WO1999046634A1

WO1999046634A1 - Afficheur a cristaux liquides anti-ferroelectriques et procede de commande

Info

Publication number: WO1999046634A1
Application number: PCT/JP1999/000959
Authority: WO
Inventors: Shinya Kondoh
Original assignee: Citizen Watch Co., Ltd.
Priority date: 1998-03-10
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 1999-09-16
Also published as: US20020027544A1; CN1256761A; EP0992835A1; EP0992835B1; CN1180289C; EP0992835A4; KR20010012211A; US6888527B2; DE69923135D1; TW554203B; US6339416B1

Description

明細書反強誘電性液晶デイスプレィ及びその駆動方法技術分野

本発明は、反強誘電性液晶を液晶層とする液晶表示パネルや液晶光シャッターァレイ等の反強誘電性液晶表示ディスプレイ及びその駆動方法に関する。背景技術

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 — 1 7 3 7 2 4号公報で、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、多くの研究がなされている。

しかしながら従来の駆動方法では、長時間同一パターンの表示を行うと、他のパターンを表示させた場合に過去のパターンが薄く表示に残る現象（以下、「焼き付き現象」と記す）が起きることが問題となっていた。

この現象は、反強誘電性液晶セルが内部で層構造を持っており、この層構造の違いによって液晶パネル内を透過する光の量が異なるために起きると考えられている。この焼き付き現象を解消するため、層構造が変化する毎に層構造制御用電圧波形を印加することが提案されている。例えば、特開平 6 — 2 0 2 0 7 8号公報には、焼き付き現象を防止するため表示用駆動回路とは別に層構造制御用電圧波形回路を設け、層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加することが示されている。

しかし、層構造制御用電圧波形は表示用駆動電圧波形とは周波数や波高値が異なるため、表示用駆動回路とは別に層構造制御用電圧波形回路を設け、クロック発生回路や電圧値変換回路等を組み込む必要がある。その結果、 1 つの液晶ディスプレイに表示用駆動回路と層構造制御用電圧波形回路の 2 つの回路を設けることになり、液晶ディスプレイの回路が複雑となりサイズも大きくなつてしまい、また製造コス卜が高くなつてしまう。

そこで、本発明は層構造制御用電圧波形回路を別途設けることなく、表示用駆動回路から層構造制御用電圧波形を出力する構成とすることにより、コンパク卜で製造コス卜の低い反強誘電性液晶ディスプレイ及びその駆動方法を提供することを目的としている。

発明の開示

反強誘電性液晶の表示用駆動電圧波形と層構造制御用電圧波形を検討した結果、表示用駆動電圧波形において、非選択期間に印加される走査電圧の波高値を選択期間に印加する電圧の波高値と同一にすることにより、最適な層構造制御用電圧波形に近い電圧波形が得られることがわかった。

そこで、本発明は上記目的を達成するため、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値が等しい表示用駆動電圧波形を、表示用駆動電圧波形としてではなく層構造制御用電圧波形として任意の期間表示用駆動回路から出力し、液晶に印加するようにしたものである。

また、前記液晶パネルは温度センサを備え、該温度センサからの情報に応じて、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として任意の期間出力するようにまた、前記波高値が等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として所定時間経過毎に任意の期間出力するようにした。

また、前記表示用駆動電圧波形は前記選択期間の前にリセット期間を有するようにした。発明の効果

本発明によれば、表示用駆動電圧波形において、選択期間に印加される電圧波形の波高値と非選択期間に印加される電圧波形の波高値を同じ値に設定した。そして、この波形を層構造制御用電圧波形として用いるため、層構造制御用電圧波形回路を別途設けることなく、「焼き付け現象」を低減し、かつ表示品位が落ちることなく良好な表示を行うことが可能となる。更に、従来に比べて低コストでコンパク卜な回路構成を持つ反強誘電性液晶ディスプレイを実現することができる。

また、温度センサを設けて必要なタイミングで層構造制御用電圧波形を印加するので、「焼き付き現象」を確実に減少させることができる。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液晶素子の構成図である。

図 2 は、反強誘電性液晶素子の印加電圧に対する光透過率の変化を示す図である。

図 3 は、反強誘電性液晶の従来の表示用駆動電圧波形と、それに対応する光透過率を示した図である。

図 4 は、反強誘電性液晶セル内部の層構造を示した図である。図 5 は、反強誘電性液晶の層間距離と温度との関係の一例を示したグラフである。

図 6 は、反強誘電性液晶の温度履歴による光透過率の変化の一例を示す図である。

図 7 は、層構造制御用電圧波形の例を示した図である。

図 8 は、図 3 に示した反強誘電性液晶の表示用駆動電圧波形において、非選択期間に印加される走査電圧の波高値を選択期間に印加する電圧の波高値と同一にした場合の波形を示した図である。

図 9 は、図 8 に示した波形において、リセット期間を 0 にした場合の波形を示した図である。

図 1 0 は、本発明による反強誘電性液晶ディスプレイのブロック図を示したものである。

図 1 1 は、図 1 0 における電源回路の構成の一例を示した図である ο

図 1 2 は、本発明反強誘電性液晶ディスプレイにおいて、液晶に印加される電圧波形を示した図である。

図 1 3 は、本発明で用いる反強誘電性液晶パネルの構成の例を示した図である。発明の詳細な説明

以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

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液晶素子の構成図である。クロスニコルに合わせた偏光板 1 a と 1 b との間に、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おける分子の平均的長軸方向 Xがほぼ平行になるように液晶セル 2 を置く。そして、電圧無印加時に黒表示され、電圧印加時には白表示されるように液晶セルを設定する。

上記のような液晶素子に電圧を印加したとき、それに対する透過率の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、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 、光透過率が飽和する電圧値を V 4 、逆に電圧の絶対値を減少させたとき光透過率が変化し始める電圧値を V 6 とする。図 2 に示されているように、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をとる場合に第 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い場合には反強誘電性状態が選択される。反強誘電性液晶ディスプレイは、反強誘電性状態で黒表示とすることも白表示とすることもできる。本発明ではそのいずれにも対応できる。しかし、以下このディスプレイは反強誘電性状態で黒表示するものとして説明する。

図 3 は反強誘電性液晶の従来の表示用駆動電圧波形の例を示したものである。図 3 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 ) を液晶素子よりなる画素に印加することにより画素への書き込みが行われる。反強誘電性液晶ディスプレイを駆動する場合、従来は図 3 に示すように、選択期間（ S e ) で第 1 、もしくは第 2 の強誘電性状態、又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（N S e ) で保持される。即ち、選択期間（ S e ) で選択パルスが印加され、その結果得た光透過率（ d ) をその後の非選択期間（N S e ) で保持させることにより表示を行っている。

反強誘電性液晶表示素子においては、画素に書き込みを行う直前に反強誘電性液晶を第 1 、もしくは第 2 の強誘電性状態、又は反強誘電性状態にリセッ卜することが一般に行われる。例えば図 3では、選択期間（ S e ) の直前にリセット期間（R s ) が設けられる。この期間内では画素に閾値電圧以下の電圧が印加され、反強誘電性液晶は反強誘電性状態にリセッ卜される。このように画素に必要な情報を書き込む直前に各画素の状態をリセットすることにより、以前の書き込み時の状態の影響を受けずに、良好な表示を行うことができる。

図 3 において、 F 1、 F 2、 F 3、 F 4 はそれぞれ第 1 、第 2、第 3、第 4 フレームを表す。この図の波形の場合、第 1 、第 2 フレームでは白表示され、第 3、第 4 フレームでは黒表示される。図に示されているように、通常はフレーム毎に極性が反転される。

反強誘電性液晶ディスプレイに用いられている反強誘電性液晶はスメクティック層と呼ばれる層構造を液晶パネル内で構成している。この層構造は図 4 に示されているように、印加された電圧波形によつてその構造が変化する。

図 4 は反強誘電性液晶のセル内部の層構造を示したものであり、ガラス基板 2 1 a、 2 1 b間に液晶層 2 0が挟持されている。液晶パネルに液晶を注入した直後は、層構造は（ a ) に示すように上下のガラス基板のほぼ中央で折れ曲がったシヱブロン構造をしている。その後、前記層構造制御用電圧波形を印加すると、層構造は（ b ) に示すように上下基板に対して垂直なブックシエルフ構造となる。しかし、その後温度変化が起き、スメクティック層の眉間距離が変化すると、層構造は（ c ) に示すような初期のシェブロン層構造に近い状態に戻る。その後、液晶セルに表示用の電圧波形が印加されると、白表示を行った場合にはブックシヱルフ構造に近い擬似ブックシエルフ構造となり、黒表示を行った場合にはほとんど層構造が変化せず、（ C ) に示すような層構造の状態が保たれる。

先に述べた「焼き付き現象」は、この層構造が温度変化及び表示状態により異なるために生じる現象であると考えられている。

次に、液晶層の温度に対する層間距離と光透過率との関係について説明する。

図 5 は、反強誘電性液晶の温度と層間距離の関係の一例を示したグラフである。この図に示した液晶の場合、室温 TR における層間距離 d R は最も小さくなり、 TR より低い温度 TL における層間距離 d L は増大し、 TR より高い温度 TH における眉間距離 dH も増大する。

図 6 に温度履歴による光透過率の変化の一例を示す。室温 TR において相関距離 d R が最も小さくなる液晶素子からなる液晶パネルの温度を、 TR から TL まで降下させ、再び TR まで上昇させる。図 6 はこの温度履歴の過程における光透過率と温度との関係を示したものであり、光透過率は点 A、点 B、点 Cのように変化した。即ち、この例の場合、光透過率は TR から TL までの温度降下時には a %から b %へ透過率は減少し、 TL から TR までの温度上昇時には光透過率は上昇し、点 Cでのレベルは c %となった。また、液晶パネルを温度を TR から TH まで上昇させ、再び TR まで下降させると、光透過率は点 A、点 D、点 Eのように変化した。即ち、この例の場合、光透過率は TR から TH までの温度上昇時には a %から b %へ透過率は減少し、 TH から TR までの温度下降時には光透過率は上昇し、点 Eでのレベルは e %となった。

上記結果から、光透過率の変化は層間距離が短くなる場合には増加し、層間距離が長くなる場合には減少することがわかる。

従来は「焼き付き現象」を防止するため、表示用駆動回路とは別に層構造制御用電圧波形回路を設け、層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加していた。この層構造制御用電圧波形は反強誘電性液晶の層構造を、例えば図 4 ( a ) 又は（ c ) に示すシェブロン構造から図 4 ( b ) に示すブックシヱル構造に変化させるために液晶に印加される。層構造制御用電圧波形としては矩形波が適している。周波数は 1 H z — 1 0 0 H zで、電圧値としては液晶パネルの上下のガラス基板間で絶縁破壊を起こさない ± 1 0 V〜土 5 0 Vが適していることがわかった。

図 7 は、上記層構造制御用電圧波形の例を示したものである。この図の波形では、周波数が 2 O H zで電圧値は ± 4 0 Vである。一方、図 3 に示したような反強誘電性液晶の表示用駆動電圧波形の周波数は、用いる商品によって異なる力く、 3 0 H z〜 7 0 H zである。また、選択期間（ S e ) に印加される電圧は、例えば ± 3 0 Vであり、非選択期間（N S e ) に印加される保持電圧は通常 ± 1 0 V前後である。

上記 2種類の電圧波形を検討した結果、発明者は、上記反強誘電性液晶の表示用駆動電圧波形において、非選択期間（N S e ) に印加される走査電圧の波高値を選択期間（ S e ) に印加する電圧の波高値と同一にすることにより、最適な層構造制御用電圧波形に近い電圧波形を得られることがわかった。

図 8 は、図 3 に示した反強誘電性液晶の表示用駆動電圧波形において、非選択期間（N S e ) に印加される走査電圧の波高値を選択期間（ S e ) に印加する電圧の波高値と同一にした場合の波形を示したものである。図 8 において、（ a ) は走査電圧波形、（ b ) は信号電圧波形、（ c ) は合成電圧波形、（ d ) は光透過率を表す。図 8 に示された波形は、層構造制御用電圧波形に近い電圧波形となつている。

図 8 に示した波形は、リセット期間（R s ) を有している。し力、し、走査電圧波形の 1 フレームの全ての期間（選択期間、非選択期間、リセット期間）の電圧波形の波高値が全て等しい場合には、より効果の高い層構造制御用電圧波形とすることができる。そのため

、図 8 に示した電圧波形において、リセット期間の長さを調節できるようにした。図 9 は、リセット期間（ R s ) を 0 にした場合の波形を示したものである。なお、リセット期間の制御は、図 1 0の駆動電圧波形制御回路 1 1 が走査電圧波形発生回路 1 3 に対して行う図 1 0 は、層構造制御用電圧波形回路を別途に設けることなく、層構造制御用電圧波形を出力する構成を有した、本発明反強誘電性液晶ディスプレイのプロック図を示したものである。

本発明による反強誘電性液晶液晶ディスプレイは図 1 0 に示すように、液晶パネル 1 0、駆動電圧波形を制御するための駆動電圧波形制御回路 1 1 、表示データ発生回路 1 2、走査電圧波形発生回路 1 3 と信号電圧波形発生回路 1 4、電源回路 1 5、及び温度センサ 1 6 を有している。電源回路 1 5では走査電圧波形及び信号電圧波形に必要なの直流電圧を作り出しており、それぞれ必要なタイミングで各レベルの電圧値が走査電圧発生回路 1 3 及び信号電圧発生回路 1 4 から液晶パネルに出力される。そして、これらが表示用駆動回路を構成している。

電源回路 1 5 から作り出される直流電圧は 7 つのレベルを有する。即ち、走査電圧発生回路から選択期間に出力される土 V S、非選択期間に出力される土 V 0、リセット期間に出力される 0、及び信号電圧発生回路から出力される土 V Cである。

図 1 1 は、図 1 0 における電源回路 1 5の構成のうち、走査電圧発生回路から選択期間に出力される土 V S、非選択期間に出力される土 V Oを、本発明に基づいて切り換えるための構成の一例を示した図である。

通常の液晶駆動の場合に、図 3 ( a ) に示されている走査電圧波形を出力する時は、図 1 1 に示す電源回路 1 5 の切り換えスィッチ S W 1 と S W 2 は共に接点 bに接続されている。そして、選択期間には士 V Sが出力され、非選択期間には土 V 0が出力される。

これに対して、層構造制御用電圧波形を印加する時は、図 1 1 に示す電源回路 1 5 の切り換えスィッチ S W 1 と S W 2 を共に接点 a に切り換える。すると、選択期間及び非選択期間に土 V Sが出力され、図 8 ( a ) に示されている走査電圧波形が出力される。

電源回路 1 5では、交流 -直流変換回路で一般の交流電圧を所定の直流電圧（例えば、 5 V) に変換する。さらにこの変換された直流電圧を直流電圧変換回路で変換し、選択電圧（V S ) として例えば約 ± 3 0 Vの直流電圧、及び非選択電圧（V O) として約 ± 7 V の直流電圧、及び信号電圧（V C ) として ± 6 Vの直流電圧を作り出す。

図 1 0 に示されているように、液晶パネル 1 0 の表面の温度を測定するための温度センサー 1 6が液晶パネル 1 0 の表面に設置されている。この温度センサー 1 6からの情報が電源回路 1 5 に入力され、温度変化に応じてスィツチ S W 1 と SW 2 の接点 a又は bを選択する。

本発明では通常の表示を行っている場合には、図 3 に示す駆動波形を液晶に印加して表示を行う。一方、液晶パネル 1 0の温度が例えば室温から 1 0 °C以下に下がり、その後再度 1 0 °C以上になった場合、層構造が変化することにより「焼き付き現象」が生じる。その場合、「焼き付き現象」を低減するため、図 8 に示されている層構造制御用電圧波形を液晶パネルに印加する。

図 1 2 は、通常の駆動波形を液晶に印加している時に温度変化が起こり、温度変化により生じる「焼き付き現象」を低減するため、図 1 1 のスィッチ S W 1 と S W 2 の接点を bから a に切り換えた場合の走査電圧波形である。通常の駆動電圧波形（フレーム F 1 〜F 4 ) の後に、層構造制御用電圧波形として図 8 ( a ) に示されている走査電圧波形（フレーム F 5〜）が液晶に印加される。 1 フレームの時間（リセット期間、選択期間、非選択期間を合計した時間）が約 1 7 m s の走査側電圧波形において、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値が、共に ± 3 0 Vである層構造制御用電圧波形を、液晶パネルに約 1 秒間印加した。その結果、温度変化による層構造の変化が修正され、「焼き付き現象」は起きなかった。また層構造制御用電圧波形が印加される時間は非常に短いために、表示の質にほとんど影響がなかった。なお、層構造制御用電圧波形をどのくらいの時間出力するかは、図 1 0 の駆動電圧波形制御回路 1 1 から電源回路 1 5 に対して指令する。

また層構造制御用電圧波形として、走査電圧波形において、選択期間に印加される電圧波形の波高値と非選択期間に印加される電圧波形の波高値が共に ± 3 0 Vで、リセッ卜期間が 0 である図 9 に示したような電圧波形を用いた場合も、同様に「焼き付き現象」を低減することが出来た。

上記説明では温度センサ 1 6からの情報にに基づいて層構造制御用電圧波形を出力しているが、所定時間経過毎に層構造制御用電圧波形を出力してもよい。この場合は、図 1 0 における温度センサは不要となる。その代わりに電源回路 1 5 にタイマを設けて層構造制御用電圧波形を所定時間経過毎に出力する。

図 1 3 は本発明で用いる反強誘電性液晶デイスプレイを構成する液晶パネル 1 0の構成の例を示した図である。液晶パネル 1 0 は約 2 ILLの厚さの反強誘電性液晶層 2 0 を持つ一対のガラス基板 2 1 a 、 2 1 b と 2枚のガラスを張り合わせるためのシール材 2 2 a と 2 2 b とから構成されている。ガラス基板の対向面には電極 2 3 a、 2 3 bが形成されており、その上に高分子配向膜 2 4 a、 2 4 b力く塗布され、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 2 5 aが設置されており、他方のガラス基板の外側には第 1 の偏光板 2 5 aの偏光軸と 9 0 ° 異なるようにして第 2 の偏光板 2 5 bが設置されている。また、液晶パネル 1 0 の表面には温度センサ 1 6 が設けられている。

Claims

請求の範囲

1 . 走査電極と信号電極を有した一対の基板間に反強誘電性液晶を有する液晶パネルを備えた液晶ディスプレイであって、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として任意の期間出力する表示用駆動回路を有する反強誘電性液晶ディスプレイ。

2 . 前記液晶パネルは温度センサを備え、該温度センサからの情報に応じて、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として任意の期間出力する表示用駆動回路を有する、請求の範囲 1 に記載の反強誘電性液晶ディスプレィ。

3 . 前記温度センサからの情報が、反強誘電性液晶の眉間距離が短くなる温度変化を示している場合、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として任意の期間出力する表示用駆動回路を有する、請求の範囲 2 に記載の反強誘電性液晶ディスプレイ。

4 . 選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として所定時間経過毎に任意の期間出力する表示用駆動回路を有する、請求の範囲 1 に記載の反強誘電性液晶ディスプレイ。

5 . 前記表示用駆動電圧波形は前記選択期間の前に調整可能なリセット期間を有する、請求の範囲 1 に記載の反強誘電性液晶ディスプレイ。

6 . 走査電極と信号電極を有した一対の基板間に反強誘電性液晶を有する液晶パネルを備えた液晶ディスプレイにおいて、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として任意の期間出力する反強誘電性液晶ディスプレイの駆動方法。

7 . 前記液晶パネルは温度センサを備え、該温度センサからの情報に応じて、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として任意の期間出力する、請求の範囲 6 に記載の反強誘電性液晶ディスプレイの駆動方法。

8 . 前記温度センサからの情報が、反強誘電性液晶の層間距離が短くなる温度変化を示している場合、選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として任意の期間出力する、請求の範囲 7 に記載の反強誘電性液晶ディスプレィの駆動方法。

9 . 選択期間に印加される走査電圧波形の波高値と非選択期間に印加される走査電圧波形の波高値とが等しい表示用駆動電圧波形を、層構造制御用電圧波形として所定時間経過毎に任意の期間出力する、請求の範囲 6 に記載の反強誘電性液晶ディスプレイの駆動方法

1 0 . 前記表示用駆動電圧波形は前記選択期間の前に調整可能なリセット期間を有する、請求の範囲 6 に記載の反強誘電性液晶ディスプレイの駆動方法。