JP4754627B2 - 表示素子の駆動方法および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示素子の駆動方法および表示装置に関し、特に、コレステリック液晶を始めとする静止画表示向けの表示素子の駆動技術に関する。

近年、各企業や大学等の研究機関で電子ペーパの開発が盛んに進められている。電子ペーパが期待されている応用市場としては、電子書籍を筆頭として、モバイル端末のサブディスプレイやＩＣカードの表示部といった多様な応用形態が提案されている。

従来、電子ペーパの有力なものとして、コレステリック液晶が知られている。このコレステリック液晶は、半永久的な表示保持（メモリ性）、並びに、鮮やかなカラー表示、高コントラストおよび高解像性といった優れた特徴を有している。さらに、コレステリック液晶は、ＲＧＢ各反射色を呈する表示層を積層することにより鮮やかなフルカラー表示も可能になる。

また、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ことがあり、ネマティック液晶にキラル性の添加剤（カイラル材とも称される）を比較的多く（数十％）添加することにより、ネマティック液晶の分子がらせん状のコレステリック相を形成する液晶である。

ところで、コレステリック液晶はメモリ性を有する液晶であるため、安価な単純マトリクス駆動が可能であり、例えば、Ａ４サイズ以上の大型化も比較的容易である。そして、コレステリック液晶は、表示内容を更新する（画像を書換える）時だけ電力が消費され、画像の書換えが終了したら電源を全てオフにしても画像はそのまま保持されることになる。

まず、本発明に係る表示素子の一例としてのコレステリック液晶の駆動例について説明する。

図１Ａおよび図１Ｂはコレステリック液晶の配向状態を説明するための図であり、図１Ａはプレーナ状態を示し、図１Ｂはフォーカルコニック状態を示す。

コレステリック液晶は、プレーナ状態およびフォーカルコニック状態の安定した２つの状態を無電界下でとることができる。

すなわち、図１Ａに示されるように、プレーナ状態において、入射光は液晶で反射されるため、人間の目はその反射光を見ることができる。

また、図１Ｂに示されるように、フォーカルコニック状態において、入射光は液晶を通過する。そして、液晶層とは別に光吸収層を設けることにより、フォーカルコニック状態において、黒色を表示させることができる。

ここで、プレーナ状態においては、液晶分子の螺旋ピッチに応じた波長の光が反射され、反射が最大になる波長λは、液晶の平均屈折率をｎとし、螺旋ピッチをｐとすると、λ＝ｎ・ｐで示される。なお、反射帯域Δλは、液晶の屈折率異方性Δｎに伴って大きくなり、液晶の平均屈折率ｎおよび螺旋ピッチｐを選ぶことにより、プレーナ状態時には波長λの色を表示させることができる。

図２Ａ，図２Ｂおよび図２Ｃはコレステリック液晶を駆動するための電圧特性（時間と電圧との関係）を示す図であり、液晶に印加する電界と各ホメオトロピック状態、フォーカルコニック状態およびプレーナ状態の変化の様子を示している。ここで、ホメオトロピック状態をＨ、フォーカルコニック状態をＦＣ、そして、プレーナ状態をＰとする。

まず、コレステリック液晶に対して強い電界を与えると、液晶分子の螺旋構造は完全にほどけ、全ての分子が電界の向きに従うホメオトロピック状態Ｈになる。

図２Ｂに示されるように、ホメオトロピック状態Ｈから急激に電界をゼロにすると、液晶の螺旋軸は電極に垂直になり、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Ｐになる。

一方、図２Ａに示されるように、液晶分子の螺旋軸がやっとほどける程度の弱い電界の形成後に電界を除去した場合、或いは、図２Ｃに示されるように、強い電界をかけ緩やかに電界を除去した場合には、液晶の螺旋軸は電極に平行になり、入射光を透過するフォーカルコニック状態ＦＣになる。

また、中間的な強さの電界を与え、それを急激に除去すると、プレーナ状態Ｐとフォーカルコニック状態ＦＣの液晶が混在し、中間調の表示が可能になる。

このように、コレステリック液晶は双安定性であり、この現象を利用して情報の表示を行うことができる。

図３はコレステリック液晶の反射率特性（電圧と反射率との関係）を示す図であり、図２Ａ〜図２Ｃを参照して説明したコレステリック液晶の電圧応答性をまとめて示すものである。

図３に示されるように、初期状態がプレーナ状態Ｐ（図３の左端の反射率の高い部分）だと、パルス電圧をある範囲に上げるとフォーカルコニック状態ＦＣへの駆動帯域になり、さらにパルス電圧を上げると再度プレーナ状態Ｐ（右端の電圧の高い部分）への駆動帯域になる。

初期状態がフォーカルコニック状態ＦＣ（左端の反射率の低い部分）だと、パルス電圧を上げるにつれて次第にプレーナ状態Ｐへの駆動帯域になる。

なお、プレーナ状態Ｐでは、右円偏光または左円偏光のみを反射し、残りの円偏光は透過するため、理論上の反射率の最大値は５０％である。

従来、プレーナ状態およびフォーカルコニック状態を選択して情報を表示する液晶表示素子の駆動方法において、早送りモードでは表示素子を相転移駆動によって迅速に動作させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、フルカラー表示素子をモノクロ表示用として転用可能な情報表示装置として、液晶を透明基板間に挟持したＲ、Ｇ、Ｂをそれぞれ発色する三つの表示層の同一画素を同時に駆動してモノクロで情報を表示するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−１７１８３７号公報 特開２０００−１９４００５号公報

前述したように、近年、電子ペーパは、例えば、コレステリック液晶等を使用して実用化されつつある。ところで、電子ペーパでは、例えば、表示エリア内の特定の領域のみ書換え機能（部分書換え機能）が求められている。

本出願人は、従来、高速に部分的な画面の書換えができる液晶表示素子の駆動方法に関する特許出願を行った（日本国特願２００５−０９９７１１）。

図４Ａおよび図４Ｂは、日本国特願２００５−０９９７１１で提案した関連技術の表示素子の駆動方法の一例を説明するための図である。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、参照符号１００は元の画像（既存の画像）、１２１は走査側のドライバＩＣ（スキャンドライバ）、１２２はデータ側のドライバＩＣ（データドライバ）、２００は部分書換え後の画像、そして、Ｒ０は部分的な書換え領域を示している。

図４Ａに示す元の画像１００において、部分的な書換え領域Ｒ０を書換えて図４Ｂに示す部分書換え後の画像２００を表示する場合、前述した関連技術では、通常の画像を表示する場合のように、スキャン側の全ての領域（全てのスキャン電極）Ｓ１０を通常の速度でスキャンして画像の書込みを行うのではなく、例えば、書換え領域Ｒ０を含むスキャン側の領域（書換え領域Ｒ０に対応するスキャン電極）Ｓ１２を通常の速度でスキャンして画像の書込み（書換え）を行うと共に、書換え領域Ｒ０を含まないスキャン側の領域（書換え領域Ｒ０に対応しないスキャン電極：スキップ領域）Ｓ１１およびＳ１３を高速でスキャンして元の画像をそのまま維持するようになっている。

すなわち、スキャンドライバ１２１によるスキャン動作は、まず、部分書換えを行わない領域Ｓ１１を高速モードでスキャンし、部分書換えを行う領域Ｒ０に到達したら通常の走査速度のスキャンにより画像の書換えを行い、その後、書換え領域Ｒ０のスキャンが終わったら、部分書換えを行わない領域Ｓ１３を高速モードでスキャンする。これにより、画像の部分書換えの処理動作を高速化する。

ここで、書換えを行わないスキップ領域（Ｓ１１、Ｓ１３）に対しては、既に書込まれている表示画像に影響を及ぼさないように、データドライバ１２２からの電圧出力をオフにするのが最も好ましいが、高速にすることで液晶の応答が鈍くなるため、この現象を利用して電圧出力をオフすることなくスキャンを行うこともできる。

図５は高速スキャンによる閾値特性のシフトを説明するための図である。
すなわち、書換え領域Ｒ０の前後の領域（Ｓ１１、Ｓ１３）をスキャンする高速モードにおいて、例えば、±２４Ｖ或いは±３２Ｖの電圧が印加されるが、例えば、図５に示されるように、高速スキャン時における閾値特性は大きくシフト（高電位側へシフト）し、具体的に、コレステリック液晶の動作閾値電圧は３２Ｖ以上の高い電圧にシフトするため、例えば、±２４Ｖ或いは±３２Ｖの電圧が印加されても液晶の配向状態（表示状態）が変化することはない。従って、スキップ領域Ｓ１１、Ｓ１３では、電圧出力をオフせずにスキャンを高速にするだけで元の画像をそのまま維持することができる。

このように、関連技術の表示素子の駆動方法によれば、元の画像の一部を部分書換えする場合、書換え処理の高速化を行うことが可能であった。

しかしながら、関連技術の表示素子の駆動方法には、以下に述べるような解決すべき課題が存在した。

図６Ａは関連技術の表示素子の駆動方法における課題を説明するための図である。
図６Ａに示されるように、例えば、書換え領域Ｒ１がスキャン方向（図６Ａにおける縦方向）に長い形状の場合、通常の速度でスキャンを行う書換え領域Ｒ１を含む領域Ｓ２２が殆どの部分を占め、高速スキャンを行う書換えを行わないスキップ領域Ｓ２１、Ｓ２３が少なくなり、高速化の効果を十分に発揮させることができない。

すなわち、図６Ａに示すような書換え領域Ｒ１がスキャン側の殆どの領域をカバーする場合、前述した関連技術の表示素子の駆動方法では、部分的な書換えにも関わらず画面の大半をスキャンすることになるため、部分書換え本来の時間短縮というメリットを活かせないことになる。

本発明は、上述した従来の表示素子の駆動方法が有する課題に鑑み、部分的な画面の書換えをより一層高速化することのできる表示素子の駆動方法および表示装置の提供を目的とする。

本発明の第１の形態によれば、互いに対向状態で交差する複数の第１の電極および複数の第２の電極、並びに、該各第１の電極と該各第２の電極間の表示媒体を備える表示素子を、前記第１の電極に接続された第１のドライバおよび前記第２の電極に接続された第２のドライバにより駆動する表示素子の駆動方法であって、前記第１および第２のドライバの一方をスキャンドライバとし、且つ、前記第１および第２のドライバの他方をデータドライバとし、既存の表示画像における部分的な書換え領域において、該書換え領域に対応する電極の数が少ない方をスキャンドライバとして選択し、前記スキャンドライバは、前記書換え領域に対応するスキャン電極を第１の速度でスキャンし、且つ、その他のスキャン電極を前記第１の速度より高速でスキャンすることを特徴とする表示素子の駆動方法が提供される。

本発明の第２の形態によれば、互いに対向状態で交差する複数の第１の電極および複数の第２の電極、並びに、該各第１の電極と該各第２の電極間の表示媒体を含む表示素子と、前記第１の電極に接続された第１のドライバおよび前記第２の電極に接続された第２のドライバと、を有する表示装置であって、前記第１および第２のドライバの一方をスキャンドライバとし、且つ、前記第１および第２のドライバの他方をデータドライバとして選択するドライバ選択回路を備え、前記ドライバ選択回路は、既存の表示画像における部分的な書換え領域において、該書換え領域に対応する電極の数が少ない方をスキャンドライバとして選択し、前記スキャンドライバは、前記書換え領域に対応するスキャン電極を第１の速度でスキャンし、且つ、その他のスキャン電極を前記第１の速度より高速でスキャンすることを特徴とする表示装置が提供される。

本発明の第３の形態によれば、互いに対向状態で交差する複数の第１の電極および複数の第２の電極、並びに、該各第１の電極と該各第２の電極間の表示媒体を含む表示素子と、前記第１の電極に接続された第１のドライバおよび前記第２の電極に接続された第２のドライバと、を有する表示装置であって、前記第１および第２のドライバの一方をスキャンドライバとし、且つ、前記第１および第２のドライバの他方をデータドライバとして選択するドライバ選択回路を備え、前記ドライバ選択回路は、既存の表示画像における部分的な書換え領域において、該書換え領域に対応する電極の数が少ない方をスキャンドライバとして選択し、前記スキャンドライバは、前記書換え領域に対応するスキャン電極を第１の速度でスキャンし、且つ、その他のスキャン電極を前記第１の速度より高速でスキャンする表示装置を適用したことを特徴とする電子端末が提供される。

本発明によれば、部分的な画面の書換えをより一層高速化することのできる表示素子の駆動方法および表示装置を提供することができる。

まず、本発明に係る表示素子の駆動方法の原理を説明する。
図６Ｂは本発明に係る表示素子の駆動方法の原理を説明するための図である。
図６Ａと図６Ｂとの比較から明らかなように、本発明に係る表示素子の駆動方法は、書換え領域Ｒ１が図面の縦方向に長い形状の場合、書換え領域に対応する電極の数が少ない方をスキャンドライバとして選択する。

すなわち、図６Ｂに示されるように、書換え領域Ｒ１が縦方向に長い形状の場合、スキャン方向を横方向に切換える。従って、図６Ｂにおいては、縦方向のドライバ１２１をデータドライバとして使用すると共に、横方向のドライバ１２２をスキャンドライバとして使用することになる。ここで、横方向のドライバ１２２をデータドライバとして使用する場合と、縦方向のドライバ１２１をデータドライバとして使用する場合とでは、データドライバに供給する画像データを変換する必要があるが、これは、後述するドライバ選択およびデータ変換回路（４４）で行うことになる。

そして、図６Ｂに示されるように、例えば、書換え領域Ｒ１がスキャン方向（縦方向）に長い形状の場合、書換え領域Ｒ１の短辺に対応する領域Ｓ３２だけ通常の速度でスキャンを行い、他の殆どの領域Ｓ３１およびＳ３２では高速スキャンを行う。これにより、高速化の効果を十分に発揮させることが可能となる。

以下、本発明に係る表示素子の駆動方法および表示装置の実施例を、添付図面を参照して詳述する。

図７は本発明に係る表示装置（電子端末）の第１実施例を概略的に示すブロック図である。図７において、参照符号１は表示素子、３は電源回路、４は制御回路、５はインバータ、２１は第１のドライバＩＣ（第１のドライバ）、そして、２２は第２のドライバＩＣ（第２のドライバ）を示している。

図７に示されるように、電源回路３は、昇圧部３１、表示素子ドライブ電圧生成部（電圧生成部）３２およびレギュレータ３３を備える。昇圧部３１は、例えば、電池から＋３〜＋５Ｖ程度の入力電圧を受け取り、表示媒体（表示素子１）を駆動する電圧に昇圧して電圧生成部３２に供給する。電圧生成部３２は、第１のドライバ２１および第２のドライバ２２に対してそれぞれ必要な電圧を生成し、レギュレータ３３は、電圧生成部３２からの電圧を安定化させて第１のドライバ２１および第２のドライバ２２に供給する。

制御回路４は、部分書換え入力部４１、画像データ生成部４２、サイズ情報生成部４３、並びに、ドライバ選択およびデータ変換回路４４を備える。制御回路４は、外部から供給された画像データおよび制御信号を演算し、第１のドライバ２１および第２のドライバ２２のいずれか一方をスキャンドライバまたはデータドライバに設定すると共に、他方をデータドライバまたはスキャンドライバに設定し、且つ、それら設定されたスキャンドライバ２１（２２）およびデータドライバに２２（２１）に適した信号を供給する。

部分書換え入力部４１は、外部から供給される画像データおよび制御信号から部分書換えを認識し、画像データ生成部４２で部分書換えを行う領域の画像データを生成すると共に、サイズ情報生成部４３で部分書換えを行う領域のサイズ情報（書換え領域の画面内の位置情報）を生成する。これら書換え領域の画像データおよびサイズ情報は、ドライバ選択およびデータ変換回路４４に入力され、ドライバ選択およびデータ変換回路４４は、スキャン／データモード信号ＣＳ１，データ取り込みクロックＣＳ２，パルス極性制御信号ＣＳ３，フレーム開始信号ＣＳ４，データラッチ・スキャンシフト信号ＣＳ５およびドライバ出力遮断信号ＣＳ６を出力する。

ここで、データ取り込みクロックＣＳ２は、データモードに設定されたドライバに供給され、１ライン分のデータ（部分書換えの場合は、書換えを行う領域のデータ）を順次取込むための信号であり、パルス極性制御信号ＣＳ３は、表示素子１に与えるパルス電圧の極性を反転制御するための信号であり、フレーム開始信号ＣＳ４は、１フレームの画像の開始を示す信号であり、データラッチ・スキャンシフト信号ＣＳ５は、データドライバによりデータが格納されるラインおよびスキャンドライバにより選択されるラインの同期制御を行うための信号であり、そして、ドライバ出力遮断信号ＣＳ６は、データドライバまたはスキャンドライバのドライバ出力を遮断するための信号である。

スキャン／データモード信号ＣＳ１は、第１のドライバ２１および第２のドライバ２２のいずれをスキャンドライバに設定するかを示す信号であり、このスキャン／データモード信号ＣＳ１は、第１のドライバ２１に直接入力されると共に、インバータ５を介して第２のドライバ２２に入力されるようになっている。これにより、第１のドライバ２１および第２のドライバ２２の一方をスキャンドライバ（スキャンモード）に設定し、且つ、第１のドライバ２１および第２のドライバ２２の他方をデータドライバ（データモード）に設定するようになっている。

すなわち、既存の表示画像において一部の領域を書換える場合、その書換え領域に対応する電極の数が少ない方の電極に接続されたドライバをスキャンドライバとして選択し、且つ、書換え領域に対応する電極の数が多い方の電極に接続されたドライバをデータドライバとして選択する。なお、例えば、書換え領域に対応する電極の数が縦および横方向とも同じ場合、すなわち、書換え領域が正方形形状の場合には、例えば、既存の表示画像を書込んだときと同じ選択でスキャンドライバおよびデータドライバを設定する。

従って、ドライバのスキャンモードとデータモードの選択は、図７に示す表示素子において、横長（画像横サイズ＞画像縦サイズ）の部分書換え画像パターン（書換え領域）が入力されたら、第１のドライバ２１をスキャンモード（スキャンドライバ）に設定すると共に、第２のドライバ２２をデータモード（データドライバ）に設定し、逆に、縦長（画像縦サイズ＞画像横サイズ）の部分書換え画像パターンが入力されたら、第１のドライバ２１をデータモードに設定すると共に、第２のドライバ２２をスキャンモードに設定する。

このスキャンモードとデータモードの選択（設定）は、１ビットのスキャン／データモード信号ＣＳ１により行い、例えば、この信号ＣＳ１が低レベル『Ｌ』ならば、そのドライバをスキャンモード（スキャンドライバ）として設定し、逆に、信号ＣＳ１が高レベル『Ｈ』ならば、そのドライバをデータモード（データドライバ）として設定する。なお、第１のおよび第２のドライバの設定は、上記の手法以外に、従来より知られている他の様々な手法を適用してもよい。

ところで、例えば、縦方向の第１のドライバ２１をスキャンドライバとすると共に、横方向の第２のドライバ２２をデータドライバとして使用する場合と、縦方向の第１のドライバ２１をデータドライバとすると共に、横方向の第２のドライバ２２をスキャンドライバとして使用する場合とでは、それぞれデータドライバ２２および２１に対して供給する画像データを変換する必要があるが、この画像データの変換は、ドライバ選択およびデータ変換回路４４で行われる。すなわち、ドライバ選択およびデータ変換回路４４は、画像データ生成部４２およびサイズ情報生成部４３の出力を受け取って各ドライバのスキャンモード／データモードの機能を決定するだけでなく、必要に応じて各ドライバに入力する画像データの再配列（変換）を行う。

図８は図７に示す表示装置における表示素子（液晶表示素子）の一例を概略的に示す断面図である。図８において、参照符号１１および１２はフィルム基板、１３および１４は透明電極（例えば、ＩＴＯ）、１５は液晶組成物（コレステリック液晶）、１６および１７はシール材、１８は光吸収層、そして、１９は駆動回路を示している。

表示素子１は、液晶組成物１５を含み、透明のフィルム基板１１および１２の内面（液晶組成物１５が封入されている面）には、それぞれ垂直に交差する透明電極１３および１４がそれぞれ形成されている。すなわち、対向するフィルム基板１１および１２には複数のスキャン電極１３および複数のデータ電極１４がマトリクス状に形成されている。なお、図８では、一見するとスキャン電極１３とデータ電極１４が平行するように描かれているが、実際には、例えば、１本のスキャン電極１３に対して複数のデータ電極１４が交差しているのはいうまでもない。さらに、各フィルム基板１１および１２の厚さとしては、例えば、０．２ｍｍ程度であり、また、液晶組成物１５の層の厚さは、例えば、３μｍ〜６μｍ程度ではあるが、説明のためにそれらの比率は無視されている。

ここで、各電極１３および１４上には、絶縁性薄膜や配向安定化膜がコーティングされていることが好ましい。また、光を入射させる側とは反対側の基板（１２）の外面（裏面）には、必要に応じて、可視光吸収層１８が設けられる。

本実施例において、液晶組成物１５は室温でコレステリック相を示すコレステリック液晶であり、これらの材料やその組み合わせについては以下の実験例によって具体的に説明する。

シール材１６および１７は、液晶組成物１５をフィルム基板１１および１２間に封入するためのものである。なお、駆動回路１９は、電極１３および１４に所定のパルス状の電圧を印加するためのものである。

フィルム基板１１および１２は、いずれも透光性を有しているが、本実施例の表示素子１として用いることができる一対の基板は、少なくとも一方が透光性を有していることが必要である。なお、透光性を有する基板としては、ガラス基板を例示できるが、ガラス基板以外にも、ＰＥＴやＰＣなどの可撓性の樹脂フィルム基板を使用することができる。また、電極１３および１４としては、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：インジウム錫酸化物）が代表的であるが、その他に、例えば、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide：インジウム亜鉛酸化物）等の透明導電膜、或いは、アルミニウムやシリコン等の金属電極、若しくは、アモルファスシリコン、ＢＳＯ（Bismuth Silicon Oxide：）等の光導電性膜等を用いることができる。

図８に示す液晶表示素子においては、前述したように、透明フィルム基板１１および１２の内表面に互いに平行な複数の帯状透明電極１３および１４が形成されており、これらの電極１３および１４は基板に垂直な方向から見て互いに交差するように向かい合わされている。

本発明に係る表示素子は、電極間の短絡を防止し、或いは、ガスバリア層として液晶表示素子の信頼性を向上させる機能を有する絶縁性薄膜を形成してもよい。また、配向安定化膜としては、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、アクリル樹脂等の有機膜、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の無機材料を例示することができる。なお、電極１３および１４にコーティングする配向安定化膜は、絶縁性薄膜と兼用することもできる。

本発明に係る液晶表示素子は、一対の基板間に、基板間ギャップを均一に保持するためのスペーサを設けてもよい。このスペーサとしては、樹脂製または無機酸化物製の球体をＦ例示することができる。また、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングしてある固着スペーサも好適に用いることができる。

液晶組成物（液晶層）１５を構成する物質としては、例えば、ネマティック液晶組成物にカイラル剤を１０〜４０ｗｔ％添加したコレステリック液晶である。ここで、カイラル剤の添加量は、ネマティック液晶成分とカイラル剤の合計量を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、誘電率異方性が２０以上あることが、駆動電圧の都合上好ましい。すなわち、誘電率異方性が２０以上であれば、駆動電圧が比較的低くなる。また、コレステリック液晶組成物としての誘電率異方性（Δε）は、２０〜５０あることが好ましい。概ねこの範囲であれば、汎用のドライバが利用可能となる。

また、屈折率異方性（Δｎ）は、０．１８〜０．２４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、粘度もつられて高くなって応答速度が低下することになる。また、この液晶の厚みは、３μｍ〜６μｍ程度が好ましく、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ため好ましくない。

図９Ａ〜図９Ｄは本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するための図であり、また、図１０Ａおよび図１０Ｂは本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するためのフローチャートである。ここで、図９Ａおよび図９Ｂは部分書換え画像パターンが横長の場合を示し、図９Ｃおよび図９Ｄは部分書換え画像パターンが縦長の場合を示している。

まず、ステップＳＴ１で部分書換え条件、すなわち、画像データExample.dat（ｕ，ｖ）および書換え位置（ｘ，ｙ）を設定する。次に、ステップＳＴ２に進んで、画像データExample.dat（ｕ，ｖ）をメモリに格納し、さらに、ステップＳＴ３に進んで、書換え位置（ｘ，ｙ）をメモリに格納する。そして、ステップＳＴ４に進んで、部分書換え画像のサイズに関して、縦サイズ＞横サイズを判別する。

ステップＳＴ４において、部分書換え画像（Ｒ２）の縦サイズが横サイズ以下（縦サイズ≦横サイズ）、すなわち、表示画像における部分的な書換え領域において、書換え領域Ｒ２に対応する縦方向の第１の電極の数が横方向の第２の電極の数よりも少ないと判別されると、ステップＳＴ８に進み、部分書換えを開始する。この状態は、図９Ａおよび図９Ｂに対応し、第１のドライバ２１はスキャンモード（スキャンドライバ）に設定され、且つ、第２のドライバ２２はデータモード（データドライバ）に設定される。なお、この第１のドライバ２１がスキャンドライバであり、第２のドライバ２２がデータドライバである場合のスキャン方向（図９Ａにおける上から下方向）は、予め基本スキャン方向として決められている。

次に、ステップＳＴ９に進んで、ｙライン（領域Ｓ４１）をスキップ（高速スキャン）し、そして、ステップＳＴ１５に進んで、領域Ｓ４２から書換え領域Ｒ２に対応した画像の書込みを開始する。すなわち、ステップＳＴ１６において、図９Ａおよび図９Ｂに示されるように、書換え領域Ｒ２の画像データの座標と、領域Ｓ４２におけるスキャンラインとに対応付けてデータモードのドライバ（第２のドライバ）２２へ順次データを供給する。

すなわち、書換え領域Ｒ２の画像が「明日の天気 晴れ」という横長文字の場合、縦方向（基本スキャン方向）のスキャンが選択され、その時データモードとなっているドライバ２２に対してメモリ内に格納されている部分書換え画像の各ラインの座標データ（０，０），（１，０），（２，０），…，（ｕ−１，０）；（０，１），（１，１），（２，１），…，（ｕ−１，１）；……；（０，ｖ−１），（１，ｖ−１），（２，ｖ−１），…，（ｕ−１，ｖ−１）を順に領域Ｓ４２の各スキャンラインに対応させてデータドライバ２２に書込む。

さらに、ステップＳＴ１７に進んで、電圧パルス出力（３２Ｖまたは２４Ｖ）を対応するデータ電極（第２の電極）に与え、ステップＳＴ１８に進んで、書換え領域Ｒ２の書込を終了する。また、ステップＳＴ１９に進んで、Ｙ−（ｙ＋ｖ）ライン（領域Ｓ４３）を高速スキャンし、そして、ステップＳＴ２０に進んで、部分書換えを終了する。

一方、ステップＳＴ４において、部分書換え画像（Ｒ２）の縦サイズが横サイズよりも大きい（縦サイズ＞横サイズ）、すなわち、表示画像における部分的な書換え領域において、書換え領域Ｒ２に対応する縦方向の第１の電極の数が横方向の第２の電極の数よりも多いと判別されると、ステップＳＴ５に進み、ドライバのモードを切換える。すなわち、スキャンモードをデータモードに変更し、且つ、データモードをスキャンモードに変更する。この状態は、図９Ｃおよび図９Ｄに対応し、第１のドライバ２１はデータモード（データドライバ）に設定され、且つ、第２のドライバ２２はスキャンモード（スキャンドライバ）に設定される。

次に、ステップＳＴ６に進んで、部分書換えを開始し、さらに、ステップＳＴ７に進んで、ｘライン（領域Ｓ５１）をスキップ（高速スキャン）し、そして、ステップＳＴ１０に進んで、領域Ｓ５２から書換え領域Ｒ３に対応した画像の書込みを開始する。すなわち、ステップＳＴ１１において、図９Ｃおよび図９Ｄに示されるように、書換え領域Ｒ３の画像データの座標と、領域Ｓ５２におけるスキャンラインとに対応付けてデータモードのドライバ（第１のドライバ）２１へ順次データを供給する。

すなわち、書換え領域Ｒ３の画像が「明日の天気 晴れ」という縦長文字の場合、横方向（変更スキャン方向）のスキャンが選択され、その時データモードとなっているドライバ２１に対してメモリ内に格納されている部分書換え画像の各ラインの座標データ（０，ｖ−１），（０，ｖ−２），（０，ｖ−３），…，（０，０）；（１，ｖ−１），（１，ｖ−２），（１，ｖ−３），…，（１，０）；……；（ｕ−１，ｖ−１），（ｕ−１，ｖ−２），（ｕ−１，ｖ−３），…，（ｕ−１，０）を順に領域Ｓ５２の各スキャンラインに対応させてデータドライバ２１に書込む。

さらに、ステップＳＴ１２に進んで、電圧パルス出力（３２Ｖまたは２４Ｖ）を対応するデータ電極（第１の電極）に与え、ステップＳＴ１３に進んで、書換え領域Ｒ３の書込を終了する。また、ステップＳＴ１４に進んで、Ｘ−（ｘ＋ｕ）ライン（領域Ｓ５３）を高速スキャンし、そして、ステップＳＴ２０に進んで、部分書換えを終了する。

このように、スキャンモード／データモードの切換えに応じて、部分書換えを行う画像パターンのアドレスへのアクセス手順も変えるようになっている。

図１１は本発明に係る表示装置の第２実施例の要部を模式的に示す図であり、図１２は図１１に示す表示装置におけるドライバの切換えを説明するための図である。図１１および図１２において、参照符号１０１は青色の光を反射する青（Ｂ）層、１０２は緑色の光を反射する緑（Ｇ）層、そして、１０３は赤色の光を反射する赤（Ｒ）層を示している。なお、Ｒ層１０３の下に光を吸収する黒（Ｋ）層を設けることもできる。

図１１に示されるように、本第２実施例の表示装置は、Ｂ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３に対して、それぞれスキャンドライバ（第１のドライバ）２１１，２１２および２１３、並びに、データドライバ（第２のドライバ）２２１，２２２および２２３が設けられている。なお、各層１０１，１０２および１０３では、それぞれスキャンドライバ２１１，２１２および２１３、並びに、データドライバ２２１，２２２および２２３に接続されコレステリック液晶（表示媒体）を挟んで互いに対向状態で交差するスキャン電極およびデータ電極により、表示素子１がフルカラーに近い表示を行うことができるようになっている。

図１２に示されるように、例えば、図９Ｃに示されるような縦長の書換え領域Ｒ３を書込む場合、Ｂ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３の全てのドライバのスキャンモードとデータモードを切換える。すなわち、スキャンモード（スキャンドライバ）となっているＢ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３の第１のドライバ２１１，２１２および２１３をデータモード（データドライバ）に切換え、且つ、データモードとなっているＢ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３の第２のドライバ２２１，２２２および２２３をスキャンモードに切換える。これにより、色数を満足したカラーの部分書換えを行うことができる。

なお、例えば、緑色（Ｇ）を用いた部分書換えだけを行う場合には、Ｂ層１０１およびＲ層１０３は動作させることなく、Ｇ層１０２のみ画像パターンに応じたドライバのモード切換えおよび書換えを行うようにすることができる。

図１３は本発明に係る表示装置の第３実施例の要部を模式的に示す図であり、図１４は図１３に示す表示装置におけるドライバの切換えを説明するための図である。

図１３に示されるように、本第３実施例の表示装置は、Ｂ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３に対して、共通のスキャンドライバ（第１のドライバ）２１、並びに、個別のデータドライバ（第２のドライバ）２２１，２２２および２２３が設けられている。

図１４に示されるように、例えば、図９Ｃに示されるような縦長の書換え領域Ｒ３を書込む場合、Ｂ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３に共通のスキャンモードのドライバ２１をデータモードを切換え、且つ、データモードとなっているＢ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３の第２のドライバ２２１，２２２および２２３をスキャンモードに切換える。この場合、データドライバ２１は、Ｂ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３に共通となるため、部分書換えを行う画像は、例えば、黒白の表示となる。

このように、例えば、部分書換えを行う画像が黒白の表示でよい場合であって部分書換えを高速に行いたい場合には、通常書込みの場合にスキャンドライバとして使用する一方のドライバ（例えば、第１のドライバ２１）をＢ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３で共通化することにより、ドライバの数等を低減して低コスト化することができる。

なお、部分書換えを行う場合、その書換え領域の形状が横長の表示パターンの場合、ドライバのスキャンモードとデータモードの切換えは不要であるため、カラーの部分書換えも可能である。

このように、一方のドライバをＢ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３で共通化した場合には色数の制約が生じるが、例えば、特にカラー表示の必要がないメモや時間表示といった文字や数字パターンを部分書換えさせる場合には、それでも十分である。この場合、部分書換えさせるパターンが文字か画像かに応じてドライバの機能切換えを行うか否かを選択的に制御することもできる。

以下、上述した図１１および図１２に示す第２実施例の表示装置を適用して作製したＱＶＧＡのカラー表示素子の駆動電圧を、図１５Ａ〜図１５Ｄ、並びに、図１６Ａ〜図１６Ｄを参照して説明する。なお、第１のドライバ２１１〜２１３および第２のドライバ２２１〜２２３としては、汎用のＳＴＮドライバを使用した。また、必要に応じて、各ドライバに入力する電圧を安定化させるために、オペアンプのボルテージフォロアを適用してもよい。

図１５Ａはスキャンモードおよびデータモードにおけるドライバへの入力電圧の一例を示す図、図１５Ｂはコレステリック液晶を駆動する場合の対応の一例を示す図、図１５Ｃはスキャンモードおよびデータモードにおけるドライバの出力電圧の一例を示す図、そして、図１５Ｄは液晶に印加される合成波形の一例を示す図である。

まず、図１５Ａおよび図１５Ｂに示されるように、データモード（セグメントモード：データドライバ）では任意のラインが選択可能であり、高レベル『Ｈ』のデータ信号に対して、高レベル『Ｈ』の交流信号としては電圧Ｖ０（３２Ｖ）および低レベル『Ｌ』の交流信号としては電圧Ｖ５（０Ｖ）、並びに、低レベル『Ｌ』のデータ信号に対して、高レベル『Ｈ』の交流信号としては電圧Ｖ２１（２８Ｖ）および低レベル『Ｌ』の交流信号としては電圧Ｖ３４（４Ｖ）を使用する。

また、スキャンモード（コモンモード：スキャンドライバ）では任意のラインの選択は不可であり全ラインをスキャンし、高レベル『Ｈ』のデータ信号に対して、高レベル『Ｈ』の交流信号としては電圧Ｖ５（０Ｖ）および低レベル『Ｌ』の交流信号としては電圧Ｖ０（３２Ｖ）、並びに、低レベル『Ｌ』のデータ信号に対して、高レベル『Ｈ』の交流信号としては電圧Ｖ２１（２８Ｖ）および低レベル『Ｌ』の交流信号としては電圧Ｖ３４（４Ｖ）を使用する。ここで、Ｖ０≧Ｖ２１≧Ｖ３４≧Ｖ５の関係が成立している。

そして、ＲＧＢの各素子（Ｒ層１０３、Ｇ層１０２およびＢ層１０１）において、オン画素には±３２Ｖ、オフ画素には±２４Ｖのパルス電圧が安定して印加され、非選択の画素には±４Ｖのパルス電圧が印加されるようにする。すなわち、図１５Ｂに示されるように、スキャンドライバ（コモンドライバ：ＣＯＭ）およびデータドライバ（セグメントドライバ：ＳＥＧ）には、例えば、図７における電源回路３で生成された３２Ｖ，２８Ｖ，２４Ｖ，８Ｖ，４Ｖ，０Ｖの６つのレベルの電圧が入力される。

従って、スキャンモードのドライバには、３２Ｖ，２８Ｖ，４Ｖ，０Ｖが入力され、また、データモードのドライバには、３２Ｖ，２４Ｖ，８Ｖ，０Ｖが入力され、ドライバのスキャンモードとデータモードを切換える場合、それらのドライバに入力する各電圧入力も切換える。

図１５Ｃに示されるように、スキャンドライバのオンおよびオフ時の出力電圧は、ＯＮ−ＣＯＭが交流駆動の前半は０Ｖで後半は３２Ｖ、および、ＯＦＦ−ＣＯＭが交流駆動の前半は２８Ｖで後半は４Ｖとなっており、また、データドライバのオンおよびオフ時の出力電圧は、ＯＮ−ＳＥＧが交流駆動の前半は３２Ｖで後半は０Ｖ、および、ＯＦＦ−ＳＥＧが交流駆動の前半は２４Ｖで後半は８Ｖとなっている。

そして、図１５Ｄに示されるように、各スキャン電極および各データ電極間の液晶（画素）に対して、選択オンの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ１１は３２Ｖで後半ＡＶ２１は−３２Ｖのパルス波形が印加され、選択オフの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ１２は２４Ｖで後半ＡＶ２２は−２４Ｖのパルス波形が印加され、非選択オンの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ１３は４Ｖで後半ＡＶ２３は−４Ｖのパルス波形が印加され、そして、非選択オフの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ１４は−４Ｖで後半ＡＶ２４は４Ｖのパルス波形が印加されることになる。

なお、部分書換えを行う領域は、例えば、約１０ｍsec.／ラインの速度でスキャンし、部分書換えを行わない非対象の領域は、例えば、μsec.／ライン程度のスキャン速度により一瞬にスキャンが終了することになる。なお、非対象の領域をスキャンする時、ドライバからの電圧出力をオフにするのが好ましいが、高速スキャンにおいて液晶（画素）が応答する電圧以下であれば、それまでの画像を維持するので問題はない。

図１６Ａはスキャンモードおよびデータモードにおけるドライバへの入力電圧の他の例を示す図、図１６Ｂはコレステリック液晶を駆動する場合の対応の他の例を示す図、図１６Ｃはスキャンモードおよびデータモードにおけるドライバの出力電圧の他の例を示す図、そして、図１６Ｄは液晶に印加される合成波形の他の例を示す図である。

図１６Ｂと上述した図１５Ｂとの比較から明らかなように、本例の場合は、データモード（ＳＥＧ）とスキャンモード（ＣＯＭ）で同じレベルの電圧３２Ｖ，２６Ｖ，６Ｖ，０Ｖの電圧を各ドライバに入力するようになっている。なお、図１６Ａは前述した図１５Ａと同じものである。

図１６Ｃに示されるように、スキャンドライバのオンおよびオフ時の出力電圧は、ＯＮ−ＣＯＭが交流駆動の前半は０Ｖで後半は３２Ｖ、および、ＯＦＦ−ＣＯＭが交流駆動の前半は２６Ｖで後半は６Ｖとなっており、また、データドライバのオンおよびオフ時の出力電圧は、ＯＮ−ＳＥＧが交流駆動の前半は３２Ｖで後半は０Ｖ、および、ＯＦＦ−ＳＥＧが交流駆動の前半は２６Ｖで後半は６Ｖとなっている。

そして、図１６Ｄに示されるように、各スキャン電極および各データ電極間の液晶（画素）に対して、選択オンの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ３１は３２Ｖで後半ＡＶ４１は−３２Ｖのパルス波形が印加され、選択オフの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ３２は２６Ｖで後半ＡＶ４２は−２６Ｖのパルス波形が印加され、非選択オンの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ３３は６Ｖで後半ＡＶ４３は−６Ｖのパルス波形が印加され、そして、非選択オフの液晶には、交流駆動の前半ＡＶ３４および後半ＡＶ４４共に０Ｖが印加されることになる。

このように、データモードとスキャンモードで各ドライバに入力する電圧レベルを共通化することにより、駆動マージンは少し狭くなるものの、電圧の生成レベルを減少させることができるため省電力化が可能となり、さらに、電圧切換え回路も不要となるため、コストの低減を図ることができる。ここで、駆動マージンは、例えば、素子構造の工夫等によって広げることも可能である。

なお、部分書換えを行う領域は、例えば、約１０ｍsec.／ラインの速度でスキャンし、部分書換えを行わない非対象の領域は、例えば、μsec.／ライン程度のスキャン速度により一瞬にスキャンが終了することになる。ここで、非対象の領域の画素のスキャン時は、ドライバからの電圧出力をオフにしていることが好ましい。

以上、既存の表示画像における部分的な書換えを行う場合、その書換え領域に対応する電極の数が少ない方をスキャンドライバとして選択することで、書込み（書換え）処理をより一層高速化することができる。

本発明は、コレステリック液晶に限らず、例えば、電気泳動や電子分流体を使用した電子ペーパやそれらによる表示装置を有する電子端末に対して幅広く適用することができる。

コレステリック液晶の配向状態を説明するための図（その１）である。 コレステリック液晶の配向状態を説明するための図（その２）である。 コレステリック液晶を駆動するための電圧特性を示す図（その１）である。 コレステリック液晶を駆動するための電圧特性を示す図（その２）である。 コレステリック液晶を駆動するための電圧特性を示す図（その３）である。 コレステリック液晶の反射率特性を示す図である。 関連技術の表示素子の駆動方法の一例を説明するための図（その１）である。 関連技術の表示素子の駆動方法の一例を説明するための図（その２）である。 高速スキャンによる閾値特性のシフトを説明するための図である。 関連技術の表示素子の駆動方法における課題を説明するための図である。 本発明に係る表示素子の駆動方法の原理を説明するための図である。 本発明に係る表示装置の第１実施例を概略的に示すブロック図である。 図７に示す表示装置における表示素子の一例を概略的に示す断面図である。 本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するための図（その１）である。 本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するための図（その２）である。 本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するための図（その３）である。 本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するための図（その４）である。 本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するためのフローチャート（その１）である。 本発明に係る表示素子の駆動方法の一例を説明するためのフローチャート（その２）である。 本発明に係る表示装置の第２実施例の要部を模式的に示す図である。 図１１に示す表示装置におけるドライバの切換えを説明するための図である。 本発明に係る表示装置の第３実施例の要部を模式的に示す図である。 図１３に示す表示装置におけるドライバの切換えを説明するための図である。 スキャンモードおよびデータモードにおけるドライバへの入力電圧の一例を示す図である。 コレステリック液晶を駆動する場合の対応の一例を示す図である。 スキャンモードおよびデータモードにおけるドライバの出力電圧の一例を示す図である。 液晶に印加される合成波形の一例を示す図である。 スキャンモードおよびデータモードにおけるドライバへの入力電圧の他の例を示す図である。 コレステリック液晶を駆動する場合の対応の他の例を示す図である。 スキャンモードおよびデータモードにおけるドライバの出力電圧の他の例を示す図である。 液晶に印加される合成波形の他の例を示す図である。

符号の説明

１ 表示素子
３ 電源回路
４ 制御回路
５ インバータ
１１，１２ フィルム基板
１３，１４ 透明電極（ＩＴＯ）
１５ 液晶組成物（コレステリック液晶）
１６，１７ シール材
１８ 光吸収層
１９ 駆動回路
２１；２１１，２１２，２１３ 第１のドライバＩＣ
２２；２２１，２２２，２２３ 第２のドライバＩＣ
３１ 昇圧部
３２ 電圧生成部
３３ レギュレータ
４１ 部分書換え入力部
４２ 画像データ生成部
４３ サイズ情報生成部
４４ ドライバ選択およびデータ変換回路
１００ 元の画像（既存の画像）
１０１ 青（Ｂ）層
１０２ 緑（Ｇ）層
１０３ 赤（Ｒ）層
１２１ 走査側のドライバＩＣ（スキャンドライバ）
１２２ データ側のドライバＩＣ（データドライバ）
２００ 部分書換え後の画像
Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 部分的な書換え領域
ＦＣ フォーカルコニック状態
Ｈ ホメオトロピック状態
Ｐ プレーナ状態

Claims (8)

1. 互いに対向状態で交差する複数の第１の電極および複数の第２の電極、並びに、該各第１の電極と該各第２の電極間の表示媒体を備える表示素子を、前記第１の電極に接続された第１のドライバおよび前記第２の電極に接続された第２のドライバにより駆動する表示素子の駆動方法であって、
   前記第１および第２のドライバの一方をスキャンドライバとし、且つ、前記第１および第２のドライバの他方をデータドライバとし、
   既存の表示画像における部分的な書換え領域において、該書換え領域に対応する電極の数が少ない方をスキャンドライバとして選択し、
   前記スキャンドライバは、前記書換え領域に対応するスキャン電極を第１の速度でスキャンし、且つ、その他のスキャン電極を前記第１の速度より高速でスキャンすることを特徴とする表示素子の駆動方法。
2. 請求項１に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記第１および第２のドライバのどちらか一方がスキャンドライバとして選択されると共に、他方がスキャンドライバとして選択されるかに応じて、メモリに格納された画像データへのアクセス、並びに、前記データドライバとして選択されたドライバへ供給するデータを変換することを特徴とする表示素子の駆動方法。
3. 互いに対向状態で交差する複数の第１の電極および複数の第２の電極、並びに、該各第１の電極と該各第２の電極間の表示媒体を含む表示素子と、前記第１の電極に接続された第１のドライバおよび前記第２の電極に接続された第２のドライバと、を有する表示装置であって、
   前記第１および第２のドライバの一方をスキャンドライバとし、且つ、前記第１および第２のドライバの他方をデータドライバとして選択するドライバ選択回路を備え、
   前記ドライバ選択回路は、既存の表示画像における部分的な書換え領域において、該書換え領域に対応する電極の数が少ない方をスキャンドライバとして選択し、
   前記スキャンドライバは、前記書換え領域に対応するスキャン電極を第１の速度でスキャンし、且つ、その他のスキャン電極を前記第１の速度より高速でスキャンすることを特徴とする表示装置。
4. 請求項３に記載の表示装置において、さらに、
   前記第１および第２のドライバのどちらか一方がスキャンドライバとして選択されると共に、他方がスキャンドライバとして選択されるかに応じて、メモリに格納された画像データへのアクセス、並びに、前記データドライバとして選択されたドライバへ供給するデータを変換するデータ変換回路を備えることを特徴とする表示装置。
5. 請求項３に記載の表示装置において、
   前記表示素子は、反射光が異なる複数の表示素子ユニットの積層構造であることを特徴とする表示装置。
6. 請求項５記載の表示装置において、
   前記スキャンドライバおよび前記データドライバは、前記書換え領域のパターンに応じて、部分書換えを行う表示素子ユニットを選択的に駆動することを特徴とする表示装置。
7. 請求項５記載の表示装置において、
   前記各表示素子ユニットの対応する前記第１または第２のドライバの一方は共通化されていることを特徴とする表示装置。
8. 請求項３〜７のいずれか１項に記載の表示装置を適用したことを特徴とする電子端末。

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