JP4850850B2 - 表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末 - Google Patents

Description

本発明は、表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末に関し、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。

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（図９の反射率の低い部分）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。

ところで、従来、強誘電性液晶を用いた素子のマルチプレックス駆動方法に関するものではあるが、液晶素子に印加される合成波形で、非選択期間における信号電極波形の影響による高周波交流波形の電圧変動をなくし、低電圧の駆動を行ってドライバの低コスト化を図るものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、この特許文献１における「非選択期間」とは、言い換えると書込み中における（書込みと同期した）「非選択の画素」であり、書込みとは完全に独立したフェーズ（非同期）のものではない。

さらに、従来、液晶の配向を均一に揃えるために、消去パルスを選択期間外に印加して良好なコントラストを長時間にわたって維持できるようにしたメモリ性を有する液晶素子の駆動方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。なお、この特許文献２における「選択期間外に印加する消去パルス」とは、液晶の配向を均一に揃えるためのリセットパルスであり、画像の書込みと同期して与えるものであって、画像の書込みと非同期で余剰な電力消費を抑えるものではない。

特開昭６３−２９３５３１号公報 特開平０７−１４０４４３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、電子ペーパの多くは、安価な汎用ドライバによる単純マトリクス駆動を行っており、例えば、電源を投入して画像の書換え（書込み）を開始した直後に過剰な突入電流が生じるという課題があった。この突入電流によって電池の消耗が激しくなり、さらには、電池の供給電流以上の突入電流になることもあるため、書換え動作の停止や誤動作を招くことにもなりかねなかった。

そこで、上記した電源を投入して画像の書換えを開始した直後に、過剰な突入電流が流れる原因について鋭意検討した結果、電源投入後にスキャン側のドライバのシフトレジスタが不定状態になって余剰な電極を選択していることが主な原因であることが明らかになった。

図４Ａおよび図４Ｂは従来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。なお、図４Ａはそれまで表示されている画像の例を示すものであり、また、図４Ｂは電源を投入して画像の書換えを開始した直後の様子を模式的に示すものである。

従来、例えば、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）液晶表示素子に使用する汎用ドライバは、通常、動画表示を行うために使用されるので、走査側のドライバ（スキャンドライバ）のシフトレジスタが不定状態になって余剰な電極を選択している場合、その余剰な電極選択のまま最初のフレームのスキャンを行っても突入電流が流れる時間はごく短いので問題になることはない。

しかしながら、図４Ｂに示されるように、上記したような汎用ドライバを、例えば、コレステリック液晶を使用した電子ペーパのような静止画の表示素子に適用した場合、例えば、電子ペーパではスキャン速度が遅い（例えば、１フレームをスキャンするのに１秒前後）ため、前述した余剰な電極選択を行ったままスキャンしている時間が長くなって大きな電流（突入電流）が流れることになる。

ここで、電源を投入して画像の書換えを開始した場合、走査側の汎用ドライバのシフトレジスタが不定状態になって余剰な電極が選択される数としては、例えば、全てのスキャン電極数の１／３程度であり、そのとき流れる電流（突入電流）は、例えば、数百ミリアンペア程度にもなる。

なお、このような汎用ドライバの使用に起因した余剰な電極の選択といった現象は、実際に電子ペーパ等の電源をオンにする場合だけでなく、電源は既にオンしている状態で画像を書換える場合等においても、例えば、それまでの画像を表示しているときには汎用ドライバに対する電源が遮断され、画像を書換えるときに再度汎用ドライバに電源が供給される場合においても生じることになる。すなわち、例えば、スキャンドライバに対して一度遮断された電源を再度供給する場合には、スキャンドライバのシフトレジスタが不定状態になって余剰な電極が選択され、その結果、大きな突入電流が流れることになる。

上述した電源投入時の突入電流は、特に、Ａ４やポスターサイズといった大型表示の場合にはより一層大きなものとなり、この突入電流が原因でバッテリー駆動が困難となり、或いは、駆動電圧が不安定になって表示ムラを発生するといった問題が生じ得る。

本発明は、上述した従来の表示素子が有する課題に鑑み、画像の書込み直後に生じる大きな突入電流を抑制することのできる表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末の提供を目的とする。さらに、本発明は、画像の書込み直後に生じる大きな突入電流を抑制することによって安価な汎用ドライバの使用や電池駆動を可能とし、さらに、省電力化および安定した表示品位も可能とする表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末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スキャン電極および複数のデータ電極を備え、該スキャン電極を選択して画像の書込み処理を行う表示素子の駆動方法であって、前記画像の書込み処理を行う前に、前記書込み処理におけるパルス間隔よりも短い間隔で複数のパルスを印加しながら前記各スキャン電極を走査する、空スキャン処理を実行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スキャン電極および複数のデータ電極を備え、前記各スキャン電極はスキャンドライバにより選択され、且つ、前記各データ電極は該選択されたスキャン電極に対応してデータドライバによりたデータ信号が与えられて画像の書込み処理が行われる表示素子であって、前記スキャンドライバは、前記画像の書込み処理を行う前に、前記書込み処理におけるパルス間隔よりも短い間隔で複数のパルスを印加しながら前記各スキャン電極を走査する、空スキャン処理を実行することを特徴とする表示素子が提供される。

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スキャン電極および複数のデータ電極を備え、前記各スキャン電極はスキャンドライバにより選択され、且つ、前記各データ電極は該選択されたスキャン電極に対応してデータドライバによりたデータ信号が与えられて画像の書込み処理が行われる表示素子であって、前記スキャンドライバは、前記画像の書込み処理を行う前に、前記書込み処理におけるパルス間隔よりも短い間隔で複数のパルスを印加しながら前記各スキャン電極を走査する、空スキャン処理を実行する表示素子を適用したことを特徴とする電子端末が提供される。

すなわち、本発明者達は、電源投入後のスキャンドライバの不定状態を高速に解消するために、表示媒体を駆動する電圧出力を抑えながら、所定のライン数を高速にスキャン（空スキャン）することで突入電流を大幅に抑制できることを見出した。

この時、データドライバからは非選択データを同期して出力するのが好ましい。
これにより、ユーザに不快感を与えることなく瞬時に空スキャンを行うことにより、過剰なスキャンライン選択による突入電流を大幅に抑制することができ、その後の安定した駆動を実現することが可能となる。

本発明によれば、画像の書込み直後に生じる大きな突入電流を抑制することのできる表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末を提供することができる。さらに、本発明によれば、画像の書込み直後に生じる大きな突入電流を抑制することによって安価な汎用ドライバの使用や電池駆動を可能とし、さらに、省電力化および安定した表示品位も可能とする表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末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、図５Ａ〜図５Ｃを参照して説明する。なお、図５Ａはそれまで表示されている画像の例を示すものであり、また、図５Ｂは電源を投入して画像の書込み（書換え）を開始した直後に行う空スキャンの様子を模式的に示すものであり、そして、図５Ｃは空スキャンの後に行う実際の画像の書込みの様子を示すものである。

本発明に係る表示素子の駆動方法は、図５Ｂに示されるように、画像の書込み処理を行う前に、スキャン電極に対する空スキャン処理を実行し、その後、図５Ｃに示されるように、実際の画像の書込み処理を行うようになっている。

これにより、スキャンドライバのシフトレジスタが不定状態になって余剰な電極を選択するのを回避して、大きな突入電流が流れるのを防止することができる。

以下、本発明に係る表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末の実施例を、添付図面を参照して詳述する。

図６は本発明に係る表示素子を適用した電子端末（表示装置）の一実施例を概略的に示すブロック図である。図６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、２１は走査側のドライバＩＣ（スキャンドライバ）、そして、２２はデータ側のドライバＩＣ（データドライバ）を示している。ここで、図６に示すスキャンドライバ２１は、本発明のスキャンドライバの第１実施例を示すものであり、表示素子１におけるスキャン電極の数に等しい数の制御端子を有している。

図６に示されるように、電源回路３は、昇圧部３１、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、スキャンドライバ２１およびデータドライバ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スキャンドライバ２１およびデータドライバ２２に供給する。

制御回路４は、演算部４１、制御データ生成部４２および画像データ生成部４３を備える。演算部４１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、画像データは、画像データ生成部４３を介して表示素子１に適したデータとしてデータドライバ２２へ供給し、また、制御信号は、制御信号生成部４２を介して表示素子１に適した各種の制御信号としてスキャンドライバ２１およびデータドライバ２２へ供給する。

ここで、制御信号生成部４２からスキャンドライバ２１およびデータドライバ２２へ供給される制御信号としては、例えば、表示素子１に与えるパルス電圧の極性を反転制御するパルス極性制御信号ＣＳ２、１フレームの画像の開始を示すフレーム開始信号ＣＳ３、データドライバ２２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２１により選択されるラインの同期制御を行うデータラッチ・スキャンシフト信号ＣＳ４、並びに、データドライバ２２およびスキャンドライバ２１のドライバ出力を遮断するドライバ出力遮断信号ＣＳ５等である。また、制御信号生成部４２からデータドライバ２２へは、１ライン分のデータを順次取り込むためのデータ取り込みクロックＣＳ１も供給されている。

本発明に係る表示素子の駆動方法は、表示内容を制御する制御回路４におけるシーケンスを工夫することで実現される。

図７は図６に示す表示素子（液晶表示素子）の一例を概略的に示す断面図である。図７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７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７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程度が好ましい。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。

上記の構成を有するＡ４サイズのＱＶＧＡの表示素子１を作製した。この表示素子１は、ＲＧＢ各反射色を呈する３層の積層構造であり、フルカラーに近い表示を行うことが可能である。

この時、積層する順番は観察方向から順にＢ（青）、Ｇ（緑）およびＲ（赤）であることが好ましく、中間に配置されるＧの反射光の偏光状態がＢおよびＲと逆であると、反射効率がより向上して好ましい。具体的に、例えば、ＢおよびＲが右円偏光を反射する場合、Ｇは左円偏光であるのが好ましく、逆に、ＢおよびＲが左円偏光を反射する場合、Ｇは右円偏光であるのが好ましい。それらの反射光の偏光状態は、カイラル剤をＲ体かＳ体（Ｌ体）にするかで制御可能である。

そして、上述したカラーＱＶＧＡ素子を８枚タイル状に並べ、大型の表示素子を試作した。この時、ＲＧＢ各層のスキャンドライバを共通化することで、その分のコストアップを抑制することができる。ここで、ドライバＩＣは、汎用のＳＴＮドライバを使用し、例えば、３２０出力（１６０本出力のドライバＩＣを２個使用）をデータ側とし、且つ、２４０出力（２４０本出力のドライバＩＣを１個使用）をスキャン側として駆動回路を構成した。

この時、必要に応じて、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により安定化させるのが好ましい。バッテリーには電池を用いる方式とした。

上述した表示素子に対して従来の駆動方法および本発明に係る駆動方法を適用した。
まず、上記表示素子を従来のシーケンスにより駆動したところ、突入電流が８００ｍＡ程度流れ、その過電流により電池の電流供給が追いつかず、本来のコントラストからは程遠い、品位の低い表示となった。

一方、上記表示素子を本発明のシーケンスにより駆動したところ、その突入電流は３００ｍＡ以下に抑えられ、駆動電圧も安定して本来の表示品位を実現することができた。

図８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。

図８に示されるように、まず、ステップＳＴ１で制御部電圧を立上げた後、ステップＳＴ２で液晶駆動電圧を立上げ、さらに、ステップＳＴ３でスキャンドライバの空スキャンを実行し、その後、ステップＳＴ４に進んで画像の書換え（書込み）を開始する。すなわち、例えば、電源投入後のスキャンドライバの不定状態を、書換えを開始する前に空スキャンを実行することにより解消する。

ここで、ステップＳＴ３における空スキャンの実行において、画像データは不定でよいため、特別に画像データの入力処理を行う必要はない。すなわち、画像データが不定（ランダム）であっても、空スキャン時の電圧出力は応答が始まる閾値以下としているので、表示品位には何ら影響はない。

そして、ステップＳＴ５に進んで画像の書換えを終了した後、ステップＳＴ６で制御電圧を切断し、さらに、液晶駆動電圧を切断する。

以上において、ステップＳＴ３の空スキャンは、例えば、図３に示す応答なしの領域ＮＲであればよいが、好ましくは、次の図９に示すように、ドライバに電圧出力遮断機能（通常、ＤＳＰＯＦにより制御される）があれば、その機能を利用して表示媒体を駆動する電圧を全てオフにすればより省電力化に効果的である。

図９は本発明に係る表示素子の駆動方法の一例における制御信号を示す図であり、図８におけるステップＳＴ３の空スキャン時に使用するドライバの電圧出力遮断機能の利用を示すものである。

図９に示されるように、電源が投入されて電源電圧ＶｐがＶｃｃになると、突入電流抑制フェーズＰ１において、信号／ＤＳＰＯＦが低レベル『Ｌ』となってドライバの出力は遮断される。この突入電流抑制フェーズＰ１において、データラッチ・スキャンパルス信号ＬＰｅが、例えば、１フレーム分出力されてスキャンドライバの空スキャンが実行される。なお、次の書込みフェーズＰ２においては、従来と同様の画像の書込み（書換え）処理が行われる。

図１０は本発明に係る表示素子の駆動方法におけるスキャンパルス信号を説明するための図である。図１０において、参照符号ＸＳＣＬはデータ取り込みのためのドライバクロック、ＬＰｎは通常の書込み動作時におけるスキャンパルス、そして、ＬＰｅは空スキャン時におけるスキャンパルスを示している。

図１０に示されるように、通常の書込み動作時では、スキャンドライバが１本スキャン電極を選択する時間Ｔｄの間に、例えば、次に選択されるスキャン電極に対応するデータをドライバクロックＸＳＣＬに従ってデータドライバに取り込み、スキャン電極が選択されるのに同期してデータドライバから複数のデータ電極にそれぞれデータパルス（電圧出力）が与えられる。

ここで、通常の書込み動作時におけるスキャンパルスＬＰｎの間隔（〜Ｔｄ）は、例えば、数百μsec.〜数ｍsec.程度であるのに対して、空スキャン時におけるスキャンパルスＬＰｅの間隔は、１μsec.以下（例えば、数百ｎsec.）が好ましい。すなわち、通常の書込み動作時において、１スキャンライン分のデータを書込む時間または次の１スキャンライン分のデータを取り込む時間Ｔｄ（略スキャンパルスＬＰｎの間隔）は、数百μsec.〜数ｍsec.程度の長時間（低速）であるのに対して、空スキャン時におけるスキャンパルスＬＰｅの間隔は、１μsec.以下といったＳＴＮ液晶表示素子と同等の短時間（高速）が好ましい。

これにより、ユーザに対して空スキャンによる待ち時間を気にさせることなく、従来と同様の画像の書込み（書換え）処理を行うことができる。そして、本実施例によれば、空スキャンにより、スキャンドライバのシフトレジスタの不定状態が解消され、余剰な電極の選択がなくなって大きな突入電流が流れるのを回避することができる。

図１１Ａ〜図１４は本発明が適用されるスキャンドライバの第２〜第５実施例を説明するための図である。

図１１Ａおよび図１１Ｂは本発明が適用されるスキャンドライバの第２実施例を説明するための図であり、図１１Ａは空スキャン処理を示し、また、図１１Ｂは通常の画像書込み処理を示している。

図１１Ａおよび図１１Ｂに示されるように、本第２実施例のスキャンドライバ２１０は、表示素子１におけるスキャン電極の数以上の制御端子を有している。

図１１Ａに示されるように、本第２実施例のスキャンドライバ２１０は、例えば、電源が投入されてスキャンドライバ２１０に対して動作可能なロジック用電圧が印加された直後であって画像を書込む（書換える）前に行う空スキャン処理は、スキャンドライバ２１０の全ての制御端子に対して行い、これによりスキャンドライバ２１０における全てのシフトレジスタの不定状態を解消して画像の書込み開始時における突入電流を最小限に抑えるようになっている。この場合、スキャンドライバ２１０の全ての制御電極に対してスキャン（空スキャン）を行うため、次に述べる第３実施例よりは、空スキャンに要する時間が多少長くなるが、大きな問題になることはない。

図１２Ａおよび図１２Ｂは本発明が適用されるスキャンドライバの第３実施例を説明するための図であり、図１２Ａは空スキャン処理を示し、また、図１２Ｂは通常の画像書込み処理を示している。

図１２Ａおよび図１２Ｂに示されるように、本第３実施例のスキャンドライバ２１０も、上述した第２実施例のものと同様に、表示素子１におけるスキャン電極の数以上の制御端子を有している。

図１２Ａに示されるように、本第３実施例のスキャンドライバ２１０による空スキャン処理は、表示素子１におけるスキャン電極の数だけスキャンドライバ２１０の空スキャンを行う。このとき、スキャンドライバ２１０における全ての制御端子からスキャン電極に対応する制御端子を除いたスキャンドライバの一部のシフトレジスタは不定状態となったままであるが、画像の書込み時における突入電流低減の効果は、実用上、十分なものである。この本第３実施例によれば、画像の書込み時（書込み前）の空スキャンに要する時間を上述した第２実施例よりも一層短くすることができる。

そして、図１２Ｂに示されるように、画像の書込み処理を行う場合、表示素子１におけるスキャン電極の数だけスキャンを行って実際の画像の書込み、さらに、引き続いてスキャンドライバ２１０における残りの制御端子に対して空スキャンを行い、スキャンドライバの全てのシフトレジスタの不定状態を解消するようになっている。なお、画像の書込みを行うスキャン（書込みスキャン）は、例えば、低速で行うようになっているため、実際の画像の書込み時における書込みスキャンの後の空スキャンに要する時間はほとんど問題となることはない。

以上において、図１１Ａおよび図１１Ｂに示す第２実施例と、図１２Ａおよび図１２Ｂに示す第３実施例とでは、使用するスキャンドライバ２１０自体は同じものを使用し、制御（シーケンス）を異ならせることにより実現することができる。

図１３は本発明が適用されるスキャンドライバの第４実施例を説明するための図である。

図１３に示されるように、本第４実施例のスキャンドライバは、それぞれ表示素子１のスキャン電極の半分の数の制御端子を有している２つのスキャンドライバユニット２１１および２１２で構成されている。そして、本第４実施例では、２つのスキャンドライバユニット２１１および２１２による空スキャン処理を、全てのスキャン電極に対してシーケンシャルに行うようになっている。このように、複数のスキャンドライバユニット（ドライバＩＣ）２１１，２１２を使用して空スキャン処理を行う場合、全てのスキャン電極に対してシーケンシャルに行うことにより、例えば、実際の画像の書込み処理と同様のシーケンスで容易に空スキャン処理を行うことができる。

図１４は本発明が適用されるスキャンドライバの第５実施例を説明するための図である。

図１４に示されるように、本第５実施例のスキャンドライバは、上述した第４実施例と同様に、表示素子１のスキャン電極の半分の数の制御端子を有する２つのスキャンドライバユニット２１１および２１２で構成され、２つのスキャンドライバユニット２１１および２１２による空スキャン処理を、それぞれ対応する半分のスキャン電極に対して並列に行うようになっている。これにより、空スキャン処理に要する時間を上述した第４実施例に比して半分程度に短縮することができる。なお、実際の画像の書込み処理は、前述した図１２に示す空スキャン処理と同様に、表示素子１の全てのスキャン電極に対してシーケンシャルに行うことになる。

なお、スキャンドライバを構成するスキャンユニット（ドライバＩＣ）の数は、２つに限定されないのはもちろんである。

図１５は本発明が適用される表示素子の一例を示す図である。図１５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，１０３は赤色の光を反射する赤（Ｒ）層、そして、１０４は光を吸収する黒（Ｋ）層を示している。

図１５に示されるように、表示素子１は、Ｋ層１０４上に順にＲ層１０３，Ｇ層１０２およびＢ層１０１を積層した構造とされている。Ｂ層１０１は、対向する基板（フィルム基板）と透明電極（ＩＴＯ）１１１，１１２および１１５，１１４で液晶１１３を挟んだ構成とされ、また、Ｇ層１０２は、対向する基板と透明電極１２１，１２２および１２５，１２４で液晶１２３を挟んだ構成とされ、そして、Ｒ層１０３は、対向する基板と透明電極１３１，１３２および１３５，１３４で液晶１３３を挟んだ構成とされている。

Ｂ層１０１の透明電極１１２および１１４は、Ｂ層用制御回路１１０に接続され、また、Ｇ層１０２の透明電極１２２および１２４は、Ｇ層用制御回路１２０に接続され、そして、Ｒ層１０３の透明電極１３２および１３４は、Ｒ層用制御回路１３０に接続されている。なお、各層の透明電極１１２，１１４；１２２，１２４；１３２，１３４は、それぞれスキャン電極およびデータ電極を構成し、互いに対向状態で交差するようになっている。なお、各層１０１〜１０３において、スキャン電極にはスキャンドライバが接続され、また、データ電極にはデータドライバが接続される。以上の構成により、表示素子１は、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。

以上において、表示素子１は、例えば、Ａ６サイズのＱＶＧＡとして構成されており、Ｂ層１０１，Ｇ層１０２およびＲ層１０３の積層順番や液晶の偏光方向並びに使用ドライバ等は，図７に関連して説明したＡ４サイズのＱＶＧＡの表示素子と同様である。なお、図１５では、ＲＧＢ各層の制御回路（スキャンドライバ）１３０〜１１０を別に設けているが、これらＲＧＢ各層のスキャンドライバ（１３０〜１１０）を共通化させることにより、コストの低減を図ることができる。

図１６は図１５の表示素子を適用した電子端末の他の実施例を概略的に示すブロック図である。

図１６に示されるように、本実施例の電子端末（表示装置）２００は、リーダライタ（電磁波発信源）１００と非接触で電磁波を介して、クロックＣＬＫ，表示情報および駆動電力を受け取って画像の書込み（書換え）を行うようになっている。表示装置２００は、アンテナ２０２、整流回路２０３、制御回路２１０、および、Ｂ層２１１，Ｇ層２１２およびＲ層２１３を有する表示素子２０１を備えている。ここで、制御回路２１０は、図１５におけるＢ層用制御回路１１０，Ｇ層用制御回路１２０およびＲ層用制御回路１３０をまとめたものに相当する。

なお、必要に応じて、制御回路（ドライバ）２１０に入力する電圧を少ない電力消費で安定化させるために、ツェナーダイオード等を用いるのが好ましい。

本実施例の表示装置２００は、例えば、リーダライタ１００にかざすことにより、表示素子（表示部）２０１の書込みが始まり、表示装置２００をリーダライタ１００にかざすのを終えると、書込みが終了して表示画像が保持される。

図１６に示す表示装置２００をリーダライタ１００にかざして従来のシーケンスにより駆動したところ、電磁波から供給可能なエネルギーよりも大きな突入電流が流れ、電圧降下が生じて満足な表示が得られなかった。具体的には、電圧降下が生じるためにプレーナ状態となるべき画素がプレーナ状態とならずに暗い表示となってしまい、本来のコントラストからは程遠い品位の低い表示となった。

これに対して、本発明に係る表示素子の駆動方法を適用したところ、表示装置２００をリーダライタ１００にかざした直後においてもその突入電流は殆ど抑えられ、駆動電圧も安定して本来の表示品位を実現することができた。

ここで、上記電池レスの表示装置において、空スキャンの速度は、使用ドライバの性能にもよるが概ね１μsec.／ライン以下（例えば、数百ｎsec.／ライン）で可能であり、また、画像の書込み速度は、例えば、数ｍsec.／ライン以上が一般的である。なお、空スキャンと画像書込みのスキャンの速度比は、様々な条件により変化し得るものであるが、空スキャンに要する待ち時間との兼合いから、例えば、空スキャン速度／画像書込み速度の比は１００倍以上が好ましい。

このように、本発明に係る表示素子は、図１６に示すような、それ自体に電池を設けず、リーダライタ１００から表示情報（書込み画像データ）と共に電力の供給をワイヤレスで受け取る電池レスの表示装置２００に対しても適用することが可能である。すなわち、本発明のように、リーダライタ１００から画像データおよび電力等の供給を受けて画像の書込みを開始する前に空スキャンを実行することによって、スキャンドライバの不定状態を解消して大きな突入電流が流れるのを防止して画像の書込みを実行することができる。

本発明は、コレステリック液晶に限らず、例えば、電子ペーパ等の静止画表示向けの低速で書込みを行う全ての表示素子に対して適用することができ、画像の書込み直後に生じる大きな突入電流を抑制することによって安価な汎用ドライバの使用や電池駆動を可能とし、さらに、省電力化および安定した表示品位も可能とする表示素子の駆動方法、表示素子および電子端末の提供を可能とする。

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。 従来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（その１）である。 従来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（その２）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（その１）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（その２）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（その３）である。 本発明に係る表示素子を適用した電子端末の一実施例を概略的に示すブロック図である。 図６に示す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フローチャートである。 本発明に係る表示素子の駆動方法の一例における制御信号を示す図である。 本発明に係る表示素子の駆動方法におけるスキャンパルス信号を説明するための図である。 本発明が適用されるスキャンドライバの第２実施例を説明するための図（その１）である。 本発明が適用されるスキャンドライバの第２実施例を説明するための図（その２）である。 本発明が適用されるスキャンドライバの第３実施例を説明するための図（その１）である。 本発明が適用されるスキャンドライバの第３実施例を説明するための図（その２）である。 本発明が適用されるスキャンドライバの第４実施例を説明するための図である。 本発明が適用されるスキャンドライバの第５実施例を説明するための図である。 本発明が適用される表示素子の一例を示す図である。 図１５の表示素子を適用した電子端末の他の実施例を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

１ 表示素子
３ 電源回路
４ 制御回路
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 走査側のドライバＩＣ（スキャンドライバ）
２２ データ側のドライバＩＣ（データドライバ）
３１ 昇圧部
３２ 電圧生成部
３３ レギュレータ
４１ 演算部
４２ 制御信号生成部
４３ 画像データ生成部
１００ リーダライタ（電磁波発信源）
１０１，２１１ 青（Ｂ）層
１０２，２１２ 緑（Ｇ）層
１０３，２１３ 赤（Ｒ）層
１０４ 黒（Ｋ）層
１１０ 青（Ｂ）層用制御回路
１２０ 緑（Ｇ）層用制御回路
１３０ 赤（Ｒ）層用制御回路
２００ 電子端末（表示装置）
２０２ アンテナ
２０３ 整流回路
２１０ 制御回路
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 (20)

1. 互いに対向状態で交差する複数のスキャン電極および複数のデータ電極を備え、該スキャン電極を選択して画像の書込み処理を行う表示素子の駆動方法であって、
   前記画像の書込み処理を行う前に、前記書込み処理におけるパルス間隔よりも短い間隔で複数のパルスを印加しながら前記各スキャン電極を走査する、空スキャン処理を実行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、
   前記画像の書込み処理は、前記選択されるスキャン電極と前記複数のデータ電極間の表示媒体にパルス状の駆動電圧を印加して行うことを特徴とする表示素子の駆動方法。
3. 請求項２に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記空スキャン処理は、前記表示媒体に印加される電圧出力が該表示媒体の応答値電圧以下となっていることを特徴とする表示素子の駆動方法。
4. 請求項３に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記空スキャン処理は、前記複数のデータ電極を駆動するデータドライバの電圧出力が不定状態となっていることを特徴とする表示素子の駆動方法。
5. 請求項３に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記空スキャン処理は、前記表示媒体に印加される電圧出力が零となっていることを特徴とする表示素子の駆動方法。
6. 請求項５に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記空スキャン処理は、前記複数のデータ電極を駆動するデータドライバの電圧出力がオフとなっていることを特徴とする表示素子の駆動方法。
7. 請求項１に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記空スキャン処理は、前記複数のスキャン電極を順次選択するスキャンドライバに対して動作可能なロジック用電圧が印加された直後に実行されることを特徴とする表示素子の駆動方法。
8. 請求項１に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記空スキャン処理のスキャン速度は、前記画像の書込み処理におけるスキャン速度よりも速いことを特徴とする表示素子の駆動方法。
9. 請求項１に記載の表示素子の駆動方法において、
   前記表示媒体は、メモリ性を有することを特徴とする表示素子の駆動方法。
10. 請求項９に記載の表示素子の駆動方法において、
    前記表示媒体は、コレステリック相を形成する液晶を用いていることを特徴とする表示素子の駆動方法。
11. 互いに対向状態で交差する複数のスキャン電極および複数のデータ電極を備え、前記各スキャン電極はスキャンドライバにより選択され、且つ、前記各データ電極は該選択されたスキャン電極に対応してデータドライバによりたデータ信号が与えられて画像の書込み処理が行われる表示素子であって、
    前記スキャンドライバは、前記画像の書込み処理を行う前に、前記書込み処理におけるパルス間隔よりも短い間隔で複数のパルスを印加しながら前記各スキャン電極を走査する、空スキャン処理を実行することを特徴とする表示素子。
12. 請求項１１に記載の表示素子において、
    前記スキャンドライバは、当該スキャンドライバに対して動作可能なロジック用電圧が印加された直後に前記空スキャン処理を実行することを特徴とする表示素子。
13. 請求項１１に記載の表示素子において、
    前記スキャンドライバは、前記画像の書込み処理におけるスキャン速度よりも速いスキャン速度で前記空スキャン処理を行うことを特徴とする表示素子。
14. 請求項１１に記載の表示素子において、
    前記表示媒体は、メモリ性を有することを特徴とする表示素子。
15. 請求項１４に記載の表示素子において、
    前記表示媒体は、コレステリック相を形成する液晶を用いていることを特徴とする表示素子。
16. 請求項１５に記載の表示素子において、
    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素子。
17. 請求項１６に記載の表示素子において、
    前記スキャンドライバは、前記各表示素子ユニットの対応するスキャン電極を共通に駆動することを特徴とする表示素子。
18. 請求項１１に記載の表示素子において、
    前記スキャンドライバおよび前記データドライバは、汎用ドライバであることを特徴とする表示素子。
19. 請求項１１〜１８の何れか１項に記載の表示素子を適用したことを特徴とする電子端末。
20. 請求項１９に記載の電子端末において、
    該電子端末は、リーダライタからクロック，表示情報および駆動電力を受け取って画像の書込みを行う電池レスの表示装置であることを特徴とする電子端末。

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