JPWO2009087756A1 - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、表示のメモリ性を有し、パッシブ駆動方式で画像を書換える表示装置、その駆動方法及び電子機器に関し、パッシブ駆動方式で画面の表示書換えを行う場合であっても、キー入力やタッチパネルを用いたペン入力が可能な表示装置、その駆動方法及び電子機器を提供することを目的とする。液晶表示素子1は、メモリ表示データMDを表示するメモリ性を有する画像表示領域Cと、画像表示領域Cにおいて入力表示データODを表示するデータ表示領域Aとを有し、画像表示領域Cとデータ表示領域Aを同一の表示パネル6に含む。

Description

本発明は、表示のメモリ性を有し、パッシブ駆動方式で画像を書換える表示装置、その駆動方法及び電子機器に関する。
近年、各企業及び各大学等において、電子ペーパーの開発が盛んに進められている。電子ペーパーが期待されている応用市場として、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カードの表示パネル等、多用な応用携帯機器が提案されている。電子ペーパーの有力な表示方式の1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)を用いた表示素子がある。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、及び高解像度特性等の優れた特徴を有している。
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、フォーカルコニック状態又は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のいずれかの状態をとることができ、一旦プレーナ状態又はフォーカルコニック状態になると、その後は無電界下においても安定してその状態を保持する。
プレーナ状態は、所定の高電圧を印加して液晶に強電界を与えた後に急激に電界をゼロにすることにより得られる。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印加して液晶に電界を与えた後に急激に電界をゼロにすることにより得られる。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印加して液晶に電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。
このコレステリック液晶を用いた液晶表示素子の表示原理を、青色を表示するB表示パネル46bを例にとって図16を用いて説明する。図16(a)は、B表示パネル46bのB用液晶層43bがプレーナ状態におけるコレステリック液晶の液晶分子33の配向状態を示す図である。図16(b)は、B表示パネル46bのB用液晶層43b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33の配向状態を示す図である。
図16(a)に示すように、プレーナ状態での液晶分子33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上基板47b及び下基板49bの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、B表示パネル46bのB用液晶層43bでプレーナ状態時に青色の光を選択的に反射させるには、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可能であり、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。
一方、図16(b)に示すように、フォーカルコニック状態での液晶分子33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、B用液晶層43bに反射波長の選択性は失われ、入射光の殆どが透過する。透過光は、例えば、B表示パネル46bの下基板49b裏面に配置された可視光吸収層(不図示)で吸収されるので暗(黒)表示が実現できる。
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33の配向状態で光の反射透過を制御することができる。上記のB用液晶層43bと同様にして、緑色を表示するG用液晶層及び赤色を表示するR用液晶層に、プレーナ状態時に緑又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止してフルカラー表示の表示パネルが作製される。
図17は、B用液晶層、G用液晶層及びR用液晶層のプレーナ状態での反射スペクトルの一例を示す図である。横軸は、反射光の波長(nm)を表し、縦軸は、反射率(白色板比;%)を表している。B用液晶層43b(図16参照)での反射スペクトルは図中▲印を結ぶ曲線で示されている。同様に、G用液晶層での反射スペクトルは■印を結ぶ曲線で示し、R用液晶層での反射スペクトルは◆印を結ぶ曲線で示している。
図17に示すように、各液晶層のプレーナ状態での反射スペクトルの中心波長は、B、G、Rの順に長くなるので、コレステリック液晶の螺旋ピッチは、B用液晶層、G用液晶層及びR用液晶層の順に長くなる。このため、各液晶層におけるコレステリック液晶のカイラル材の含有率は、B用液晶層、G用液晶層及びR用液晶層の順に低くする必要がある。
一般に、反射波長が短くなるほど、液晶分子を強く捻って螺旋ピッチを短くする必要があるのでコレステリック液晶中のカイラル材の含有率は高くなる。また、一般に、カイラル材の含有率が高くなるほど駆動電圧が高くなる傾向がある。また、反射帯域幅Δλはコレステリック液晶の屈折率異方性Δnが大きくなるに従って大きくなる。
コレステリック液晶を用いた反射型表示パネルを用いた表示装置は、表示のメモリ性を有するため、表示画素数が多い場合であっても、マトリクス状電極を用いたパッシブ駆動方式が可能である。パッシブ駆動の反射型表示パネルは、アクティブ駆動方式に比べて表示応答速度が遅い。このため、アクティブ駆動方式のTFT液晶表示パネルの上にパッシブ駆動方式の反射型表示パネルを積層し、速い表示応答速度が要求される画像をTFT液晶表示パネルに表示させる表示装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、同様の理由により、反射型液晶パネルとTFT液晶表示パネルとを一つの表示画面内の上下に備えた携帯電話機が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2006−243329号公報 特開2001−100669号公報
しかしながら、上記従来技術による表示装置は、パッシブ駆動方式の表示パネルだけでなく、表示応答速度が速いアクティブ駆動方式の表示パネルを備えなくてはならない。このため、当該表示装置は、部品点数が多く、構造が複雑になり、製造コストが高くなってしまう。
また、パッシブ駆動方式による表示パネルのみで画像を表示すると、特に表示画面が大画面である場合に走査ライン数が多くなる。これにより、走査時間が長くなり、画面の表示書換えに時間がかかってしまう。このため、キー入力やタッチパネルによるペン入力を行った場合に、キー入力やペン入力による入力の速さに走査ラインの走査が追随できなくなってしまうという問題がある。
本発明の目的は、パッシブ駆動方式で画面の表示書換えを行う場合であっても、キー入力やタッチパネルを用いたペン入力が可能な表示装置、その駆動方法及び電子機器を提供することにある。
上記目的は、第1の表示データを表示するメモリ性を有する第1の表示領域と、前記第1の表示領域と隣り合い、第2の表示データを表示する第2の表示領域とを有し、前記第1の表示領域と前記第2の表示領域を同一の表示パネルに含むことを特徴とする表示装置によって達成される。
また、上記目的は、第1の表示データを表示するメモリ性を有する第1の表示領域が第1の駆動条件で動作し、前記第1の表示領域と隣り合い、第2の表示データを表示する第2の表示領域が第2の駆動条件で動作することを特徴とする表示装置の駆動方法によって達成される。
さらに、上記目的は、上記本発明の表示装置を有することを特徴とする電子機器によって達成される。
本発明によれば、パッシブ駆動方式で画面の表示書換えを行う場合であっても、キー入力やタッチパネルを用いたペン入力が可能な表示装置及びそれを用いた電子機器を実現できる。
第1の実施の形態に係る液晶表示素子の概略構成を示すブロック図である。 図1に示す図中左右方向に平行な直線X−Xで表示パネルを切断した断面を模式的に示す図である。 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。 画像をメモリ表示中の表示ブロックを示す平面図である。 入力表示データODに基づく画像を表示中の表示ブロックを示す平面図である。 第2の実施の形態に係る表示パネルを示す平面図である。 第2の実施の形態に係る走査電極及びデータ電極を示す平面図である。 第3の実施の形態に係る表示ブロックを示す断面図である。 第3の実施の形態に係る操作部によりデータを入力している様子を示す表示ブロックの平面図である。 入力されたデータを表示している表示ブロックの平面図である。 画像を上方に移動させて表示している表示パネルを示す平面図である。 第4の実施の形態に係る表示パネルを示す平面図である。 第5の実施の形態に係る液晶表示素子の概略構成を示すブロック図である。 図13に示す図中左右方向に平行な直線Y−Yで表示パネルを切断した断面を模式的に示す図である。 液晶表示素子を備えた電子機器としての表示端末を示す平面図である。 図16(a)は、B表示パネルのB用液晶層がプレーナ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す図である。図16(b)は、B表示パネルのB用液晶層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す図である。 B用液晶層、G用液晶層及びR用液晶層のプレーナ状態での反射スペクトルの一例を示す図である。
符号の説明
1、101、201、301、401 液晶表示素子(表示装置)
1a 回路ブロック
1b、101b、201b、301b、401b 表示ブロック
3 液晶層
6 表示パネル
6B B表示パネル
6Y−Y表示パネル
6R R表示パネル
7 上基板
8 タッチパネル
9 下基板
10 入力ペン
15 可視光吸収層
17 走査電極
19 データ電極
25 コモンドライバ
25A 第2のコモンドライバ(第2の駆動回路)
25B 第1のコモンドライバ(第1の駆動回路)
25C コモンドライバ
25E 第3のコモンドライバ(第2の駆動回路)
27 セグメントドライバ
28 電源部
30 制御回路
31 電源
32 昇圧部
33 液晶分子
34 電圧生成部
35 電圧安定部
36 源振クロック部
37 分周回路部
40 画像データ記憶部
40A 入力データ記憶部
40B メモリ表示データ記憶部
40C 通常表示用データ記憶部
40D 高速表示用データ記憶部
41 駆動条件記憶部
42 操作部(入力手段)
43b B用液晶層
46b B表示パネル
47b 上基板
49b 下基板
50 表示モード設定部
60 表示端末
61 通常送り/戻しキー
62 早送り/戻しキー
A データ表示領域(第2の表示領域)
B メモリ表示領域(第1の表示領域)
C 画像表示領域
E データ表示領域(第2の表示領域)
MD メモリ表示データ(第1の表示データ)
OD 入力表示データ(第2の表示データ)
〔第1の実施の形態〕
本発明の第1の実施の形態による表示装置について図1乃至図5を用いて説明する。本実施の形態では、表示装置として緑色用コレステリック液晶を用いた液晶表示素子を例にとって説明する。図1は、本実施の形態による液晶表示素子の概略構成を示すブロック図である。また、図2は、図1に示す図中左右方向に平行な直線X−Xで表示パネルを切断した断面を模式的に示す図である。
液晶表示素子(表示装置)1は、電子機器等に内蔵され、図1に示すように、回路ブロック1aと表示ブロック1bとを有している。回路ブロック1aは、電源部28と、操作部(入力手段)42と、画像データ記憶部40と、源振クロック部36と、分周回路部37と、制御回路30とを有している。
一方、表示ブロック1bは、表示パネル6、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27を有している。本実施形態における表示パネル6は、画像が表示される画像表示領域Cを備えている。この画像表示領域Cは、データ表示領域(第2の表示領域)Aと、メモリ表示領域(第1の表示領域)Bとの2つの領域に分割されている。
データ表示領域Aは、ユーザが操作部42を操作することによって生成された文字データ等に基づく画像を表示可能な領域である。
メモリ表示領域Bは、データ表示領域Aと隣り合い、主に画像のメモリ表示に用いられる領域である。
操作部42は、表示パネル6上に積層配置されるタッチパネルであり、入力信号処理回路等を備えている。入力信号処理回路は、ユーザによるタッチパネルの操作を電気信号に変換して画像データを生成する。操作部42は、生成された画像データを画像データ記憶部40に出力する。液晶表示素子1は、操作部42を備えることにより、ユーザによるタッチパネルの操作に基づく画像をデータ表示領域Aに表示可能になっている。タッチパネルは、抵抗膜方式、赤外線方式、容量結合方式、超音波方式、あるいは、電磁誘導方式等の公知の技術を用いることができ、また、それぞれの方式に最適な位置に配置できる。本実施の形態では、操作部42にタッチパネルを用いているが、タッチパネルに代えて、キーボードやボタン等のキー入力による装置を用いていてもよい。
電源部28は、電源31と、昇圧部32と、電圧生成部34と、電圧安定部(レギュレータ)35とを有している。電源31は、バッテリであり直流の電圧を出力する。昇圧部32は例えばDC−DCコンバータを有し、電源31から入力されて、例えば、直流3V(ボルト)〜5Vの入力電圧を表示パネル6の駆動に必要な直流30V〜40V前後の電圧に昇圧する。電圧生成部34は、昇圧部32で昇圧された電圧と入力電圧とを用いて、各画素の階調値や選択/非選択の別に応じて必要な複数レベルの電圧を生成する。電圧安定部35は、ツェナーダイオードやオペアンプ等を有し、電圧生成部34で生成された電圧を安定化させ、表示ブロック1bに備えられたコモンドライバ25及びセグメントドライバ27に供給するようになっている。電源31は、昇圧部32の他に制御回路30、源振クロック部36、分周回路部37にも所定の電圧を供給するようになっている。
画像データ記憶部40は、システム側や操作部42から入力された画像データを記憶し、制御回路30の制御下で画像データを制御回路30に出力する。画像データ記憶部40は、入力データ記憶部40Aと、メモリ表示データ記憶部40Bとを備えている。
入力データ記憶部40Aは、操作部42から取得した画像データである入力表示データ(第2の表示データ)ODを記憶する。この入力データ記憶部40Aは、制御回路30の制御下で、記憶した入力表示データODを制御回路30に出力する。
メモリ表示データ記憶部40Bは、システム側から取得した画像データであるメモリ表示データ(第1の表示データ)MDを記憶する。このメモリ表示データ記憶部40Bは、制御回路30の制御下で、記憶したメモリ表示データMDを制御回路30に出力する。
源振クロック部36は、クロック信号を発生させ、分周回路部37に出力する。
分周回路部37は、走査速度の切換えのために、源振クロック部36から出力されるクロック信号を入力して所定の分周比で分周されたクロック信号を出力する。分周回路部37には制御回路30から走査速度を制御するビット配列が入力され、当該ビット配列の値に応じて走査速度を制御するカウンタ分周比が変調するようになっている。具体的には、分周回路部37内部の不図示の分周カウンタの初期値を走査毎に切換える。
制御回路30は、図示せぬプロセッサ等を備え、液晶表示素子1全体を制御する。制御回路30は、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27を介して表示パネル6の走査速度や駆動電圧を切換えて表示パネル6の画像表示領域Cに画像を表示させたり、画像表示領域Cのリセット処理を実行したりする。表示パネル6は、マトリクス状に配列された走査電極17及びデータ電極19(図2参照)を用いたパッシブ駆動方式により駆動される。
制御回路30は、表示パネル6にコモンドライバ25及びセグメントドライバ27を介して駆動パルスにより電圧を表示パネル6に印加する。制御回路30は、略等間隔に配列された線状の走査電極17を順次走査する線順次駆動方式で表示パネル6を制御する。これにより、制御回路30は、表示パネル6を駆動して画像を表示させる。
駆動パルスの電圧を印加する印加時間は、制御回路30がコモンドライバ25の走査速度を制御して変更することによって変更される。このとき、制御回路30は、コモンドライバ25の走査タイミングに同期させて画像データに基づく所定の電圧を表示パネル6に出力するようにセグメントドライバ27を制御する。また、制御回路30は、電圧生成部34に対して電圧の変更を指示し、この指示に基づいて電圧生成部34がコモンドライバ25及びセグメントドライバ27に供給する電圧を制御することによって、駆動パルスの電圧を変更する。
制御回路30は、駆動パルスを生成するための、電圧とこの電圧を印加する印加時間とからなる駆動条件を駆動条件記憶部41に格納している。この駆動条件記憶部41は、複数の異なる駆動条件が格納している。駆動条件記憶部41は、少なくともメモリ表示領域Bをメモリ状態としてメモリ表示する第1の駆動条件と、データ表示領域Aの表示を随時変える書換状態とする第2の駆動条件とを少なくとも格納している。
第1の駆動条件に対応する駆動波形データBは、多値駆動により画像を表示させることにより、データ表示領域A及びメモリ表示領域Bに中間調を表示できるようになっている。
一方、第2の駆動条件に対応する駆動波形データAは、2値駆動により画像を表示させることにより、データ表示領域A及びメモリ表示領域Bに中間調を含まない緑色あるいは黒色のみを表示できるようになっている。このため、2値駆動である第2の駆動条件における表示速度は、多値駆動である第1の駆動条件における表示速度よりも速くなる。ここで、第2の駆動条件では、制御回路30は、少なくともデータ表示領域Aの表示を随時変える書換状態となっている。この書換状態では、表示された画像を短い間隔で次々と新たな画像に書換えられるため、例えば、動画を表示させることができる。
制御回路30は、画像データ記憶部40から読出した表示パネル6の画像表示領域Cに表示する画像の画像データと駆動条件記憶部41から取得した駆動条件に対応する駆動波形データとに基づいて制御信号としての駆動データDA、DB、DDを生成する。制御回路30は、データ読込みクロック信号に同期させて、駆動データDA、DBをコモンドライバ25に出力すると共に、生成したデータ電極駆動データDDをセグメントドライバ27に出力するように制御する。これにより、選択した駆動条件に基づいて生成された駆動パルスが表示パネル6に印加される。
このとき、制御回路30は、データ表示領域Aに対応する走査電極A駆動データDAとメモリ表示領域Bに対応する走査電極B駆動データDBとを個別にコモンドライバ25に出力する。これにより、制御回路30は、表示パネル6におけるデータ表示領域Aとメモリ表示領域Bとの表示を個別に制御することができる。
上述したように、制御回路30は、電圧生成部34に対して電圧の変更を指示するとともに、コモンドライバ25に駆動データを出力することによって走査速度を変更させる。制御回路30は、スキャン方向信号、パルス極性制御信号、フレーム開始信号、データラッチ・スキャンシフト、ドライバ出力オフなどのドライバ制御信号を、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27に出力するようになっている。また、制御回路30は、画像表示領域Cに画像を表示させるための画像データIDをセグメントドライバ27に出力するようになっている。
メモリ表示領域Bのみ、または、データ表示領域Aとメモリ表示領域Bとの両方に画像をメモリ表示させる場合、制御回路30は、メモリ表示データ記憶部40Bから読み出したメモリ表示データMDと、第1の駆動条件に対応する駆動波形データBとに基づいて各駆動データDA、DB、DDを生成する。これにより、制御回路30は、表示パネル6のデータ表示領域A及びメモリ表示領域Bに、メモリ表示データMDに基づく画像を中間調を含む多値駆動により表示させることができる。このとき、制御回路30は、走査電極17のライン走査を1回あるいは複数回行った後、ライン走査を終了する。例えば、制御回路30は、全画面を消去、リセットした後、第1の駆動条件に基づく電圧値と電圧印加時間との組み合わせによる駆動パルスで、多値駆動によりライン走査を複数回重ねて行う。ここで、制御回路30は、ライン選択時間内で画素毎に電圧印加時間を変える所謂パルス幅変調によっても、画像表示領域Cに中間調を表示させることができる。
メモリ表示時には、データ表示領域Aをメモリ表示領域Bと同じ第1の駆動条件で駆動させ、メモリ表示する画像を両表示領域A、Bを合わせた領域で表示させると表示領域がデータ表示領域Aの分だけ広くなり、好ましい。
データ表示領域Aに入力表示データODに基づく画像を表示させる場合、制御回路30は、入力データ記憶部40Aから読み出した入力表示データODと、第2の駆動条件に対応する駆動波形データAとに基づいて各駆動データDA、DDを生成する。制御回路30は、表示パネル6のデータ表示領域Aに、入力表示データODに基づく画像を中間調を含まない2値駆動により2値表示させることができる。例えば、駆動波形データAでは、制御回路30は、ライン走査時に選択される走査電極17上に存在する書換えが必要な各画素に、電圧値の異なる2種類の電圧を印加して、画素を黒色から緑色への書換え、あるいは、緑色から黒色への書換えを行わせる。これにより、制御回路30は、駆動波形データAでは、駆動波形データBに比べてライン走査時間が短くなるように制御信号を生成する。このため、制御回路30は、データ表示領域Aに表示されている画像を、タッチパネルや入力キー等の操作部42からの入力データに基づいて、リアルタイムに常時書き換えるリアルタイム駆動を行うことができる。ここで、制御回路30は、操作部42による入力データの入力が続いている間、ライン走査を繰り返し行う。
液晶表示素子1は、時間を計時するカウンタとしてのタイマ(不図示)を備えていても良い。液晶表示素子1は、タイマを備えることにより、例えば、表示パネル6のリセット処理を開始するタイミングを検知することができる。
また、液晶表示素子1は、設置された場所の外部環境の温度を検知する温度センサ(不図示)を備えていても良い。これにより、制御回路30は、温度センサが検知した温度に応じて、最適な制御で表示パネル6を制御するための電圧や電圧の印加時間等の駆動条件を変更することができる。
表示パネル6は、上述したように、画像表示領域Cが、データ表示領域Aとメモリ表示領域Bとの2つの領域に分割されており、それぞれのデータ表示領域A及びメモリ表示領域Bのコモンドライバ25を独立にライン走査できるようになっている。本実施形態では、2つの表示領域A、Bの走査電極17を駆動するコモンドライバ25は、メモリ表示領域Bの走査電極17を駆動する第1のコモンドライバ(第1の駆動回路)25Bと、データ表示領域Aの走査電極17を駆動する第2のコモンドライバ(第2の駆動回路)25Aとを備えている。一方、データ表示領域A及びメモリ表示領域Bのデータ電極19を駆動するセグメントドライバ27は共通である。ここで、コモンドライバ25を、第1のコモンドライバ25Bと、第2のコモンドライバ25Aとに分けずに、例えば、データ表示領域Aのみを駆動する場合には第1のコモンドライバ25Bに相当する部分のライン走査をスキップしても良い。この場合、コモンドライバ25は一組の制御信号で制御される。
表示パネル6は、図2に示すように、対向配置された一対の上下基板7、9と、両基板7、9間に封止された液晶層3とを有している。この液晶層3は、緑色を選択的に反射するように平均屈折率nや螺旋ピッチpが調整された緑色用コレステリック液晶を有している。これにより、表示パネル6は、電力が供給されない無電力状態で表示した画像を保持することができる。すなわち、表示パネル6は、メモリ表示性を有し、画像をメモリ表示画像としてメモリ表示することができる。
上基板7と下基板9との間は、データ表示領域Aに対応する部分とメモリ表示領域Bに対応する部分とが連通している。すなわち、液晶層3は、データ表示領域Aとメモリ表示領域Bとで同一のコレステリック液晶を用いている。
液晶層3を構成する液晶組成物は、ネマティック液晶混合物にキラル性の添加剤、すなわち、カイラル材を数十wt%、例えば10wt%〜40wt%添加したコレステリック液晶である。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層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。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。カイラル材の添加率はネマティック液晶成分とカイラル材との合計量を100wt%としたときの値である。ネマティック液晶としては従来公知の各種のものを用いることができるが、コレステリック液晶組成物としての誘電率異方性Δεが20≦Δε≦50であることが好ましい。誘電率異方性Δεが20以上であれば、使用可能なカイラル材の選択範囲は広くなる。また、誘電率異方性Δεが上記範囲より低すぎると、液晶層3の駆動電圧が高くなってしまう。一方、誘電率異方性Δεが上記範囲より高すぎると、表示パネル6としての安定性や信頼性が低下して画像欠陥や画像ノイズが発生し易くなる。
コレステリック液晶の屈折率異方性Δnは画質を支配する重要な物性である。屈折率異方性Δnの値は、0.18≦Δn≦0.24であることが好ましい。屈折率異方性Δnがこの範囲より小さいと、プレーナ状態での液晶層3の反射率が低くなるので明るさが不足した暗い表示となる。一方、屈折率異方性Δnが上記範囲より大きいと、液晶層3はフォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなるので、表示画面の色純度及びコントラストが不足してぼやけた表示になる。さらに、屈折率異方性Δnが上記範囲より大きいと粘度が高くなるので、コレステリック液晶の応答速度は低下する。
コレステリック液晶の比抵抗ρの値は、1010≦ρ≦1013(Ω・cm)であることが好ましい。また、コレステリック液晶の粘性は低い方が低温時の電圧上昇やコントラスト低下を抑制できるので好ましい。
上基板7及び下基板9は、透光性を有することが必要である。本実施の形態では、2枚のガラス基板を用いている。また、ガラス基板に代えてポリカーボネート(PC)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7及び下基板9はいずれも透光性を有しているが、下基板9は不透光性であってもよい。
表示パネル6の上基板7の液晶層3側には、図2の図中左右方向に延びる複数の帯状の走査電極17がストライプ状に並列して形成されている。また、下基板9の液晶層3側には、複数の帯状のデータ電極19が走査電極17と交差するようにストライプ状に並列して形成されている。本実施の形態では、インジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide;ITO)からなる透明電極をパターニングしてストライプ状の複数の走査電極17及び複数のデータ電極19が形成されている。両電極17、19の形成材料としては、例えば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)等の透明導電膜やアモルファスシリコン等の光導電性膜等を用いることができる。
上下基板7、9の電極形成面を法線方向に見て、両電極17、19は、互いに交差して対向配置されている。両電極17、19の各交差領域がそれぞれ画素(ピクセル)となる。複数の画素は両電極17、19で画定されてマトリクス状に配列され、表示画面を形成している。
両電極17、19上には機能膜として、それぞれ絶縁性薄膜や液晶分子の配向安定化膜(いずれも不図示)がコーティングされていることが好ましい。絶縁性薄膜は、電極17、19間の短絡を防止したり、ガスバリア層として表示パネル6の信頼性を向上させたりする機能を有している。また、配向安定化膜には、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂等を用いることができる。本実施の形態では、例えば電極17、19上のそれぞれの基板全面には、配向安定化膜が塗布(コーティング)されている。配向安定化膜は絶縁性薄膜と兼用されてもよい。
上下基板7、9の外周囲に塗布されたシール材(不図示)により、液晶層3は両基板7、9間に封入されている。また、液晶層3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液晶層3内に散布したり、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングされた柱状スペーサを液晶層3内に複数形成したりする。本実施の形態の表示パネル6においても、液晶層3内にスペーサ(不図示)が挿入されてセルギャップの均一性が保持されている。液晶層3のセルギャップdは、3μm(マイクロメートル)≦d≦10μmの範囲であることが好ましい。
表示パネル6の下基板9の外面(裏面)には、可視光吸収層15が設けられている。このため、液晶層3がフォーカルコニック状態の際に、表示パネル6の表示画面には黒色が表示される。なお、可視光吸収層15は必要に応じて設ければよく、下基板9自体を着色しても良い。
上基板7には、複数の走査電極17を個別に駆動する走査電極用ドライバICが実装されたコモンドライバ25が接続されている。また、下基板9には、複数のデータ電極19を個別に駆動するデータ電極用ドライバICが実装されたセグメントドライバ27が接続されている。これらの駆動回路25、27は、制御回路30から出力された駆動データと電圧安定部35から供給された電圧とに基づいて、パルス状の走査信号やデータ信号を含む駆動パルスを生成する。駆動回路25、27は、生成した駆動パルスを所定の走査電極17あるいはデータ電極19に出力するように設けられている。
図3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。横軸はコレステリック液晶に印加される電圧値(V)を表し、縦軸はコレステリック液晶の反射率(a.u.)を表している。図3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。
フォーカルコニック状態(透明状態)からプレーナ状態(反射状態)への切り替えでは、コレステリック液晶に所定の高電圧VP100(例えば、32V)を数ms(ミリ秒)から数十msの間印加する。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。次に、液晶印加電圧VP100を急激にほぼゼロまで下げると、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。
一方、プレーナ状態(反射状態)からフォーカルコニック状態(透明状態)への切り替えでは、コレステリック液晶に、VF100aとVF100bとの間の所定の電圧VF100(例えば、24V)を数msから数十msの間印加した後、液晶印加電圧VF100を急激にほぼゼロまで下げる。
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。なお、VP100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をフォーカルコニック状態にすることができる。
中間調表示は、図3のプレーナ状態からフォーカルコニック状態へ向かう電圧値VF0〜VF100aの間のカーブ、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へ向かう電圧値VF100b〜VP0の間のカーブを用いて行うことができ、電圧の大きさ及び電圧の印加時間のうち、少なくとも一方を変えることにより任意の中間濃度が得られる。
図3に示すコレステリック液晶の電圧−反射率特性は、印加するパルス電圧のパルス幅を一定にして得られているが、パルス電圧のパルス幅を変更することによっても、コレステリック液晶の累積応答特性を得ることができる。例えば、VF0〜VF100aの電圧範囲内において、電圧値は同じだがパルス幅の異なる2種類のパルス電圧を印加する場合、相対的にパルス幅の長いパルス電圧の印加の方が、パルス幅の短いパルス電圧の印加より反射率をより低くすることができる。
次に、液晶表示素子1による表示動作について説明する。
図4は、画像をメモリ表示中の表示ブロックを示す平面図である。図5は、入力表示データODに基づく画像を表示中の表示ブロックを示す平面図である。
図4に示すように、画像表示領域Cの全面に画像をメモリ表示する際には、制御回路30(図1参照)は、先ず、メモリ表示領域B及びデータ表示領域Aに多値駆動で中間調を含む画像を多値表示する。具体的には、制御回路30は、例えば、全画素に36Vの電圧を10ms印加させた後に0(ゼロ)Vの電圧を急激に印加させて、表示領域A、Bの全面で緑色が反射される状態とする。
次に、制御回路30は、走査電極17の各ラインあたり40msの時間でライン走査を1回行う。この間に、制御回路30は、色を変更する画素に、画像データに基づいたパルス幅(例えば1ms〜40msの間のいずれかの時間)で24Vの電圧を印加した後に0(ゼロ)Vの電圧を急激に印加する。これにより、表示領域A、Bの画素に中間調の反射濃度が得られる。ここで、コモンドライバ25によるライン走査は、メモリ表示領域B、データ表示領域Aの順に連続して行われる。
表示領域A、Bに画像を表示すると、制御回路30は、表示パネル6に、電圧を印加しない、あるいは、ほとんど印加しないメモリ表示状態とする。
データ表示領域A及びメモリ表示領域Bをメモリ表示している状態に、操作部42により入力データが入力されると、制御回路30は、データ表示領域Aを駆動状態とし、データ表示領域Aに対応する走査電極17のライン走査を行う。
データ表示領域Aに入力表示データODに基づく新たな画像を表示する場合、制御回路30は、メモリ表示領域Bには、電圧値VF0(図3参照)以下の電圧のみを印加し、ライン走査を行わない。これにより、図5に示すように、メモリ表示領域Bに表示されていたメモリ表示画像がそのまま表示され続ける。このとき、制御回路30は、データ表示領域Aには、例えば、全画素に24Vの電圧を10ms印加してから0(ゼロ)Vの電圧を印加する。これにより、制御回路30は、データ表示領域Aの全面を黒色の状態にし、メモリ表示していた画像を消去する。すなわち、制御回路30は、データ表示領域Aに、入力表示データODに基づく画像を表示させる際に、データ表示領域Aを再表示する。このとき、制御回路30は、メモリ表示領域Bの表示も再表示してもよい。
次に、制御回路30は、ライン走査を継続して行う。ここで、1ラインあたり走査電極17の走査時間を2msとして、黒色を表示させる画素に24V、緑色を表示させる画素に36Vを印加すると、2値駆動により緑色と黒色の2値表示がなされる。このとき、データ表示領域Aの走査電極17のライン数を、約50本以下とすれば、100ms以下の応答速度でデータ表示領域Aに表示される画像が繰り返し書換えられる。これにより、液晶表示素子1による画像の書換え表示は、操作部42により液晶表示素子1を操作しているユーザによるデータ入力の速さに概ね追随できる。
また、データ表示領域Aに表示される画像のコントラストがやや低くなるが、1ラインあたりの走査時間を1msとして、さらに応答速度を速めても良い。この場合、画素に印加する電圧値を高めることが好ましい。例えば、制御回路30は、黒色を表示する画素に30Vの電圧、緑色を表示する画素に50Vの電圧を印加して2値表示を行ってもよい。さらに、走査電極17の走査するラインを1本おきにすると、応答速度が2倍になる。これらを組み合わせることにより、応答速度を速めることが可能であり、データ表示領域Aの応答速度を50ms以下とし、入力データに対する表示パネル6の表示の追随性を高めたり、画像表示領域Cにおけるデータ表示領域Aの占める範囲の割合(走査ライン数)を増やしたりすることが可能である。
ユーザによるデータ入力が終了すると、制御回路30は、表示パネル6の表示をメモリ表示状態に戻す。このとき、制御回路30は、データ表示領域Aにメモリ表示させる画像を多値駆動で表示させ、ライン走査時間が遅いが高品位な表示を行わせる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、メモリ表示データMDに基づく画像を表示するメモリ性を有するメモリ表示領域Bと、メモリ表示領域Bにおいて入力表示データODに基づく画像を表示するデータ表示領域Aとを有し、メモリ表示領域Bとデータ表示領域Aとを同一の表示パネル6に含んでいる。これにより、入力表示データODに基づく画像を表示するデータ表示領域Aのみの表示速度を速くすることができる。このため、パッシブ駆動方式で画面の表示書換えを行う場合であっても、速い入力に走査ラインの走査を追随することができ、キー入力やタッチパネルを用いたペン入力が可能である。
〔第2の実施の形態〕
本発明の第2の実施の形態による液晶表示素子について図6及び図7を用いて説明する。図6は、表示パネルを示す平面図であり、図7は、走査電極及びデータ電極を示す平面図である。
本実施の形態に係る液晶表示素子101は、第1の実施の形態における液晶表示素子1と略同一の構成を備えており、表示ブロック101bの構成の一部が第1の実施の形態と異なる。以下、共通部分の符号を同符号とするとともに説明を省略する。
本実施の形態に係る表示ブロック101bは、図6に示すように、表示パネル106における画像表示領域Cの上下にそれぞれセグメントドライバ27A、27Bを備えている。セグメントドライバ27Aは、表示パネル106における画像表示領域Cの下側に配置されてコモンドライバ25Aに対応している。一方、セグメントドライバ27Bは、画像表示領域Cの上側に配置されてコモンドライバ25Bに対応している。
各セグメントドライバ27A、27Bに電気的に接続されるデータ電極は、図7に示すように、データ表示領域Aとメモリ表示領域Bとの境界に対応する位置で分割されている。液晶表示素子101は、データ表示領域Aが形成された側にデータ電極19A、メモリ表示領域Bが形成された側にデータ電極19Bをそれぞれ備えている。各データ電極19A、19Bは、ストライプ状に配列されており、データ電極19Aは走査電極17Aと、データ電極19Bは走査電極17Bとそれぞれ交差している。
データ表示領域Aは、コモンドライバ25A及びセグメントドライバ27Bが、走査電極17A及びデータ電極19Aに電圧を印加することにより駆動される。一方、メモリ表示領域Bは、コモンドライバ25B及びセグメントドライバ27Bが、走査電極17B及びデータ電極19Bに電圧を印加することにより駆動される。
第2の実施の形態に係る液晶表示素子101によっても、第1の実施の形態に係る液晶表示素子1と同様の効果が得られる。
また、本実施の形態によれば、データ表示領域Aとメモリ表示領域Bとがそれぞれコモンドライバ25A、25B及びセグメントドライバ27A、27Bを備えている。これにより、制御回路30は、データ表示領域Aとメモリ表示領域Bとを独立、かつ、同時に駆動させることができる。
〔第3の実施の形態〕
本発明の第3の実施の形態による液晶表示素子について図8〜図10を用いて説明する。図8は、表示ブロックを示す断面図である。
本実施の形態に係る液晶表示素子201は、第1の実施の形態における液晶表示素子1と略同一の構成を備えており、表示ブロック201bの構成の一部が第1の実施の形態と異なる。具体的には、図8に示すように、液晶表示素子201は、第1の実施の形態における表示パネル6の構成と略同一であるがそれぞれ表示色のみが異なる3枚の表示パネル6B、6G、6Rを備えている。以下、共通部分の符号を同符号とするとともに説明を省略する。
液晶表示素子201は、青(B)用コレステリック液晶、緑(G)用コレステリック液晶、および、赤(R)用コレステリック液晶を用いた表示パネル6B、6G、6Rが、外光側から、この順に積層されている。外光側から最も遠い側に積層されたR表示パネル6Rの裏面側には、黒色の可視光吸収層15が設けられている。最も外光側に積層されたB表示パネル6Bのさらに外光側には、操作部42の一部であり、入力ペン10等が接触した入力位置の座標を特定するためのタッチパネル8が設けられている。
各表示パネル6B、6G、6Rは、それぞれ独立に駆動可能に設けられている。さらに、各表示パネル6B、6G、6Rには、入力データを表示するための表示領域がそれぞれ形成されている。各表示パネル6B、6G、6Rの表示領域は、ほぼ重なった位置にある。また、それぞれの表示領域に、ライン走査速度を変えられる独立のコモンドライバ及びセグメントドライバを備えている。各表示パネル6B、6G、6Rは、操作部42からの入力データに基づくリアルタイムな表示と、高品位なカラー画像のメモリ表示を両立することができる。
次に、液晶表示素子201による表示書換え動作について説明する。
図9は、操作部によりデータを入力している様子を示す表示ブロックの平面図である。図10は、入力されたデータを表示している表示ブロックの平面図である。なお、これら図9及び図10では、各表示パネル6B、6G、6Rについて表示パネル6を用いて説明する。
先ず、液晶表示素子201の表示ブロック201bは、第1の実施の形態と同様、図4に示すように、データ表示領域Aとメモリ表示領域Bとを合わせた画像表示領域Cに、多値駆動により中間調を含む画像をメモリ表示している。画像表示領域C全体をメモリ表示している場合には、制御回路30は、表示パネル6に電圧を印加していない。このとき、制御回路30は駆動していない状態(OFF状態)とし、電力を消費しない方が好ましい。
一方、操作部42は、液晶表示素子201のメインスイッチ(不図示)が入れられて駆動している状態(ON状態)となっている。これにより、タッチパネル8は、入力待ち状態となっている。
次に、図9に示すように、ユーザが入力ペン10をタッチパネル8に接触させることにより、入力された入力情報に基づく画像を画像表示領域Cに表示させる位置が、入力位置として指定される。このとき、制御回路30等は駆動した状態(ON状態)となる。ここで、制御回路30は、画像表示領域Cの全面を書換えさせる全面書換え、あるいは、画像表示領域Cの画像が変化する部分のみを書換える必要部分書換えにより、表示パネル6におけるタッチパネル8の入力位置の座標に対応する位置に、例えば、リング等を目印として表示させるのが好ましい。これにより、表示パネル6のメモリ表示領域Bには、入力表示データODに基づく画像を表示させる位置が表示される。
次に、制御回路30は、表示パネル6のメモリ表示領域Bをメモリ表示状態とし、データ表示領域Aのライン走査を2値駆動で開始する。このとき、ライン走査毎に入力表示データODが生成されており、制御回路30は、例えば、ユーザの入力ペン10による入力操作の動きに追随して画像を表示させている。データ表示領域Aのライン走査は、入力操作が完了して入力情報が確定されるまで継続して行われる。入力操作は、通常のワープロソフト等を用いて、文字の変換、文字の削除、文字サイズや文字の色の指定等を行えるようにするのが好ましい。入力操作は、入力ペン10による手書きの情報をそのまま入力、あるいは、キー入力を併用して表示してもよい。
次に、例えば、データ表示領域Aあるいはメモリ表示領域B内に、確定キーのアイコン等を表示させておき、タッチパネル8を用いて確定キーのアイコンを操作することにより、入力情報が確定する。ここで、入力情報を確定させるための確定キーは、液晶表示素子201の本体側に操作ボタンとして設けても良い。
入力情報が確定されると、制御回路30は、データ表示領域Aの表示制御を多値駆動による多値表示に戻す。このとき、入力情報は、縮小された状態で、データ表示領域Aを2値駆動にする直前に画像表示領域Cに表示していた画像に追加される。制御回路30は、図10に示すように、入力情報が追加された画像を画像表示領域Cに表示させる。ここで、入力情報は、タッチパネル8により指定された入力位置を基準に決定された領域Dに表示される。なお、画像表示領域Cに新たに表示される画像は、入力情報が確定したときにデータ表示領域Aに表示されていた画像を、画像表示領域Cに表示していた画像の入力位置を基準とした部分と書換えることによって表示されてもよい。
制御回路30は、入力情報が追加された画像を画像表示領域Cに表示させると、メモリ表示状態にする。
図11は、画像を上方に移動させて表示している表示パネルを示す平面図である。
入力情報に基づく画像を表示させる位置として、データ表示領域Aの領域内が指定された場合には、制御回路30は、図11に示すように、画像表示領域Cに表示していた画像を上方に移動させて表示させる。このとき、制御回路30は、例えば、画像表示領域Cの全域に表示していた画像の下端が、メモリ表示領域Bの下端と一致するようにする。なお、入力情報が確定されると、制御回路30は、画像の下端が、メモリ表示領域Bの下端と一致する元の位置に新たな画像を表示させる。
また、入力情報に基づく画像を表示させる位置として、データ表示領域Aの領域内が指定された場合に、制御回路30は、画像表示領域Cの全域に表示していた画像を縮小、あるいは、縦方向の長さを圧縮するように変形させてもよい。これにより、データ表示領域Aの領域内が指定され、データ表示領域Aに入力情報を入力する際に、制御回路30は、指定された位置を含む画像をメモリ表示領域B内に表示することができる。
第3の実施の形態に係る液晶表示素子201によっても、第1の実施の形態に係る液晶表示素子1と同様の効果が得られる。
また、本実施の形態によれば、液晶表示素子201は、タッチパネル8により、入力情報を表示させる位置を指定し、入力情報を指定した位置に表示させることができる。これにより、液晶表示素子201は、入力情報をデータ表示領域Aだけでなく、画像表示領域Cの任意な位置に表示させることができる。
さらに、本実施の形態によれば、液晶表示素子201は、画像表示領域Cに表示していた画像を上方に移動させてメモリ表示領域Bに表示させる。これにより、入力情報に基づく画像を表示させる位置として、データ表示領域Aの領域内が指定された場合であっても、液晶表示素子201は、入力表示データODに基づく画像をデータ表示領域Aに表示しつつ、確定した画像を表示させる位置をメモリ表示領域Bに表示することができる。このため、ユーザは、確定した画像を表示させる位置を確認しながら、入力情報の入力操作を行うことができる。
さらにまた、本実施の形態によれば、液晶表示素子201は、画像表示領域Cに表示していた画像を縮小してメモリ表示領域Bに表示させる。これにより、入力情報に基づく画像を表示させる位置として、データ表示領域Aの領域内が指定された場合であっても、液晶表示素子201は、入力表示データODに基づく画像をデータ表示領域Aに表示しつつ、確定した画像を表示させる位置をメモリ表示領域Bに表示することができる。このため、ユーザは、確定した画像を表示させる位置を確認しながら、入力情報の入力操作を行うことができる。
また、本実施の形態によれば、液晶表示素子201は、表示色の異なる3枚の表示パネル6B、6G、6Rを備えている。このため、液晶表示素子201は、カラー表示が可能である。
〔第4の実施の形態〕
本発明の第4の実施の形態による液晶表示素子について図12を用いて説明する。図12は、表示パネルを示す平面図である。
本実施の形態に係る液晶表示素子301は、第1の実施の形態における液晶表示素子1と略同一の構成を備えており、表示ブロック301bの構成の一部のみが第1の実施の形態と異なる。以下、共通部分の符号を同符号とするとともに説明を省略する。
液晶表示素子301のコモンドライバ25は、第1のコモンドライバ25Bと、第2のコモンドライバ25Aとの間に、さらに第3のコモンドライバ25Eを備えている。また、表示パネル306の画像表示領域Cは、ユーザが操作部42を操作することによって生成された文字データ等に基づく画像を表示可能なデータ表示領域Aと、主に画像のメモリ表示に用いられるメモリ表示領域Bとの間に、第2のデータ表示領域Eを分割して備えている。
データ表示領域A及び第2のデータ表示領域Eは、メモリ表示データMDに基づく画像をメモリ表示させる多値駆動と、入力表示データODに基づく画像を速い走査速度で表示可能な2値駆動との切り替えが可能である。一方、メモリ表示領域Bは、メモリ表示データMDに基づく画像をメモリ表示させる多値駆動のみ可能である。
液晶表示素子301は、データ表示領域A、第2のデータ表示領域E及びメモリ表示領域Bのすべての領域が多値駆動により画像をメモリ表示する動作状態と、データ表示領域Aのみ2値駆動で画像を表示し、第2のデータ表示領域E及びメモリ表示領域Bを駆動させずに画像をメモリ表示する動作状態と、第2のデータ表示領域Eのみ2値駆動で画像を表示し、データ表示領域A及びメモリ表示領域Bを駆動させずに画像をメモリ表示する動作状態と、データ表示領域A及び第2のデータ表示領域Eを2値駆動で画像を表示し、メモリ表示領域Bのみを駆動させずに画像をメモリ表示する動作状態との4つの動作状態を選択可能に備えている。
これにより、入力情報に基づく画像を表示させる位置に応じて、制御回路30は、データ表示領域Aあるいは第2のデータ表示領域Eのいずれかの領域を、入力表示データODに基づく画像を表示する領域として選択することができる。
例えば、図12に示すように、入力情報に基づく画像を表示させる位置としてデータ表示領域Aがユーザによって指定された場合に、制御回路30は、第2のデータ表示領域Eを入力表示データODに基づく画像を表示する領域として選択する。ここで、本実施の形態では、入力表示データODに基づく画像を表示する領域は、第2のデータ表示領域Eの領域の全体としているが、これに限らず、第2のデータ表示領域Eの領域よりも狭めたり、データ表示領域Aを用いて広げたりしてもよい。
第4の実施の形態に係る液晶表示素子301によっても、第1の実施の形態に係る液晶表示素子1と同様の効果が得られる。
また、本実施の形態によれば、液晶表示素子301は、第1のコモンドライバ25Bと、第2のコモンドライバ25Aとの間に、さらに第3のコモンドライバ25Eを備えている。これにより、入力情報に基づく画像を表示させる位置に応じて、液晶表示素子301は、入力表示データODに基づく画像を表示する領域を選択することができる。また、データ表示領域Aの領域内が指定された場合であっても、液晶表示素子201は、入力表示データODに基づく画像を表示しつつ、確定した画像を表示させる位置を表示することができる。このため、ユーザは、確定した画像を表示させる位置を確認しながら、入力操作を行うことができる。
〔第5の実施の形態〕
第5の実施の形態は、表示のメモリ性を有し、かつ、パッシブ駆動で表示の書換えを行う表示パネルを複数積層してカラー表示が可能な液晶表示素子(表示装置)、特に表示モードを複数有する液晶表示素子に関する。
コレステリック液晶を用いた反射型表示パネルを用いた液晶表示素子は、表示のメモリ性を有するため、表示画素数が多い場合であっても、マトリクス状電極を用いたパッシブ駆動方式が可能である。また、コレステリック液晶による表示パネルを、複数積層してカラー表示が可能な反射型の液晶表示素子では、RGBカラーフィルタを用いて1枚の表示パネルでカラー表示を行う方式と比べて、明るいカラー表示が可能である。しかし、走査ライン数が多くなると、画面の表示書換えに時間がかかってしまう。このため、例えば、電子書籍端末などの用途に液晶表示素子を用いると、ページ送りが遅いという問題がある。
本実施の形態の目的は、メモリ性を有する複数の表示パネルを積層した液晶表示素子において、画面書換え速度の切り替えを容易に行うことのできる液晶表示素子を提供することにある。
上記目的は、マトリクス状電極を用いたメモリ性を有する複数の表示パネルを積層し、それぞれの前記表示パネルを個別にパッシブ駆動可能な表示装置において、前記各表示パネルの走査ラインを順次、選択して表示する第1の表示モードと、前記各表示パネルの走査ラインのうち、選択せずにライン走査をスキップする非選択走査ラインと選択してライン走査する選択走査ラインとを設定し、選択走査ラインのみを順次、選択して表示する第2の表示モードとを有することを特徴とする表示装置によって達成される。
本発明の第5の実施の形態による液晶表示素子について図13及び図14を用いて説明する。図13は、本実施の形態による液晶表示素子の概略構成を示すブロック図である。また、図14は、図13に示す図中左右方向に平行な直線Y−Yで表示パネル6を切断した断面を模式的に示す図である。
本実施の形態に係る液晶表示素子401は、第1の実施の形態における液晶表示素子1と略同一の構成を備えており、一部の構成のみが第1の実施の形態と異なる。
具体的には、図13に示すように、液晶表示素子401は、第1の実施の形態における表示パネル6と略同一の構成であるがそれぞれ表示色のみ異なる3枚の表示パネル6B、6G、6Rを備えた表示ブロック401bを有している。各表示パネル6B、6G、6Rは、特定の可視光を選択反射するプレーナ状態と、透明なフォーカルコニック状態とを切り替えて表示を行うコレステリック液晶を用いている。
これら各表示パネル6B、6G、6Rを駆動するドライバとして、表示ブロック401bは、第1の実施の形態における第1のコモンドライバ25B及び第2のコモンドライバ25Aに代えて、コモンドライバ25Cを備えている。また、画像データ記憶部40は、第1の実施の形態における入力データ記憶部40A及びメモリ表示データ記憶部40Bに代えて、通常表示用データ記憶部40C及び高速表示用データ記憶部40Dを備えている。
以下、共通部分の符号を同符号とするとともに説明を省略する。
表示モード設定部50は、ユーザの操作に基づいて制御回路30に表示モードの切替設定を行う。
制御回路30は、設定された表示モード、および、画像データ記憶部40から読出した画像データと、予め設定された駆動波形データとに基づいて駆動データを生成する。制御回路30は、生成した駆動データDCをデータ取込みクロックに合わせてコモンドライバ25C及びセグメントドライバ27に出力するようになっている。本実施の形態における液晶表示素子401は、表示モードとして、通常表示モード(第1の表示モード)と、高速表示モード(第2の表示モード)とを有している。
通常表示用データ記憶部40Cは、通常表示モード時に用いるための画像データを格納する。この通常表示用データ記憶部40Cは、通常表示モード時に、格納された画像データを制御回路30に出力する。
高速表示用データ記憶部40Dは、高速表示モード時に用いるための画像データを格納する。この高速表示用データ記憶部40Dは、高速表示モード時に、格納された画像データを制御回路30に出力する。
コモンドライバ25Cは、制御回路30の制御下で、セグメントドライバ27とともに走査電極17及びデータ電極19に電圧を印加することにより、各表示パネル6B、6G、6Rの画像表示領域Cを駆動させる。このコモンドライバ25Cは、多値駆動あるいは2値駆動により各表示パネル6B、6G、6Rの画像表示領域Cを駆動させることができる。
コモンドライバ25Cは、通常表示モード時には、各表示パネル6B、6G、6Rの走査電極17を順次、選択してライン走査することにより各表示パネル6B、6G、6Rの画像表示領域Cを駆動することができる。
一方、コモンドライバ25Cは、高速表示モード時には、各表示パネル6B、6G、6Rの走査電極17のうち、選択せずにライン走査をスキップする非選択走査電極と選択してライン走査する選択走査電極とを設定する。これにより、コモンドライバ25Cは、選択走査電極のみを順次ライン走査することにより各表示パネル6B、6G、6Rの画像表示領域Cを駆動することができる。
次に、液晶表示素子401による表示動作について説明する。
制御回路30は、先ず、画像データ記憶部40から、3枚の表示パネル6B、6G、6Rに表示する画像に対応する画像データを読出す。ここで、画像データとしては、全ての走査ライン(スキャンライン)を選択する通常表示モード時の通常表示画像データNDと、特定のラインを選択せずにスキップする高速表示モード時の高速表示画像データHDとを有している。これら通常表示画像データND及び高速表示画像データHDは、選択された表示モードに応じて、制御回路30がいずれかを読出すようにすると好ましい。高速表示モード時は、通常表示モード時に比べて表示解像度が低くなるため、例えば、表示モードに合わせて、解像度の異なる複数の画像データを生成しておくと良い。なお、液晶表示素子401は、3種類以上の表示モードを備えていても良い。
通常表示モードでは、制御回路30は、各表示パネル6B、6G、6Rについて、全画素をプレーナ状態にリセットした後、コモンドライバ25Cが全ての走査ラインを順次走査し、画像表示領域Cを書き換えるように設定する。
一方、高速表示モードでは、制御回路30は、コモンドライバ25Cが、予め決められた間隔で各表示パネル6B、6G、6Rの走査電極17をスキップしながら、順次、走査するように設定する。このとき、コモンドライバ25Cは、例えば、1つの走査電極17を走査すると、続く2つの走査電極17を走査しないでスキップするといった走査パターンを繰り返す。すなわち、図14に示すように、図中(1)、(2)、(3)、(4)・・・、の順に各表示パネル6B、6G、6Rの各走査電極17に対応する画素が順次表示される。走査がなされる走査電極17は、図14に示すように、各表示パネル6B、6G、6R毎に画像表示領域Cの視野方向(図中上方)から見てずれていることが好ましい。
具体的には、高速表示モードでは先ず、制御回路30は、赤色を表示するR表示パネル6Rの3n−1および3n−2(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をフォーカルコニック状態にした後に、3n(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態にする。
このとき、制御回路30は、緑色を表示するG表示パネル6Gの3n及び3n−2(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をフォーカルコニック状態に、3n−1(1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態にする。
また、このとき、制御回路30は、青色を表示するB表示パネル6Bの3n及び3n−1(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をフォーカルコニック状態に、3n−2(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態にする。すなわち、制御回路30は、高速表示モードでは、非選択の走査電極17に対応する全ての画素をフォーカルコニック状態に、選択した走査電極17に対応する全ての画素をプレーナ状態にした後に、選択した走査電極17のライン走査を開始する。
次に、制御回路30は、線順次走査によって、R表示パネル6Rの3n(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態、フォーカルコニック状態、あるいは、この中間の状態にし、G表示パネル6Gの3n−1(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態、フォーカルコニック状態、あるいは、この中間の状態にし、B表示パネル6Bの3n−2(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態、フォーカルコニック状態、あるいは、この中間の状態にして表示を行う。
これにより、液晶表示素子401は、一度の走査で、各表示パネル6B、6G、6R毎に全ての走査電極17を走査する通常表示モードのおよそ3倍の速度で、各表示パネル6B、6G、6Rの表示の書換えが可能である。
なお、引き続き高速表示モードで各表示パネル6B、6G、6Rの二度目の表示の書換えを行う場合には、制御回路30は、R表示パネル6Rの3n(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17、G表示パネル6Gの3n−1(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17、及び、B表示パネル6Bの3n−2(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素のみを再びプレーナ状態にリセットする。このとき、制御回路30は、プレーナ状態にした画素以外の画素は、フォーカルコニック状態を維持させる。
次に、制御回路30は、線順次走査によって、R表示パネル6Rの3n(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態、フォーカルコニック状態、あるいは、この中間の状態にし、G表示パネル6Gの3n−1(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態、フォーカルコニック状態、あるいは、この中間の状態にし、B表示パネル6Bの3n−2(n=1、2、3、・・・)列目の走査電極17に対応する画素をプレーナ状態、フォーカルコニック状態、あるいは、この中間の状態にして表示を行う。
以上により、制御回路30による二度の走査が行われる。高速表示モードでは、中間調を含む多値駆動の代わりに、2値駆動あるいは階調数を減らした駆動を行うと、さらに高速化することができる。
通常表示モードまたは高速表示モードにおいて、制御回路30は、画像表示領域Cに対応する全ての走査電極17を走査せずに、画像表示領域Cの一部の領域のみに対応する走査電極17のみ走査するようにコモンドライバ25C及びセグメントドライバ27を制御してもよい。
各表示パネル6B、6G、6Rに画像をメモリ表示させる場合は、制御回路30は、ライン走査を1回あるいは複数回行った後、ライン走査を終了する。
本実施の形態によれば、液晶表示素子401は、各表示パネル6B、6G、6Rの走査電極17を順次、選択して画像を表示する通常モードと、各表示パネル6B、6G、6Rの走査電極17のうち、選択せずにライン走査をスキップする走査電極17と選択してライン走査する走査電極17とを設定し、選択した走査電極17のみを順次、選択して画像を表示する高速表示モードとを有している。これにより、液晶表示素子401は、通常モードと高速表示モードとが切り替わることにより、コモンドライバ25Cがライン走査する走査電極17を変えることができる。このため、メモリ性を有する複数の表示パネル6B、6G、6Rを積層していても、画面書換え速度の切り替えを容易に行うことができる。また、例えば、液晶表示素子401を電子書籍端末等に用いた場合に、ページ送り速度を速めることができる。例えば、高速表示モードでは、ライン走査時、例えば、ライン走査をスキップする非選択の走査電極17を1本おきに設けることで、ライン走査時間を半分の時間にすることができる。また、ライン走査をスキップする2本の非選択の走査電極17と、1本の選択する走査電極17とを交互に設定することにより、ライン走査時間を1/3の時間にすることができる。
図15は、本実施の形態による液晶表示素子401を備えた電子機器としての表示端末を示す平面図である。
液晶表示素子401を備えた表示端末60は、例えば、ページ送りキーとして、通常送り/戻しキー61と、早送り/戻しキー62との2種類を備えている。
通常送り/戻しキー61は、標準表示モードによる画像の書き換えがなされる。
一方、早送り/戻しキー62は、高速表示モードによる画像の書き換えがなされる。
ユーザは、表示端末60に表示されている画像を前後のページの画像に書換える際に、通常送り/戻しキー61と、早送り/戻しキー62とのいずれか一方を操作する。これにより、ユーザは、前後のページの画像を標準表示モードで表示させるのか、高速表示モードで表示させるのかを選択することができる。
(実施例)
以下、液晶表示素子401の標準表示モードと高速表示モードとで画像を表示した実施例について説明する。
本実施例に係る液晶表示素子401は、各表示パネル6B、6G、6Rの画素数が480×640ドット(走査ライン数480ライン)に設けられている。
各表示パネル6B、6G、6Rに画像を標準表示モードで表示させる際には、制御回路30は、ライン走査に先立って、先ず、全画素に電圧36V、電圧印加時間50msの駆動パルスを印加してプレーナ状態にする。これにより、各表示パネル6B、6G、6Rの表示がリセットされる。
次に、制御回路30は、各表示パネル6B、6G、6Rにおける480本の走査電極17を順次走査し、フォーカルコニック状態へと変化させる画素に対して、電圧24V、電圧印加時間5msの駆動パルスを印加させる。これにより、各表示パネル6B、6G、6Rに画像が表示される。ここで、各表示パネル6B、6G、6Rの標準表示モード時における画像の表示動作の所要時間は、およそ2.5秒間であった。
一方、各表示パネル6B、6G、6Rに画像を高速表示モードで表示させる際には、制御回路30は、R表示パネル6Rの走査電極17の3n(n=1、2、3、・・・、160)列目の走査電極17に対応する画素、G表示パネル6Gの走査電極17の3n−1(n=1、2、3、・・・、160)列目の画素、及び、B表示パネル6Bの走査電極17の3n−2(n=1、2、3、・・・、160)列目の画素に電圧36V、電圧印加時間50msの駆動パルスを印加する。同時に、制御回路30は、各表示パネル6B、6G、6Rにおける残りの走査電極17の画素に電圧24V、電圧印加時間50msの駆動パルスを印加させる。これにより、R表示パネル6Rの走査電極17の3n(n=1、2、3、・・・、160)列目の画素、G表示パネルの走査ラインの3n−1((n=1、2、3、・・・、160)列目の画素、及び、B表示パネル6bの走査電極17の3n−2(n=1、2、3、・・・、160)列目の画素がプレーナ状態となり、各表示パネル6B、6G、6Rの残りの画素がフォーカルコニック状態となる。
引き続き、制御回路30は、R表示パネル6Rの走査電極17の3n (n=1、2、3、・・・、160)列目、G表示パネル6Gの走査電極17の3n−1(n=1、2、3、・・・、160)列目、及び、B表示パネル6Bの走査電極17の3n−2(n=1、2、3、・・・、160)列目のみを順次走査し、プレーナ状態からフォーカルコニック状態へと変化させる画素に対して、電圧24V、電圧印加時間5msの駆動パルスを印加して各表示パネル6B、6G、6Rに画像を表示させる。ここで、各表示パネル6B、6G、6Rの高速表示モード時における画像の表示動作の所要時間は、およそ0.85秒間であった。すなわち、液晶表示素子401は、高速表示モードで動作することにより、480本の全ての走査電極17を順次走査する標準表示モードと比べて、およそ1/3の時間で画像を表示することができる。
以上、実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
第5の実施の形態では、液晶表示素子401は、画像表示領域Cをデータ表示領域Aとメモリ表示領域Bとに分割しないで画像表示領域C全体を一律の駆動方法で駆動しているが、本発明はこれに限られない。液晶表示素子は、画像表示領域をデータ表示領域とメモリ表示領域とに分割し、例えば、データ入力がなされる際に、データ表示領域に高速表示モードを適用してもよい。
また、第1の実施の形態に係る液晶表示素子1では、データ表示領域Aがメモリ表示することによりメモリ表示領域Bと一体で画像をメモリ表示可能に設けられているが、本発明はこれに限られない。データ表示領域Aは、メモリ表示領域Bと一体で画像をメモリ表示することなく、入力データに基づく画像のみ表示する構成としても良い。この構成では、メモリ表示領域Bが多値表示されている場合であっても、データ表示領域Aは黒色又は緑色の2値表示がなされる。
このとき、データ表示領域Aに対応する走査電極17の配列ピッチ(画素ピッチ)と、メモリ表示領域Bに対応する走査電極17の配列ピッチ(画素ピッチ)とが異なっていても良い。具体的には、データ表示領域A側の配列ピッチをメモリ表示領域B側よりも大きくすることにより、データ表示領域Aに対応する走査電極17を走査する時間の総計を短くしても良い。例えば、メモリ表示領域Bに対応する走査電極17の配列ピッチを150μmとし、データ表示領域Aに対応する走査電極17の配列ピッチを300μmとすると、データ表示領域Aに表示された画像の書換速度をメモリ表示領域Bに表示された画像の書換速度よりも2倍速くすることができる。
さらに、第1の実施の形態に係る液晶表示素子1では、緑色を表示する表示パネル6を用いているが、本発明はこれに限られない。液晶表示素子に用いられる表示パネルとしては、青色を表示する表示パネルや赤色を表示する表示パネル等、緑色以外の色を表示する表示パネルであってもよい。
さらにまた、上記実施の形態では、タッチパネルによりデータを入力する操作部42を用いているが、本発明はこれに限られない。データを入力できれば、テンキーによる入力、キーボード入力、超音波や磁力等を用いたペン入力等、その他の操作部と組み合わせることができる。
また、上記実施の形態では、1枚の表示パネルにより単色を表示可能な液晶表示素子、及び、3枚の表示パネルが積層されてカラー表示が可能な液晶表示素子を用いているが、本発明はこれに限られない。表示パネルの枚数は、2枚や4枚等その他の枚数であってもよい。
さらに、上記実施の形態では、画像表示領域Cを2つ、あるいは、3つの領域に縦方向に配列して分割しているが、本発明はこれに限られない。画像表示領域が分割されていれば、さらに細かく分割されていてもよく、また、分割された各領域が横方向に配列されていてもよい。
さらにまた、上記実施の形態では、2値駆動と多値駆動とによる2つの速度のライン走査速度でライン走査しているが、本発明はこれに限られない。液晶表示素子は、ライン走査速度が複数の速度の間で切り替われば、3つ以上の速度のライン走査速度で切り替えてライン走査してもよい。
また、上記実施の形態では、画像表示領域Cの一部の領域のみライン走査速度を切り替えているが、本発明はこれに限られない。画像表示領域の全領域のライン走査速度を異なる速度に切り替えてもよい。
パッシブ駆動方式で画面の表示書換えを行い、キー入力やタッチパネルを用いたペン入力が可能な表示装置に適用できる。

Claims (20)

  1. 第1の表示データを表示するメモリ性を有する第1の表示領域と、
    前記第1の表示領域と隣り合い、第2の表示データを表示する第2の表示領域とを有し、
    前記第1の表示領域と前記第2の表示領域を同一の表示パネルに含む
    ことを特徴とする表示装置。
  2. 前記第2の表示データを前記第2の表示領域に表示するための入力手段をさらに有すること
    を特徴とする請求項1記載の表示装置。
  3. 前記入力手段が、タッチパネルであること
    を特徴とする請求項2記載の表示装置。
  4. 前記入力手段が、キー入力による装置であること
    を特徴とする請求項2記載の表示装置。
  5. 前記第1の表示領域と前記第2の表示領域が、同一のコレステリック液晶を用いていること
    を特徴とする請求項1記載の表示装置。
  6. 前記第2の表示データを表示する場合に前記第2の表示領域を駆動状態とする制御回路をさらに有すること
    を特徴とする請求項5記載の表示装置。
  7. 前記制御回路は、前記第1の表示領域と前記第2の表示領域との表示を個別に制御すること
    を特徴とする請求項6記載の表示装置。
  8. 前記第1の表示領域を駆動する第1の駆動回路と、
    前記第2の表示領域を駆動する第2の駆動回路とをさらに有すること
    を特徴とする請求項7記載の表示装置。
  9. 第1の表示データを表示するメモリ性を有する第1の表示領域が第1の駆動条件で動作し、
    前記第1の表示領域と隣り合い、第2の表示データを表示する第2の表示領域が第2の駆動条件で動作する
    ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
  10. 前記第2の表示データがタッチパネルにより入力されること
    を特徴とする請求項9記載の表示装置の駆動方法。
  11. 前記第2の表示データがキー入力により入力されること
    を特徴とする請求項9記載の表示装置の駆動方法。
  12. 前記第1の駆動条件は、少なくとも前記第1の表示領域をメモリ状態として表示する条件であって、前記第2の駆動条件は、前記第2の表示領域の表示を随時変える書換状態とする条件であること
    を特徴とする請求項10記載の表示装置の駆動方法。
  13. 前記第2の表示領域に、前記第2のデータに基づく画像を表示させる際に、前記第1の表示領域または/および前記第2の表示領域を再表示すること
    を特徴とする請求項12記載に表示装置の駆動方法。
  14. 前記第2の駆動条件における表示速度は、前記第1の駆動条件における表示速度よりも速いこと
    を特徴とする請求項9記載の表示装置の駆動方法。
  15. 前記第2の表示領域は、前記第2の表示データを表示する際はリアルタイム駆動であること
    を特徴とする請求項14記載の表示装置の駆動方法。
  16. 前記第2の表示領域は、前記第2の表示データを表示する際は2値表示であること
    を特徴とする請求項15記載の表示装置の駆動方法。
  17. マトリクス状電極を用いたメモリ性を有する複数の表示パネルを積層し、それぞれの前記表示パネルを個別にパッシブ駆動可能な表示装置において、
    前記各表示パネルの走査ラインを順次、選択して表示する第1の表示モードと、
    前記各表示パネルの走査ラインのうち、選択せずにライン走査をスキップする非選択走査ラインと選択してライン走査する選択走査ラインとを設定し、選択走査ラインのみを順次、選択して表示する第2の表示モードとを有する
    ことを特徴とする表示装置。
  18. 前記第2の表示モードでは、少なくとも前記非選択走査ラインに対応する全ての画素を同一の表示状態に揃えた後に、前記選択走査ラインのライン走査を開始すること
    を特徴とする請求項17記載の表示装置。
  19. 前記第2の表示モードでは、視野方向から見たときの前記非選択走査ラインの位置を、前記表示パネルごとにずらすこと
    を特徴とする請求項17又は18記載の表示装置。
  20. 前記複数の前記表示パネルは、特定の可視光を選択反射するプレーナ状態と、透明なフォーカルコニック状態とを切り替えて表示を行うコレステリック液晶を用いていること
    を特徴とする請求項17乃至19のいずれか1項に記載の表示装置。
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