JP2005265869A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時分割駆動方法では走査電極を１本目から順番に全て走査するため、多くの電流を消費していた。また、走査電極の本数が多くなると画面の書き換えの時間が長くなるという問題も生じていた。
【解決手段】
一対の基板間に液晶を挟持し、複数の走査電極を備え、複数の画素を有する液晶表示装置であって、複数の画素のうち、直前の表示状態と異なる表示状態にスイッチングする画素を抽出し、これら画素を構成している走査電極に対してのみ、同時に同一の表示状態となるリセット電圧を印加する。
【選択図】 図１

Description

本発明は一対の基板間に液晶を狭持した液晶表示装置及びその液晶表示装置の駆動に関するものであり、特にメモリー性を有する液晶を用いた液晶表示装置に関する。

液晶パネルを駆動する方法として、時分割駆動方法が知られている。時分割駆動方法は、図２のように一対の基板上のそれぞれに複数の走査電極（Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４・・・Ｘｎ）、および複数の信号電極（Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３・・・Ｙｍ）を形成し、これらが対向したところのマトリックス状に位置する画素に対応して、走査電極へ１本ずつ電圧を印加し、これに同期して信号電極から表示状態に応じた電圧波形が印加される。つまり、一つの画素に表示データを書き込むためには、走査電極（Ｘｎ）に印加された電圧波形と、信号電極（Ｙｍ）に印加された電圧波形との合成電圧波形により、画素の透過率、すなわち透過の状態が決定する。

このような液晶パネルに使用できる液晶は、様々な種類の液晶を用いることができる。例えば、ＴＮ型液晶やＳＴＮ型液晶の他に、電圧が無印加時においても表示状態を維持することができるメモリー性を示す液晶も使用することが可能である。

表示画面を頻繁に切り替えないような携帯情報端末の表示装置として、このメモリー性を有する液晶が注目されている。この特徴を用いることで液晶表示装置の消費電力を低減することが可能になる。メモリー性を有する液晶としては、例えば強誘電性液晶、コレステリック液晶等が知られている。

ここで、強誘電性液晶を用いた液晶パネルに関して詳しく説明する。一般的に強誘電液晶分子は電界などの外部からの変化によって、円錐（以後、液晶コーンを称する。）の側面に沿ってスイッチングすることが知られている。強誘電液晶を一対の基板間に狭持し、液晶パネルとして用いる際には、電圧を印加する極性によって、液晶コーンの側面の２カ所に位置するように強誘電性液晶を制御する。この２カ所の安定な強誘電性液晶の状態を第１の強誘電状態、第２の強誘電状態と称する。

図３は強誘電性液晶を用いる場合の、強誘電性液晶パネル構成図の一例である。互いの偏光軸方向をほぼ直角（クロスニコル）に合わせた偏光板４１ａ、４１ｂの間に、どちらかの偏光板の偏光軸方向と、電圧無印加時における第１の強誘電状態の分子長軸方向ｎ１か、第２の強誘電状態の分子長軸方向ｎ２か、どちらか一方の強誘電状態となる強誘電性液晶の分子長軸方向とが平行になるように、一対の基板間に強誘電液晶を狭持した液晶セル４２をおいた。図３の場合は偏光板４１ａの偏光軸方向ａと、第２の強誘電状態の分子長軸方向ｎ２とをほぼ平行に配置している。

図３のような偏光板の設置構成では、強誘電性液晶が偏光板の偏光軸の方向と平行に配置した方の強誘電状態、ここでは第２の強誘電状態にスイッチングすると、光が透過せず強誘電性液晶パネルは黒表示（非透過状態）となる。また印加電圧の極性によって、強誘電性液晶は偏光板の偏光軸と一致させなかった方の強誘電状態、ここでは第１の強誘電状態にスイッチングし、強誘電性液晶分子が偏光軸に対して、ある角度を持って傾くため、光の透過が起き、白表示（透過率の高い透過の状態）とすることができる。ここでは第２の強誘電状態に偏光板の偏光軸方向を一致させたが、第１の強誘電状態の分子長軸方向ｎ１と偏光板の偏光軸方向を一致させることもできる。その場合には第１の強誘電状態で黒表示（非透過状態）にスイッチングし、第２の強誘電状態で白表示（透過率の高い状態）
にスイッチングすることができる。どちらの設置構成についても採用できるが、以後図３のように設置構成を採用した場合について説明する。

この強誘電性液晶パネルに印加した印加電圧の値と、強誘電性液晶パネルの透過率との関係を示したのが図４である。図４に示すように、強誘電液晶にある値以上の正極性である第１の極性の印加電圧によって、強誘電性液晶は第１の強誘電状態をとり、強誘電性液晶パネルは光が透過し透過の高い状態にスイッチングし、ある値以上の負極性である第２の極性の印加電圧によって、第２の強誘電状態をとり、光が透過しない非透過状態にスイッチングする。この図から分かるように、強誘電性液晶は印加電圧が０Ｖの場合でも透過率が維持され、すなわち外部から電圧が供給されなくとも一度書き込んだ表示状態は、外部からの電圧が供給されなくとも保持することができる。

図３の偏光板構成の強誘電性液晶パネルを用いた、代表的な駆動電圧波形を図５に示す。電極の構成は図３と同じとしている。電圧に応じた強誘電性液晶パネルの１画素を透過する光量変化（透過率）を示しており、ＯＮ（Ｗ）は透過の状態が白表示にスイッチングした場合、ＯＦＦ（Ｂ）は透過の状態が非透過状態の黒表示にスイッチングした場合を示している。強誘電性液晶パネルの画素（Ａｎｍ）に印加した電圧は、走査電極（Ｘｎ）に印加される走査側電圧波形と、信号側電極（Ｙｍ）に印加される信号側電圧波形を合成した合成電圧波形で表すことができる。

図５の駆動波形は１回の表示データに基づく表示を実行するために一つの走査期間（フレーム期間）を構成し、一つのフレーム期間内には、表示データに基づく表示状態を選択する選択期間（Ｓｅ）と、選択した表示状態を保持するための非選択期間（ＮＳｅ）とを設定し、次の表示を書き込むために、表示状態に依存せず、白表示か黒表示かのどちらか一方の表示状態とするリセット期間（Ｒｓ）を選択期間の開始以前に設定している。図５ではリセット期間の前半に、白表示（透過率の高い状態）となる第１の強誘電状態となる正極性のパルスを印加し、リセット期間の後半に黒表示（非透過状態）となる第２強誘電状態にリセットする負極性のパルスを印加している。

このように表示を実行する際には、以前の表示状態に係らず、ある一定の表示状態とするためのリセット電圧を印加することが行われる。特にメモリー性を有する液晶を用いる液晶パネルでは、リセット電圧を印加することで良好な表示を実行することができる。強誘電性液晶パネルでは、リセット電圧として極性の異なるパルスを印加し、両方の強誘電状態を実行するリセット期間を設定することが一般的である。また、時分割駆動を行う場合には、１本目の走査電極から順に、このリセット期間が設定され、リセットパルスが走査電極に順次印加される。

消費電力を低減する従来技術として、強誘電性液晶を用いた表示装置では、表示データを比較し表示内容を変更するか、もしくは保持するかを判定し、必要な画素のみに消去電圧または書き込み電圧を印加し、それ以外の画素には保持電圧を印加する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。またメモリー性を持たない液晶を用いた場合の従来技術そしては、表示画面の一部分だけを表示状態とし、他の部分を非表示状態として、消費電力を低減する技術が公開されている。（例えば、特許文献２）

特開平５−５３５３７号公報 特開２００４−４８３８号公報

しかしながら、従来の時分割駆動方法では走査電極を１本目から順番に走査されていく
ため、表示内容を書き換える必要がない走査線電極にも必ず走査電圧が印加されていき、その度に液晶パネルに電荷が充電され、多くの電流を消費していた。また、走査電極の本数が多くなると画面の書き換えの時間が長くなるという問題も顕著となっていた。

そこで本発明では、画面の書き換え時間を短縮し、また消費電流を低減すること可能とした液晶表示装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の液晶光学装置では、以下の構成を採用した。一対の基板間に液晶を挟持し、複数の走査電極を備え、複数の画素を有する液晶表示装置であって、これら複数の画素のうち、直前の表示状態と異なる状態にスイッチングする画素を抽出し、この画素を構成している走査電極に対してのみ、同時に同一の表示状態となるリセット電圧を印加することを特徴としている。

また、画素の表示データを記憶し、次に表示される表示データとを比較する回路を備えていることが好ましい。さらに使用する液晶として液晶が、無電圧状態でも表示状態を維持することのできるメモリー特性を示す液晶であることが好ましい。

本発明は全画面を対象としながらも、スイッチングする必要のある画素を構成している走査側電極のみに、つまり、部分的な電極のみを走査することにより、消費電流を低減させるだけでなく、１画面を書き込みための時間をより短くすることができ、より早い画面書き込みを可能とするものである。

特に、表示データに依存しないＯＮまたはＯＦＦのいずれかの状態に液晶分子をスイッチングさせるためのリセット電圧を、一部の走査電極に対して、同時に印加することによって、走査電極に対して１本目から順にリセット電圧を印加するよりも、高速に画面書き換えを行うことができ、ちらつきが少ない。

さらに自発分極を持った強誘電性液晶等の材料を用いた場合には、液晶分子がスイッチングすることにより流れる分極反転電流も消費することがなくなるため、より低消費電力を可能とすることができる。

本発明の液晶光学装置では、最低２つの表示画面の表示データを比較することができる表示データ比較回路を備えており、現在表示している画面の表示データと、次に表示される表示画面の表示データを比較し、表示データを更新する必要のある画素を表示データの書き込み以前に選定し、これにより表示データを更新する必要のある画素を備えた走査電極のみに表示データを表示するための電圧を印加する。

画素に表示するための電圧が印加されると、液晶パネルに電荷を充電するための電流が消費される。表示内容によっては、以前の表示データを更新する必要のない画素も存在しており、このような画素で構成されている走査電極に書き込み電圧を印加しないことによって、液晶パネルに電荷を充電するために必要な電流が消費されず、消費電流をより少なくすることができる。

また表示データを更新する走査電極のみに対して、同時にリセット電圧を印加するので、１本ずつ順にリセット電圧を印加するより、リセット電圧を印加する期間を走査電極数だけ、減らすことができ、高速な駆動が実現でき、一斉にリセットされるため、ちらつきも少ない。

以下本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図６は本実施例に用いた液晶パネル構成図である。本実施例では液晶として、強誘電性液晶を採用した。この強誘電性液晶パネルは約２μの厚さの液晶層７２を備え、一対のガラス基板７３ａ、７３ｂと、２枚のガラスを接着するシール材７７とで構成されている。ガラス基板の対向面には電極（ＩＴＯ）７４ａ、７４ｂが形成されており、その上に配向膜７５ａ、７５ｂ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７１ａ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７１ａの偏光軸と９０°異なるようにして第２の偏光板７１ｂが設置されている。この液晶パネルの裏側にはバックライト７６が設置されている。

この強誘電性液晶パネルの電極構成は、先に説明した図２のような、マトリックス状に配置した走査電極と信号電極を採用した。走査電極をそれぞれＸ１、Ｘ２、Ｘｎに配置し、信号電極はＹ１、Ｙ２、Ｙｍと配置した。具体的には走査電極が６０本、信号電極は６０本とした。それぞれが交差する斜線部分が画素であり、Ｘｎの走査電極とＹｍの走査電極とが交差したところの画素はＡｎｍである。

本発明で用いた駆動方法は図５に示した駆動波形を用いた。図５では、１画面を書き込むために必要な期間を走査期間（フレーム）とし、１本目の走査電極（Ｘ１）における走査側電圧波形、信号電極（Ｙｍ）における信号側電圧波形、およびそれらが交差したところの画素（Ａ１ｍ）における合成駆動電圧波形、およびそれに応じた透過光量（Ｔ）の変化を示している。信号電極はＹｍとしたが、６０本目の信号電極ではなく、任意の位置の画素における合成駆動電圧波形を示している。

図１は走査電極と、走査電極に印加される走査側電圧波形の概略図が示されている。走査側電圧波形は、表示データには依存せず、常に黒表示にするための±２０Ｖ、パルス幅２００μSのリセット電圧が印加されるリセット期間（Ｒｓ期間）と、表示データによって白表示のスイッチングを行うか、黒表示のスイッチングを行うかを選択するための±２０ｖ、パルス幅１００μSの書き込み電圧が印加される選択期間と、電圧が印加されない非選択期間から構成されている。

直前の表示状態と異なる状態にスイッチングする画素が存在する走査電極を斜線で示している。この斜線でハッチングされた走査電極（Ｘ２、Ｘ５、Ｘ６、Ｘ６０）が書き換える対象となり、つまり電極に書き込み電圧を印加する必要のある電極である。斜線でハッチングしていない走査電極には、電圧が印加されず、書き換えが必要な電極のみに走査側電圧波形が印加された。

表示データの書き換えが必要な画素を備える走査電極のみに、まず一斉にリセット電圧を印加し、その後書き込み電圧を上から順次印加した。よって１番目に走査電極Ｘ２に書き込み電圧が印加された。走査電極Ｘ２には、図５に示すところの、走査側電圧波形が印加されたことになる。次に走査電極Ｘ５、走査電極Ｘ６と順に書き込み電圧が印加された。信号電極（Ｙｍ）に印加する信号電圧波形では、図１には図示しないが、パルスは±５Ｖの電圧が印加され、表示データに応じて異なるパルス幅の電圧値を印加した。

図７に本発明で用いた駆動回路を示す。各画素に表示される表示データは表示データ発生回路８１によって１画面毎に順次作成されていく。１画面毎の表示データは表示データメモリーに保存される。直前の表示画面は表示データメモリーＡ８２へ、次に表示する表示画面が表示メモリーＢ８３に保存され、表示データ比較回路８４で前後の表示画面データの比較を行う。

表示データ比較回路８４によって表示データが比較され、書き換えが必要な画素が判断される。この情報が駆動電圧波形制御回路８５に伝達され、この回路によって、書き換えが必要な画素を構成する走査側電極が決定され、書き換える表示データに応じた制御信号が走査側駆動ＩＣ８６へ伝達され、必要な駆動電圧波形が所定の走査電極へ印加される。また同時に信号側駆動ＩＣ８７へ表示データが伝達され、走査側電圧波形に同期して、信号側電圧波形が出力される。

このように書き換えが必要な走査電圧を抽出して、一部の走査電極だけに電圧が印加されたため、液晶パネルに電荷を充電する充電電流と液晶分子をスイッチングするための分極反転電流の消費を低減することができ、かつ画面書き換えのために必要な時間も短縮することができた。

また、リセット期間を同時に設けているため、書きかえる部分が一斉に同じ表示となるため、順次リセット電圧が印加されるよりも、全体のリセット期間が短縮でき、ちらつきもなかった。

本発明で用いた走査電極と走査側電圧波形の概略図である。 本発明で用いた液晶パネルの電極の構成図である。 本発明で用いた強誘電性液晶パネルと偏光板の構成図である。 本発明で用いた強誘電性液晶パネルの印加電圧と透過率を示す表す図である。 従来の強誘電性液晶パネルの駆動波形とそれに対応する透過光量を示した図である。 本発明で用いた強誘電性液晶パネルの構成図である。 本発明で用いた駆動回路を示す図である。

符号の説明

ＯＦＦ（Ｂ）黒表示
ＯＮ（Ｗ）白表示
Ｒｓ リセット期間
Ｓｅ 選択期間
ＮＳｅ 非選択期間
Ａｎｍ 画素
Ｔ 透過光量
４１ａ、４１ｂ偏光板
４２ 液晶セル
７１ａ、７１ｂ偏光板
７２ 液晶層
７３ａ、７３ｂガラス基板
７４ａ、７４ｂ電極
７５ａ、７５ｂ配向膜
７６ バックライト
７７ シール材
Ｘ１〜Ｘｎ走査電極
Ｙ１〜Ｙｍ信号電極

Claims (3)

1. 一対の基板間に液晶を挟持し、複数の走査電極を備え、複数の画素を有する液晶表示装置であって、
   前記複数の画素のうち、直前の表示状態と異なる表示状態にスイッチングする画素を抽出し、前記画素を構成している前記走査電極に対してのみ、同時に同一の表示状態となるリセット電圧を印加することを特徴とした液晶表示装置。
2. 前記画素の表示データを記憶し、次に表示される表示データとを比較する回路を備えていることを特徴とした請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶が、無電圧状態でも表示状態を維持することのできるメモリー性を示す液晶であることを特徴とした請求項１または２に記載の液晶表示装置。

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