製の球状スペーサをB用液晶層内に散布したり,柱状スペーサをB用液晶層内に複数形成したりする。本実施の形態の液晶表示装置においても,B用液晶層内にスペーサ(図示せず)が挿入されてセルギャップの均一性が保持されている。B用液晶層のセルギャップは,3μm≦d≦6μmの範囲であることが好ましい。
G表示パネル11およびR表示パネル12は,B表示パネル10と同様の構造である。最下層のR表示パネル12の下基板12Bの外面(裏面)には,可視光吸収層13が設けられている。このため,B,G,R液晶層10LC,11LC,12LCの全てがフォーカルコニック状態の時に,液晶表示装置の表示画面には黒色が表示される。なお,可視光吸収層13は必要に応じて設ければよい。可視光吸収層13が設けられていない場合は透明パネルに各色の反射光の画像が形成されることになる。
上基板には,複数の走査電極を駆動する走査電極用ドライバICが実装された走査電極駆動回路31(10S,11S,12S)が設けられている。また,下基板には,複数のデータ電極を駆動するデータ電極用ドライバICが実装されたデータ電極駆動回路30(10D,11D,12D)が設けられている。これらの駆動回路30,31は,駆動制御回路32から出力された所定の信号に基づいて,走査信号,データ信号を走査電極S1,S2またはデータ電極D1,D2に出力する。
図7は,本実施の形態における液晶表示装置の駆動波形の一例を示す図である。図8は,コレステリック液晶の電圧−反射率特性の一例を示す図である。これらを参照して,液晶表示装置の駆動方法の一例について説明する。
図7(a)は,コレステリック液晶をプレーナ状態にするための駆動波形であり,図7(b)は,コレステリック液晶をフォーカルコニック状態にするための駆動波形である。図7(a)および図7(b)において,データ電極駆動回路30から出力されるデータ信号の電圧波形Vdと,走査電極駆動回路31から出力される走査信号の電圧波形Vsと,両電圧Vd,Vsの印加により各ピクセルに印加される印加電圧波形Vlcとを示している。また,図の左から右は時間経過に,図の上下方向は電圧に対応している。
図8の横軸はコレステリック液晶に印加される電圧値に対応し,縦軸はコレステリック液晶の反射率(%)に対応する。図8に示す実線の曲線Pは,初期状態がプレーナ状態における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におけるコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示している。
ここでは,図4に示すB表示パネル10の第1列目のデータ電極D1と第1行目の走査電極S1との交差部の青(B)ピクセル(1,1)に上記データ信号Vdと走査信号Vsによる印加電圧Vlcを印加する場合を例にして説明する。
第1に,プレーナ状態への書き込みについて説明する。図7(a)に示すように,第1行目の走査電極S1が選択される選択期間T1の前半の約1/2の期間では,データ信号電圧Vdが+32Vとなるのに対し走査信号電圧Vsが0Vとなり,後半の約1/2の期間では,データ信号電圧Vdが0Vとなるのに対し走査信号電圧Vsが+32Vとなる。このため,Bピクセル(1,1)のB用液晶層には,印加電圧Vlcに示すとおり,選択期間T1の間に±32Vのパルス電圧が印加される。
上記のように,ピクセルの液晶層への印加電圧Vlc,±32Vは,図8に示す高電圧VP100に対応する。図8に示すように,コレステリック液晶に所定の高電圧VP100(例えば,32V)が印加されて強い電界が生じると,液晶分子の螺旋構造は完全にほどけ,全ての液晶分子が電界の向きに従うホメオトロピック状態になる。従って,Bピクセル(1,1)のB用液晶層の液晶分子は選択期間T1では,ホメオトロピック状態になる。これがリセット状態である。
次に,図7(a)において,選択期間T1が終了して非選択期間T2になると,第1行目の走査電極S1には,例えば+28Vおよび+4Vの走査信号電圧Vsが非選択期間T2の前半と後半の1/2の周期でそれぞれ印加される。一方,1列目のデータ電極D1には,所定のデータ信号電圧Vdが印加される。このデータ信号電圧Vdは,2列目のデータ電極D2への書き込み電圧であるが,それに対応する走査電極S1の走査信号電圧Vsはデータ信号電圧Vdと同相になっている。その結果,Bピクセル(1,1)のB用液晶層には,非選択期間T2の間に±4Vのパルス電圧Vlcが印加される。これにより,非選択期間T2の間では,Bピクセル(1,1)のB用液晶層に生じる電界はほぼゼロになる。
図8において,液晶印加電圧Vlcが高電圧VP100(±32V)で液晶分子がホメオトロピック状態から,当該液晶印加電圧が低電圧VF0(±4V)に急激に変化して電界がほぼゼロになると,液晶分子は螺旋軸が両電極に対してほぼ垂直な方向に向く螺旋状態になり,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なる。従って,Bピクセル(1,1)のB用液晶層は光を反射して,Bピクセル(1,1)は青を表示する。
第2に,フォーカルコニック状態への書き込みについて説明する。図7(b)に示すように,選択期間T1の前半の約1/2の期間及び後半の約1/2の期間で,データ信号電圧Vdが24V/8Vとなるのに対し,走査信号電圧Vsが0V/+32Vとなる。つまり,走査信号電圧Vsは図7(a)と同じであるが,データ信号電圧Vdが小さい。この結果,Bピクセル(1,1)のB用液晶層には,±24Vのパルス電圧Vlcが印加される。この±24Vが図8の低電圧VF100bに対応する。
図8に示すように,コレステリック液晶に所定の低電圧VF100b(例えば,24V)が印加されて弱い電界が生じると,液晶分子の螺旋構造が完全には解けない状態になる。
次に,非選択期間T2になると,第1行目の走査電極S1には,例えば+28V/+4Vの走査信号電圧Vsが選択期間T1の1/2の周期で印加され,データ電極D1には,所定のデータ信号電圧(例えば+24V/8V)Vdが選択期間T1の前半と後半の1/2の周期で印加される。このデータ信号電圧Vdは,例えば2列目の走査電極D2に書き込みをするための電圧である。上記走査信号電圧Vsとデータ信号電圧Vdの印加により,Bピクセル(1,1)のB用液晶層には,非選択期間T2の間に,−4V/+4Vのパルス電圧Vlcが印加される。これにより,非選択期間T2の間では,Bピクセル(1,1)のB用液晶層に生じる電界はほぼゼロになる。
図8において,液晶印加電圧Vlcが低電圧VF100b(±24V)で液晶分子の螺旋構造が完全には解けない状態から,印加電圧VlcがVF0(±4V)に変化して急激に電界がほぼゼロになると,液晶分子は螺旋軸が両電極に対してほぼ平行な方向に向く螺旋状態になり,入射光を透過するフォーカルコニック状態になる。従って,Bピクセル(1,1)のB用液晶層は光を透過する。
なお,図8に示すように,VP100(V)の電圧を印加して,液晶層に強い電界を生じさせた後に,緩やかに電界を除去しても,コレステリック液晶はフォーカルコニック状態にすることができる。
図7において,各選択期間T1と非選択期間T2とでそれぞれ逆相パルスを印加する理由は,液晶層の劣化を防止するためであり,液晶層の駆動方式としては一般的である。また,図7(a)において,非選択期間T2でデータ信号電圧Vdが+24V/8Vになったとしても,印加電圧Vlcは+4V/−4Vになり,ピクセルは同様に実質的に電界ゼロになる。同様に,図7(b)において,非選択期間T2でデータ信号電圧Vdが+32V/0Vになったとしても,印加電圧Vlcは−4V/+4Vになり,ピクセルは同様に実質的に電界ゼロになる。つまり,非選択期間T2では,走査信号電圧Vsをデータ信号電圧Vdと同相にし且つその電圧値を+28V/4Vにして,データ信号電圧Vdがとりうる2種類の電圧(+32V/0V,+24V/8V)のいずれになっても,ピクセルへの印加電圧Vlcが±4Vとなるようにしている。
さらに,コレステリック液晶は,プレーナ状態またはフォーカルコニック状態からホメオトロピック状態(図8のVP100の状態)にするためには,一定の期間にわたり高電圧VP100を印加することが必要である。したがって,図7(a)の選択期間T1の印加電圧Vlc=±32Vの状態を一定期間継続した後に,表示データに応じて,図7(a)の選択期間T1のデータ信号電圧Vd=+32V/0Vか,図7(b)の選択期間T1のデータ信号電圧Vd=+24V/8Vかにし,その直後に非選択期間T2の印加電圧Vlc=±4Vにしている。この駆動方法については,後に詳述する。
上記駆動電圧と駆動方法は一例であり,室温で,両電極間に30〜35Vのパルス状電圧を実効時間20〜100ms印加すると,B用液晶層のコレステリック液晶は選択反射状態(プレーナ状態)となり,15〜22Vのパルス状の電圧を実効時間20〜100ms印加すると,良好な透過状態(フォーカルコニック状態)となる。
上述のBピクセル(1,1)の駆動と同様にして緑(G)ピクセル(1,1)及び赤(R)ピクセル(1,1)を駆動することにより,3つのB,G,Rピクセル(1,1)を積層したピクセル(1,1)にカラー表示をすることができる。また,第1行から第n行までの走査電極を線順次で駆動して,1行毎に各データ電極からデータ信号電圧を印加するデータ走査により,ピクセル(1,1)からピクセル(n,m)までの全てのピクセルに表示データによる電圧を印加して1フレーム(表示画面)分のカラー表示をすることができる。
さらに,コレステリック液晶に中間的な強さの電界を与え,急激に当該電界を除去すると,プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態となる。これを利用することで,各ピクセルをハーフトーン状態にすることができ,3枚の液晶表示パネルによりフルカラーの表示が可能となる。
図9は,本実施の形態における表示装置の構成図である。表示パネル1は,前述のとおりRGBの表示パネルを積層したものであり,それらの表示パネルの走査電極群を駆動する駆動回路31と,データ電極群を駆動する駆動回路30とが設けられている。これらの駆動回路30,31は,3つのRGB表示パネルそれぞれに設けられている。あるいは,これらの駆動回路30,31が3つの表示パネルに共通に設けられても良い。
さらに,表示装置は,電源電圧を昇圧する昇圧部40と,昇圧部40からの昇圧電圧を抵抗分割などにより複数の電圧を生成するドライブ電圧発生回路42と,ドライブ電圧発生回路42が生成した電圧を一定値に制御する電圧レギレータ44とを有し,電圧レギレータ44が生成した複数の電圧,前述の例では,32V,28V,24V,8V,4V,0V,が駆動回路30,31に供給される。
駆動回路30,31は,スキャンタイミングに同期して走査パルス信号Vsを生成する走査電極駆動回路として動作するスキャンモードと,書き込みデータに応じてデータパルス信号Vdを生成するデータ電極駆動回路として動作するデータモードとに切換可能である。
そこで,これらの駆動回路30,31を制御する駆動制御回路50は,駆動回路31,30にスキャン/データモード信号61A,61B(インバータ54で反転)を供給して,横方向スキャンか縦方向スキャンかの切り換えを行う。すなわち,走査電極駆動回路31がスキャンモード,データ電極駆動回路30がデータモードに制御されると縦方向スキャンになり,走査電極駆動回路31がデータモード,データ電極駆動回路30がスキャンモードに制御されると横方向スキャンになる。そして,ドライバ制御回路50は,上記のモード信号61に対応して,電圧レギレータ44の出力電圧を切換制御する電圧切換信号60を電圧レギレータ44に供給する。この電圧切換信号については後に詳述する。
ドライバ制御回路50は,上記モード信号61以外に,書き込みデータの取り込みタイミングを示すデータ取り込みクロック62と,駆動パルスの反転,非反転を指示するパルス極性制御信号63と,書き換え制御の開始を示すフレーム開始信号64と,スキャンのシフトタイミングを制御するデータラッチ/スキャンシフト信号65と,ドライバ出力をオフにするドライバ出力オフ信号66とを,駆動回路30,31に供給する。また,ドライバ制御回路50は,スキャン方向,順方向若しくは逆方向,または中央から順方向若しくは逆方向などを制御するスキャン切換信号67A,67Bを,駆動回路31,30にそれぞれ供給する。このスキャン切換信号によりリセット駆動による帯状領域の走査形態を所望のモードに制御する。
画像データメモリ46には,例えば,1フレーム分の画像データが格納される。そして,ドライバ制御回路50内のデータ変換回路52は,画像データメモリ46から画素毎の画像データを読み出し,データモードに制御された駆動回路30または31に供給する駆動画像データに変換する。データモードの駆動回路30,31は,この駆動画像データに応じて電極を駆動する。
走査モードレジスタ48は,ユーザによる外部からの設定信号に応じて走査モード信号を格納し,その走査モード信号48Sをドライバ制御回路50に供給する。ドライバ制御回路50は,この走査モード信号48Sに応じて,電圧切換信号60,スキャン/データモード信号61A,61B,フレーム開始信号64,スキャン切換信号67A,67Bを生成する。
上記の走査モードには,(1)横方向スキャン,(2)縦方向スキャン,(3)表示パネル毎に異なるスキャン方向,(4)表示パネル毎に異なるスキャンタイミング(開始タイミング),(5)中央から順方向スキャン,(6)中央から逆方向スキャンなど様々なモードが含まれる。
図10は,本実施の形態における電圧レギレータと駆動回路との関係を示す図である。図9で説明したとおり,ドライバ制御回路50は,電圧レギレータ44に電圧切換信号60を供給して,電圧レギレータ44の出力電圧を切り換える。図10に示されるとおり,電圧レギレータ44は,6種類の電圧32V,38V,24V,8V,4V,0Vを生成する。それに対して,駆動回路30,31は入力電圧端子V0,V21,V34,V5,GNDを有し,これらの入力電圧端子群には,データモードまたはスキャンモードに応じて,32V,28V,8V,0V,0Vの組み合わせか,32V,26V,4V,0V,0Vの組み合わせのいずれかが入力される必要がある。したがって,駆動回路30,31がデータモードまたはスキャンモードかに応じて,電圧切換信号60によりスイッチSW1,SW2が切り替わる。
図11は,スキャンモードとデータモードとにおける駆動回路30,31の入力電圧端子と入力電圧との関係を示す図である。スキャンモード(a)とデータモード(b)とは,入力電圧端子V21,V34に入力される電圧値が異なる。つまり,スキャンモード側の駆動回路には,入力電圧端子V21には28Vが,V34には4Vが入力され,データモード側の駆動回路には,入力電圧端子V21には24Vが,V34には8Vが入力されるように,スイッチSW1,SW2が電圧切換信号60により切り換えられる。
図12は,スキャンモードとデータモードとにおける駆動回路30,31のパルス信号の電圧値を示す図である。図12には,図7に示したデータパルス信号Vdとスキャンパルス信号Vsの電圧の組み合わせが,データモードとスキャンモードとに対応して示されている。すなわち,駆動回路30,31は,図12のドライバ出力の列に示した入力電圧端子の入力電圧のパルス信号を生成するように構成されている。したがって,データモードとスキャンモードとに対応して図11のような入力電圧を入力電圧端子群に供給するようにすれば,駆動回路30,31をデータモードまたはスキャンモードで動作させることができる。
図13,14,15は,本実施の形態における書き換え方法の一例を示す図である。前述の図8,図9の基本的なパルス信号を組み合わせて,表示パネルの画像が書き換えられる。
図13では,一例として,表示パネル1は走査電極S0〜S5とデータ電極D0,D1を有し,それぞれの電極が駆動回路31,30で駆動される。そして,図10(a)の表示画像から,図10(b)の表示画像に書き換えられる場合について説明する。ここで,各画素の黒丸はフォーカルコニック状態,白丸はプレーナ状態を示し,ハーフトーンを含まない白と黒の画像への書き換えについて説明する。
図14は,データパルス信号Vd0,Vd1と,走査パルス信号Vs0〜Vs5の例が示されている。図中走査サイクルT0〜T5のパルス信号が示されている。データパルス信号Vd0,Vd1は,書き込み画像に応じて32V/0V(プレーナ状態)または24V/0V(フォーカルコニック状態)のデータパルス信号を有する。また,走査パルス信号Vs0〜Vs5は,図8の選択期間に印加された0V/32Vのリセットまたは書き込みのための選択パルスと,図8の非選択期間に印加された28V/4Vの非選択パルスとを有する。
各走査パルス信号Vs0〜Vs5において,図中一点鎖線の矢印の期間が,4走査サイクルからなるリセット及び書き込み走査期間である。例えば,走査電極S3を例に説明すると,走査パルス信号Vs3は,走査サイクルT0,T1で選択パルス(0V/32V)になり,走査サイクルT2で非選択パルス(28V/4V)になり,最後の走査サイクルT3で選択パルス(0V/32V)になる。また,最後の走査サイクルT3で,データパルス信号Vd1,Vd2は,書き込み画像に対応してそれぞれ24V/0V(フォーカルコニック状態)と32V/0V(プレーナ状態)になる。なお,走査サイクルT0,T1,T2におけるデータパルス信号Vd1,Vd2は,それぞれ走査電極S0,S1,S2の書き込み画像に対応したパルスになっている。
一点鎖線の矢印で示した4走査サイクルにわたる走査期間のうち,走査電極S3の2つの画素には,最初の2つの走査サイクルT0,T1で図8の高電圧VP100または低電圧VF100bが印加され,ホメオトロピック状態またはそれに近い状態にされ,次の走査サイクルT2で実質的に電圧ゼロが印加され2つの画素は過渡状態になり,次の最終走査サイクルT3で2つの画素には書き込み画像データに対応した高電圧VP100または低電圧VF100bが印加され,走査サイクルT4で実質的に電圧ゼロになって高電圧VP100が印加された画素はプレーナ状態(白)に,低電圧VF100bが印加された画素はフォーカルコニック状態(黒)になる。この一点鎖線の矢印の4走査サイクルの間,その画素は黒帯表示になる。
図15には,図14のパルス信号を印加した場合の走査サイクルT1,T2,T3,T4における表示パネルの状態が示されている。走査サイクルT1では,走査電極S1〜S4がリセット及び書き込み走査期間中であり,次の走査サイクルT2では,走査電極S1の書き込みが完了し,走査電極S2〜S5がリセット及び書き込み走査期間になる。つまり,リセット及び書き込み走査期間中の4つの隣接する走査電極群が,順次下にシフトしていく。同様に,走査サイクルT3では,走査電極S2の書き込みが完了し,走査電極S3〜S6がリセット及び書き込み走査期間になり,走査サイクルT4では,走査電極S3の書き込みが完了し,走査電極S4〜S7がリセット及び書き込み走査期間になる。図15に示されるとおり,各走査サイクルT1〜T4で黒帯領域24が順次下に移動していく。
図14に示した画像書き換え方法によれば,隣接する複数の走査電極からなる電極群についてリセット駆動と白黒の書き込み駆動とが行われ,その電極群が順次シフトされていく。これにより,表示パネル全ての画素をリセット駆動するよりも瞬間的な電流値を低減することができると共に,リセット駆動と書き込み駆動とを組み合わせることで,1回の走査で画像の書き換えが可能になり,書き換え速度を高めることができる。
ただし,図14において,リセット駆動のみを電極群に対して行いながらシフトするようにしても,瞬間的な電流値を低減してリセット駆動することができる。その場合は,リセット駆動した後に再度書き込み駆動のために走査することが必要になる。
図16は,ハーフトーン画像を形成する画像書き換え方法を示す図である。この例では,横軸時間tに対して,図14,図15で示したリセット及び書き込み走査70を行った後に,ハーフトーン書き込み走査72を行う。前述したとおり,リセット及び書き込み走査70では,走査電極群の画素をリセットしながら白黒の書き込み駆動を行うので,画像21は,帯状領域24が通過すると「ABCD」画像が「あいうえお」画像に書き換えられる。さらに,ハーフトーン書き込み走査72では,走査電極を走査しながら,図8の印加電圧VF0とVF100aとの間の階調値に対応する電圧を画素に印加して,プレーナ状態(白)の画素を所望のハーフトーン状態に書き換える。図16の例では,画像25のグレー領域26が書き込まれている。
図17は,ハーフトーン画像を形成する別の画像書き換え方法を示す図である。この例では,横軸時間tに対して,図14で示したリセット駆動の走査74を行った後に,ハーフトーン及び黒書き込み走査76を行う。リセット走査74では,図14の走査電極S3における走査サイクルT0,T1のリセット駆動のみを順次行う。よって,リセット駆動中の画素は帯状領域24として観察され,帯状領域24が通過すると表示画像27は全て白になる。このリセット方法によれば,瞬時電流値を低減できる。その後,ハーフトーン書き込み走査72では,走査電極を走査しながら,図8の印加電圧VF0とVF100aとの間の階調値に対応する電圧を画素に印加して,プレーナ状態(白)の画素を所望のハーフトーン状態または黒状態(フォーカルコニック状態)に書き換える。図17の例では,画像25の黒の文字とグレー領域26とが書き込まれている。
上記の図16,図17のいずれの書き込み方式であっても,リセット及び白黒書き込み走査またはリセット走査により,黒い帯状領域24が画面内を移動することがユーザに認識される。この帯状領域24が走査することがユーザに不快感を与えることになるので,本実施の形態では,帯状領域24の走査方向,走査タイミングなどの走査モードを所望のモードに変更可能にする。
図18は,本実施の形態における書き込み方法の走査モード例を示す図である。この書き込み方法は,図14で示した複数の走査電極に対してリセット及び書き換え走査を行う例である。図18(a)は,横書きの「ABCD」画像を縦書きの「あいうえお」画像に書き換える例である。書き換え後の画像が縦書きであるので,リセット及び書き換え走査方向は,横方向であり且つ右側から左側である。つまり,縦長の帯状領域24が右端から左端に移動するので,縦書き画像への書き換えを最適化できる。よって,この場合は,図9のドライバ制御回路50が,駆動回路31をデータモードに,駆動回路30をスキャンモードに設定し,駆動回路30へのスキャン切換信号67Bを右側から左側の態様に設定する。
一方,図18(b)は,縦書きの「あいうえお」画像を横書きの「ABCD」画像に書き換える例である。書き換え後の画像が横書きであるので,リセット及び書き換え走査方向は,縦方向であり且つ上側から下側である。つまり,縦長の帯状領域24が上端から下端に移動するので,横書き画像への書き換えを最適化できる。この場合は,図9のドライバ制御回路50が,駆動回路30をデータモードに,駆動回路31をスキャンモードに設定し,駆動回路31へのスキャン切換信号67Aを上側から下側の態様に設定する。
図19は,本実施の形態における書き込み方法の別の走査モード例を示す図である。この図には,リセット及び書き換え走査70の方向,またはリセット走査74の方向について,4種類を示している。図19(a)では,走査方向は右端から左端であり帯状領域24が右から左に移動する。また,図19(b)では,走査方向は左端から右端であり帯状領域24が左から右に移動する。図19(c)では,走査方向は上端から下端であり帯状領域24が上から下に移動する。図19(d)では,走査方向は下端から上端であり帯状領域24が下から上に移動する。上記の場合も,図9のドライバ制御回路50が,駆動回路30,31をデータモードまたはスキャンモードに設定し,スキャンモードの駆動回路へのスキャン切換信号67A,67Bを対応するスキャンモードに設定する。
上記以外にも,帯状領域24が中央から左側に移動し右端から中央に戻る走査,中央から右側に移動し左端から中央に戻る走査,中央から左端に移動し再度中央から右端に移動する走査,中央から右端に移動し再度中央から左端に移動する走査などでも良い。これらの走査モードのいずれかに設定可能である。
図20は,本実施の形態における書き込み方法の別の走査モード例を示す図である。この例は,3つのR,G,Bの表示パネルそれぞれの走査方向,走査タイミングが同じ例と異なる例である。図20(a)は,R,G,Bの表示パネルにおける帯状領域24R,24G,24Bが全て左端から右端に移動する例である。図20(b)は,Rの表示パネルの帯状領域24Rは上端から下端に移動し,Bの表示パネルの帯状領域24Bは左端から右端に移動し,Gの表示パネルの帯状領域24Gは途中から右端に移動する例である。図20(c)は,Rの表示パネルの帯状領域24Rは上端から下端に移動し,Bの表示パネルの帯状領域24Bは左端から右端に移動し,Gの表示パネルの帯状領域24Gは下端から上端に移動する例である。
いずれのスキャンモードも,ドライバ制御回路50が前述の制御信号を変更して,駆動回路30,31による駆動モードを可変制御することで実現可能である。
以上説明したとおり,上記の実施の形態の液晶表示装置では,画像の書き換え時において黒い帯状領域の走査状態が画面に表示されるが,その走査モード(走査方向,走査タイミング)を種々変更可能にしたので,画像書き換え時のユーザの不快感を低減することができる。
また,本発明はコレステリック液晶を利用した液晶表示装置以外の,電子粉末体や電気泳動の表示材料を利用した表示装置にも適用できる。電子粉末体や電気泳動の表示材料を用いた場合,所定の波長の光を反射(散乱)または吸収する。よって,通常は表示パネルは1層のみで構成され,光吸収層は必要ない。このような表示装置にも本発明は適用できる。

Claims (10)

  1. 複数の第1の電極が並行に設けられた第1の基板と,前記第1の電極と交差して画素を形成する複数の第2の電極が並行に設けられた第2の基板と,前記第1及び第2の基板間に形成され書き込み状態に応じて所定の波長の光を反射または透過もしくは吸収する材料層とを有する表示パネルと,
    前記第1,第2の電極をそれぞれ駆動する第1,第2の駆動回路と,
    前記第1,第2の駆動回路の駆動制御を行う駆動制御回路とを有し,
    前記第1または第2の駆動回路が,表示画像の書き換え時において,前記第1または第2の電極の隣接する複数本の電極群にリセットパルスを印加しながら,当該複数本の電極群を走査して当該電極群の画素をリセットし,
    さらに,前記駆動制御回路は,前記第1または第2の駆動回路による前記複数本の電極群の走査方向を変更制御することを特徴とする表示装置。
  2. 複数の第1の電極が並行に設けられた第1の基板と,前記第1の電極と交差して画素を形成する複数の第2の電極が並行に設けられた第2の基板と,前記第1及び第2の基板間に形成され書き込み状態に応じて所定の波長の光を反射または透過する材料層とを有する表示パネルと,
    前記第1,第2の電極をそれぞれ駆動する第1,第2の駆動回路と,
    前記第1,第2の駆動回路の駆動制御を行う駆動制御回路とを有し,
    前記第1または第2の駆動回路が,表示画像の書き換え時において,前記第1または第2の電極の隣接する複数本の電極群にリセットパルスを印加しながら,当該複数本の電極群を走査して当該電極群の画素をリセットし,
    さらに,前記所定の波長の光がそれぞれ異なる複数の前記表示パネルが互いに積層され,前記反射層が前記複数の表示パネルの最下パネルの第2の基板側に設けられ,
    前記複数の表示パネルの駆動制御回路は,第1の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査方向と,第2の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査方向とが異なるように前記第1または第2の駆動回路を制御することを特徴とする表示装置。
  3. 複数の第1の電極が並行に設けられた第1の基板と,前記第1の電極と交差して画素を形成する複数の第2の電極が並行に設けられた第2の基板と,前記第1及び第2の基板間に形成され書き込み状態に応じて所定の波長の光を反射または透過する材料層とを有する表示パネルと,
    前記第1,第2の電極をそれぞれ駆動する第1,第2の駆動回路と,
    前記第1,第2の駆動回路の駆動制御を行う駆動制御回路とを有し,
    前記第1または第2の駆動回路が,表示画像の書き換え時において,前記第1または第2の電極の隣接する複数本の電極群にリセットパルスを印加しながら,当該複数本の電極群を走査して当該電極群の画素をリセットし,
    さらに,前記所定の波長の光がそれぞれ異なる複数の前記表示パネルが互いに積層され,前記反射層が前記複数の表示パネルの最下パネルの第2の基板側に設けられ,
    前記複数の表示パネルの駆動制御回路は,第1の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査のタイミングと,第2の表示パネルにおける前記複数本の電極群の走査のタイミングとが異なるように前記第1または第2の駆動回路を制御することを特徴とする表示装置。
  4. 請求項1または2のいずれかにおいて,
    前記駆動制御回路は,前記第1または第2の駆動回路による前記複数本の電極群の走査方向を,表示画像の属性に応じて切り換えることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項4において,
    前記駆動制御回路は,表示画像の書き換え後の文字が縦書きの場合は,前記複数本の電極群の走査方向を横方向に制御し,表示画像の書き換え後の文字が横書きの場合は,前記複数本の電極群の走査方向を縦方向に制御することを特徴とする表示装置。
  6. 請求項1〜3のいずれかにおいて,
    前記駆動制御回路は,前記第1または第2の駆動回路による前記複数本の電極群の走査方向または走査のタイミングを,ユーザによる設定値に応じて切り換えることを特徴とする表示装置。
  7. 請求項1〜3のいずれかにおいて,
    前記駆動制御回路は,前記第1または第2の駆動回路による前記複数本の電極群の走査方向または走査のタイミングをランダムに切り換えることを特徴とする表示装置。
  8. 請求項1〜3のいずれかにおいて,
    前記駆動制御回路は,画素毎の表示画像データを,前記走査方向に応じた駆動画像データに変換するデータ変換回路を有することを特徴とする表示装置。
  9. 請求項2または3において,
    前記複数の表示パネルと,第1の原色用表示パネルと,第2の原色用表示パネルと,第3の原色用表示パネルとを有する表示装置。
  10. 請求項1〜3のいずれかにおいて,
    前記材料層が,コレステリック液晶,カイラルネマティック液晶,電子粉流体表示材料,電気泳動表示材料のいずれかであることを特徴とする表示装置。
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