WO1998038545A1 - Affichage a cristaux liquides - Google Patents

Description

明 細 書 液晶ディ スプレイ 技術分野

本発明はスメ クティ ッ ク相を示す液晶を液晶層と して有するマ ト リ ッ ク ス状の画素を備えた、 液晶表示パネルや液晶光シ ャ ッ ターァ レイ等の液晶表示ディ スプレイに関する。

背景技術

スメ クティ ッ ク相を示す液晶と しては、 強誘電性液晶や反強誘電 性液晶が一般に知られている。 どちらの液晶も自発分極を有し、 外 部からの電界の影響を受けて自発分極の向きが変更されるという特 性を利用 して、 表示用ディ スプレイに用いられている。 例えば、 反 強誘電性液晶を用いた液晶パネルは、 日本電装 （株） 及び昭和シェ ル石油 （株） らの特開平 2 — 173724号公報において、 広視野角を有 すること、 高速応答が可能なこと、 マルチプレ ッ ク ス特性が良好な こ と等が報告されて以来、 精力的に研究がなされている。

しかしながら、 反強誘電性液晶ディ スプレイで静止画などを表示 し、 同じパター ンの表示を長時間行った後に他の表示を行った場合 、 以前に表示していた表示画面が見えてしまう現象 （以後、 「焼き 付き現象」 と呼ぶ） が起きる。 この焼き付き現象は反強誘電性液晶 が層構造を持つこ とに起因していると考えられている。

また、 強誘電性液晶を用いた強誘電性液晶ディ スプレイにおいて も、 静止画などの同じ表示を長時間行った後に同様の焼き付き現象 が起きるこ とが知られている。 この原因は反強誘電性液晶のそれと は異なり、 液晶セル内に存在する不純物イオンの移動による ものと 考えられている。 強誘電性液晶は自発分極を有しており、 外部電圧 が 0 Vの場合には、 自発分極による内部電界が常に液晶セルに対し て垂直方向に存在する。 この内部電界を打ち消すように液晶セル内 の不純物ィオンがセル基板界面に移動し、 不純物イオンによるィォ ン電界が自発分極が作る内部電界と逆方向に発生する。 さ らに、 こ の状態が長時間続く と、 不純物イオンがセル基板界面に吸着される 。 そのため、 自発分極による内部電界が消えた後も、 このイオン電 界が存在し続けることになる。 これが焼き付き現象の原因であると 推察されている

発明の開示

そこで本発明は、 これらの問題点を解決し、 高コ ン トラス トな表 示を行う ことが可能な液晶ディ スプレイを提供するこ とを目的とす る ものである。 そのため、 反強誘電性液晶を用いた液晶ディ スプレ ィでは、 連続駆動による層構造の変化を補正し、 層構造の変化の違 いから起きる焼き付け現象を低減する。 また、 強誘電性液晶を用い た液晶ディ スプレイでは、 同一方向の自発分極による内部電界を長 時間存在させないようにし、 同様に焼き付き現象を低減する。

上記目的を達成するため、 本発明液晶ディ スプレイは、 一対の基 板間にスメ クティ ッ ク相を示す液晶を有するマ ト リ ッ クス状に配置 された画素を備えた液晶ディ スプレイであって、 前記画素へ書き込 むための表示データを発生させる手段、 及び該表示データに係わら ず任意の画素を強制的に所定の期間所定の表示状態にする手段を備 えている。

より詳細に述べると、 本発明液晶ディ スプレイは、 それぞれ複数 の走査電極と信号電極を有した一対の基板間にスメ クティ ッ ク相を 示す液晶を有するマ ト リ ッ クス状に配置された画素を備えた液晶デ ィ スプレイであって、 前記画素へ書き込むための表示データを発生 する表示データ発生回路、 及び該表示データ発生回路の表示データ に基づき前記走査電極に印加される走査電圧を発生する走査電圧発 生回路と同じ く 表示データ発生回路の表示データに基づき前記信号 電極に印加される信号電圧を発生する信号電圧発生回路を有し、 か つ、 前記表示データに係わらず任意の画素を強制的に所定の期間所 定の表示状態にするため前記表示データを変換する表示データ変換 回路を備えている。

前記表示データ変換回路は、 表示データ発生回路と信号電圧発生 回路の間に設けられており、 表示データが変換される画素を特定す る機能、 または表示データが変換される画素を無作為に設定する機 能を有している。

また、 前記表示データ変換回路は、 表示データが変換される周期 を任意の値に設定する機能、 表示データが変換される周期を自動的 に変更できる機能を有している。

さ らに、 前記表示データ変換回路は、 1 走査線上で強制的に表示 データを変換する画素数を任意に設定できる機能、 または、 1 走査 線上で強制的に表示データを変換する画素数を自動的に変更する機 能を有している。

また、 前記表示データ変換回路は、 変換される所定の表示状態の レベルを任意のレベルに設定でき、 このレベルを自動的に変更でき る機能を有する。 発明の効果

本発明を用いて液晶ディ スプレイの表示を行う ことにより、 常に 表示画素による層構造の変化の違いをなく し、 あるいは自発分極に よる内部電界の発生を短時間にするこ とができるため、 焼き付け現 象を低減し、 かつ表示品位が落るこ とな く 良好な表示を行う ことが できる。 図面の簡単な説明

図 1 は、 反強誘電性液晶をディ スプレイ と して用いる場合の偏光 板の配置を示す図である。

図 2 は、 反強誘電性液晶表示素子のヒ ステリ シスカーブを表す図 でめる。

図 3 は、 電極をマ ト リ ク ス状に配置した液晶パネルの電極構成を 示す図である。

図 4 は、 従来の反強誘電性液晶の駆動方法を示す図である。

図 5 は、 反強誘電性液晶の層構造の変化を示す図である。

図 6 は、 反強誘電性液晶の層構造の変化を示す図である。

図 7 は、 本発明の実施の形態で用いた液晶パネルの構成図である o

図 8 は、 本発明の液晶ディ スプレイの駆動回路の実施の形態を示 すブロ ッ ク図である。

図 9 は、 本発明により液晶の黒表示を行った場合の実施の形態の 1 つを示す図である。 発明の詳細な説明

図 1 は反強誘電性液晶をディ スプレイ と して用いる場合の偏光板 配置を示す図である。 ク ロスニコルに合わせた偏光板 1 a， 1 bの 間に、 偏光板 1 aの偏光軸 a と偏光板 1 bの偏光軸 bのどちらかと 電圧無印加時に於ける平均的な分子の長軸方向 Xがほぼ平行になる よう に液晶セル 2 を置く 。 そして、 電圧無印加時に黒が、 電界印加 時には白が表示できるように液晶セルを設定する。 3 a と 3 bは液 晶層を挟んだガラス基板である。 このような構成の液晶セルに電圧 を印加したとき、 それに対する光透過率変化をプロ ッ 卜 してグラフ にすると図 2 のようなループを描く 。 電圧を印加し増加させたとき 光透過率が変化し始める電圧値を V 1 、 光透過率の変化が飽和する 電圧値を V 2 とする。 逆に電圧値を減少させたとき光透過率が減少 し始める電圧値を V 5 とする。 また逆極性の電圧を印加し、 その絶 対値を増加させたときに光透過率が変化し始める電圧値を V 3、 光 透過率変化が飽和する電圧値を V 4 とする。 逆に電圧の絶対値を減 少させたときに光透過率が変化し始める電圧値を V 6 とする。 この 図 2 から、 前記印加された電圧値が反強誘電性液晶分子の閾値以上 である場合に第 1 の強誘電性状態が選択される。 また、 反強誘電性 液晶分子の閾値以上である逆極性の電圧が印加された場合は、 第 2 の強誘電性状態が選択される。 これらの強誘電性状態において、 電 圧値がある閾値より低く なつた場合には反強誘電性状態が選択され o

これに対して、 強誘電性液晶は反強誘電性液晶と電圧一透過率特 性が異なり、 単一のヒステリ シスカーブを示し、 図 2 のようなダブ ルヒステリ シスカーブは示さない。 一般に強誘電性液晶をディ スプ レイに用いる場合には、 強誘電性状態にある分子の長軸方向にいず れかの偏光板の偏光軸を合わせる。 そして、 ある電圧以上の電圧を 印加すると黒が、 また逆極性のある電圧以上の電圧を印加すると白 が表示されるよう に液晶セルを設定する。

次に反強誘電性液晶を用いた一般的な液晶の駆動方法について説 明する。 図 3 は走査電極と信号電極を基板上にマ ト リ ク ス状に配置 した液晶パネルの電極構成の例を示す図である。 この電極構成は走 査電極 X I， X 2 , - - X n， - - X 240 と信号電極 Y l ， Υ 2 , - - Υ m , - - Y 320 を有し、 走査電極と信号電極が交差する斜線部分が画 素（A l l , Anm)である。 図 4 に示すように、 走査電極に走査電圧 （ a ) を、 信号電極に信号電圧 （ b ) を印加し、 その合成電圧 （ c ) を 画素（Anm) に印加することにより画素への書き込みが行われる。 選 択期間 （Se) で第 1 、 も し く は第 2 の強誘電性状態、 も し く は反強 誘電性状態が選択され、 その状態が次の非選択期間（NS e) で保持さ れる。 つま り選択期間 （Se) でセ レ ク トパルスを印加し、 その結果 得た透過光量 （ d ) をその後の非選択期間（NSe) で保持させること により表示を行っている。

上記駆動において、 選択期間に印加されるセレク 卜パルスの直前 で、 反強誘電性液晶の分子状態が異なると、 セレク トパルス印加後 の画素の透過光量を正確に所定の値にする事が難しい。 そのためセ レク トパルスを印加する前に、 その画素の表示以前の状態に関わら ず、 常に反強誘電性状態に リ セッ 卜するこ とがしばしば行われてき た。 この反強誘電性状態にリセッ トする方法と しては、 リセッ ト期 間内の電圧値を 0 Vにし、 反強誘電性液晶自身の持つ粘性や弾性な どの特性による自然緩和によつて反強誘電性状態に リ セッ 卜する方 法や、 適当な印加電圧を印加して反強誘電性状態にリ セッ 卜する方 法等がある。

しかしながら前述のように、 静止画などを表示した場合のように 、 同じパター ンの表示を長時間行った後に他の表示を反強誘電性液 晶ディ スプレイで行った場合、 「焼き付き現象」 が起きる。 この現 象を図 5、 図 6 を用いて説明する。 この焼き付き現象は反強誘電性 液晶が層構造を持つこ とに起因していると考えられている。

図 5 において、 （ a ) は長時間強誘電状態で白表示であった画素 の反強誘電性液晶の層構造 （ブッ ク シ ルフ構造） を示す。 また、 図 6 において、 （ a ) は長時間反強誘電状態で黒表示であった画素 の反強誘電性液晶の層構造 （シュブロ ン構造） を示す。 長時間強誘 電状態で白表示 （図 5 ( a ) 0 N…ブッ ク シエルフ構造） であった 画素を、 次に同じく 白表示 （O N) にした場合、 層構造 2 aの形状 は変化しない （図 5 (b) O N参照） 。 しかし、 長時間反強誘電状態 で黒表示 （図 6 ( a ) O F F… シエブロ ン構造） であった画素を、 次に白表示 （O N) にすると、 層構造 2 b の形状は変化する （図 6 (b) O N参照） 。 このように、 同じ白表示 （O N) であっても、 層 構造は図 5 (b) の 2 a と図 6 (b) の 2 bのように違いが生じる。 ま た、 図 6 ( b ) に示した層構造から更に図 5 ( b ) に示した層構造 に変化するためには時間がかかる。 上記のような層構造の変化の違 いが 「焼き付き現象」 の原因と考えられている。

上記のように、 反強誘電性液晶ではその層構造は電圧無印加の状 態において図 6 ( a ) 0 F Fのよう に層が折れた状態であるシエブ ロ ン構造になっている。 そして一定の電圧が印加された場合、 図 6 ( b ) O Nに示す構造を経て図 5 ( a ) O Nに示すように基板に対 してほぼ垂直に立った状態であるブッ ク シヱルフ構造になる。

そこで、 本発明は連続駆動による上記層構造の違いによって層構 造の変化に差異が生じないようにして焼付け現象を低減したもので ある。 そのために、 任意の画素を強制的に所定の表示状態、 即ち、 その画素の液晶をブッ ク シヱルフ構造、 あるいはそれに近い構造に する ものである。

〔実施の形態〕

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 図 7 は本発明の実施の形態に用いた液晶パネルの構成を示す図である。 本実施例で用いた液晶パネルは約 2 の厚さの反強誘電性液晶層 1 0 を持つ一対のガラス基板 1 1 a , 1 1 b と 2枚のガラスを張り合 わせるためのシール材 1 2から構成されている。 ガラス基板の対向 面には電極 1 3 a , 1 3 bが形成されており、 その上に高分子配向 膜 1 4 a， 1 4 bが塗布され、 ラ ビング処理がなされている。 さ ら に一方のガラス基板の外側に偏光板の偏光軸とラ ビング軸とが平行 になるように第 1 の偏光板 1 5 aが設けられており、 他方のガラス 基板の外側には第 1 の偏光板 1 5 aの偏光軸と 90 ° 異なるようにし て第 2 の偏光板 1 5 bが設けられている。

また走査電極と信号電極は先に示した図 3 のよう に配置されてい る。 走査電極は 240本、 信号電極は 320本と した。 それぞれが交差 する斜線部分が画素（A l l , Anm)である。

図 8 は本発明の液晶ディ スプレイの駆動回路の実施の形態を示す ブロ ッ ク図である。 表示データ発生回路 2 0からの信号は制御回路 2 1 に入力する。 制御回路 2 1 は表示データ発生回路 2 0からの表 示データ信号に基づいて信号電圧発生回路 2 3 と走査電圧発生回路 2 5 を制御する。 そ して、 制御回路 2 〖 の制御に基づいて信号電圧 発生回路 2 3 と走査電圧発生回路 2 5 は走査電圧及び信号電圧を発 生し、 液晶パネル 2 6 の液晶を駆動する。 電源回路 2 2 は制御回路 2 1 、 信号電圧発生回路 2 3、 走査電圧発生回路 2 5 に接続されて いる。

本発明では、 表示データ発生回路 2 0 と信号電圧発生回路 2 3の 間には表示データ変換回路 2 4が設けられている。 この表示データ 変換回路 2 4 は、 任意の画素を強制的に所定の表示状態にするため 表示データ発生回路 2 0 からの表示データを変換する機能を有して いる。 そして、 走査電圧と表示データ変換回路 2 4 により変換され た信号電圧の合成電圧が、 液晶パネル 2 6 の画素に印加され、 画素 への書き込みが行われる。

表示データ発生回路は 1 本の走査電極上の画素数 （信号電極の数 ) に対応した表示データ信号を出力する。 この表示データ信号が表 示データ変換回路 2 4 に入力すると、 特定の画素に対応した表示デ 一夕信号だけがその画素を所定の表示状態とする表示データ信号に 変換されて出力される。 この信号により、 特定の画素は強制的に所 定の表示状態となる。

表示データ変更回路 2 4 は、 特定の画素を任意に設定し、 または 無作為に設定することができる機能を有している。 例えば、 表示デ 一夕を変換する画素の位置を、 走査電極の 1 行毎、 2行毎、 あるい は n行毎に設定することができる。 また、 これらの設定を自動的に 変更する機能を持たせること もできる。 さ らに、 表示データ変換回 路 2 4 は、 表示データを変換する周期 （例えば、 1 フ レーム毎ある いは 2 フ レームに一回等） を任意に設定し、 または変更できる機能 を有している。

図 8 の実施例では、 液晶パネルの 1 フ レーム期間を約 17msとする と、 表示データ変換回路 2 4 は選択期間 （約 35 /z s ) と同じ期間に 表示データを強制的に白表示 （ブッ ク シェルフ層構造） にする変換 された表示データを出力する。 1 走査線上で強制的に変換する画素 の数を 1 0画素と し、 画素が無作為に抽出されるように設定すると 、 平均約 5 4 4 msで全ての画素が必ず 1 度は表示データに関わらず に白表示 （ブッ ク シヱルフ層構造） になる。

本発明を用いて反強誘電性液晶ディ スプレイで表示を行った場合 は、 常に黒表示しか行わない画素 （層構造がシ ェブロ ン構造） 及び 白表示しか行わない画素 （層構造がブッ ク シエルフ構造） を含めて 任意の画素を強制的に所定の期間所定の表示状態とする。 即ち、 一 定の周期で液晶の層構造をブッ ク シエルフ構造あるいはそれに近い 状態に強制的に変更する。 そのため液晶の層構造の変化の違いが起 こ り にく く 、 焼き付き現象が低減する。

一方、 本発明を用いて強誘電性液晶ディ スプレイで表示を行った 場合、 上記のように任意の画素を強制的に所定の期間所定の表示状 態とすることができる。 そのため、 同一方向の自発分極による内部 電界を長時間存在させないようにするこ とが可能となり、 焼き付き 現象を低減することができる。

本発明の液晶ディ スプレイでは、 1 画面内のどこかの画素を、 表 示データとは異なった表示状態とするこ とができる。 本発明の表示 データ変換回路は表示データと異なった表示状態を実行する画素を 無作為に設定でき、 また表示データを変換する周期も変更できるの で、 常に異なる画素の表示データが変換される。 そのため、 表示デ 一夕が変換される画素の位置が、 時間の経過と共に変化し、 表示デ —夕が変換された画素は人間の目視観察でははつ き り と認識されな いため、 表示の見栄えが劣化することがほとんどない。 また表示デ 一夕を強制的に変更する画素の数や変更周期などを任意に変更する ことにより、 たとえば動画や静止画を表示させても表示品位に影響 がない様に最適化することができる。

図 9 は全画素を黒表示になるように表示したときの画素の状態を 示した液晶ディ スプレイ画面の一部を示す図である。 本発明の液晶 ディ スプレイの実施形態によると、 ディ スプレイ全体で約 7万 7千 画素あり、 この中の 2400画素が表示デ一夕が変換されて実際の表示 データとは異なる白表示となった。 しかし、 強制的に白表示された 画素が平均的に分散しているので、 目視観察では表示品位が下がる ことはなく 、 焼き付き現象も生じない。

また静止画の多い場合には、 あらかじめ焼き付きが強く起こ りそ うな画素を特定したり、 表示データを変換する周期 （例えば、 1 フ レーム毎、 3 フ レームに 1 回等） を任意の値に設定したり、 1 走査 線上で強制的に変換する画素の数を増やすことにより、 より良い結 果が得られた。 反対に動画が多い画面を表示するときは、 表示デ一 タを変換する画素を無作為に設定し、 変換する周期を自動的に変更 し、 1 走査線上で強制的に変換する画素の数を減らす、 あるいは数 を自動的に変更することによって、 より良い結果が得られた。

表示状態について言えば、 所定の表示状態とは、 本発明実施形態 の反強誘電性液晶ディ スプレイの場合、 例えば、 液晶の層構造をブ ッ ク シヱルフ構造あるいはそれに近い状態にして白表示するこ とを 意味する。 しかし、 白表示する場合でも、 1 0 0 %の白表示もあれ ば、 8 0 %の白表示もある。 同じ白表示でも レべルが異なつた白表 示が存在する。 そのため、 本発明においては焼き付き現象を低減す るため、 表示状態のレベルを任意のレベルに設定し、 かつ、 変更で きる機能を表示データ変換回路に持たせてある。

次に液晶パネル内に、 強誘電性液晶を封入して強誘電性液晶ディ スプレイを作製し、 同様の表示動作を行った。 無作為に抽出した画 素を、 表示データとは異なる白表示と し、 全ての画素を必ず 1 度は 表示データに関わらずに白表示と した。 その結果、 すべての画素に おいて同一方向の自発分極による内部電界を長時間存在させないよ う にすることができ、 同様に焼き付き現象を低減することができた o

また、 走査電極と信号電極を用いた時分割駆動の代わりに、 各画 素を直接駆動できるアクティ ブマ ト リ クス駆動を用いた場合でも、 ま ったく 同様の効果が得られた。 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 一対の基板間にスメ クティ ッ ク相を示す液晶を有するマ ト リ ッ クス状に配置された画素を備えた液晶ディ スプレイであって、 前 記画素へ書き込むための表示データを発生させる回路、 該回路から の表示データを受けて前記画素に印加する走査電圧及び信号電圧を 発生させる回路、 及び前記表示データに係わらず任意の画素を強制 的に所定の期間所定の表示状態にするため前記表示データを変換す る表示データ変換回路を備えた、 液晶ディ スプレイ。

2 . それぞれ複数の走査電極と信号電極を有した一対の基板間に スメ クティ ッ ク相を示す液晶を有するマ ト リ ッ クス状に配置された 画素を備えた液晶ディ スプレイであって、 前記画素へ書き込むため の表示データを発生する表示データ発生回路、 及び該表示データ発 生回路の表示データに基づき前記走査電極に印加される走査電圧を 発生する走査電圧発生回路と前記信号電極に印加される信号電圧を 発生する信号電圧発生回路を有し、 前記表示データに係わらず任意 の画素を強制的に所定の期間所定の表示状態にするため前記表示デ 一夕を変換する表示データ変換回路を備えた、 液晶ディ スプレイ。

3 . 前記表示データ変換回路は、 表示データ発生回路と信号電圧 発生回路の間に設けられている、 請求の範囲 1 または 2 に記載の液 晶ディ スプレイ。

4 . 前記表示データ変換回路は、 表示データが変換される画素を 特定する機能を有する、 請求の範囲 1 または 2 に記載の液晶ディ ス プレイ。

5 . 前記表示データ変換回路は、 表示データが変換される画素を 無作為に設定する機能を有する、 請求の範囲 1 または 2 に記載の液 晶ディ スプレイ。

6 . 前記表示データ変換回路は、 表示データが変換される周期を 任意の値に設定する機能を有する、 請求の範囲 1 または 2 に記載の 液晶ディ スプレイ。

7 . 前記表示データ変換回路は、 表示データが変換される周期を 自動的に変更する機能を有する、 請求の範囲 1 または 2 に記載の液 日曰ディ スプレイ。

8 . 前記表示データ変換回路は、 1 走査線上で強制的に表示デー タを変換する画素数を任意に設定する機能を有する、 請求の範囲 1 または 2 に記載の液晶ディ スプレイ。

9 . 前記表示データ変換回路は、 1 走査線上で強制的に表示デ一 タを変換する画素数を自動的に変更する機能を有する、 請求の範囲 1 または 2 に記載の液晶ディ スプレイ。

1 0 . 前記表示データ変換回路は、 変換される所定の表示状態の レベルを任意のレベルに設定する機能を有する、 請求の範囲 1 また は 2 に記載の液晶ディ スプレイ。

1 1 . 前記表示データ変換回路は、 変換される所定の表示状態の レベルを自動的に変更する機能を有する、 請求の範囲 1 または 2 に 記載の液晶ディ スプレイ。

1 2 . スメ クチッ ク相を示す液晶は強誘電性液晶または反強誘電 性液晶である、 請求の範囲 1 または 2 に記載の液晶ディ スプレイ。