JP5082702B2 - 液晶表示素子及びその駆動方法、及びそれを用いた電子ペーパー - Google Patents

液晶表示素子及びその駆動方法、及びそれを用いた電子ペーパー Download PDF

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Description

本発明は、コレステリック液晶を駆動して画像を表示する液晶表示素子及びその駆動方法、及びそれを用いた電子ペーパーに関する。
近年、電子ペーパーの開発が盛んに進められている。電子ペーパーに用いられる表示素子の一つに、コレステリック相が形成される液晶組成物(以下、コレステリック液晶と言う)を用いた反射型表示素子がある。コレステリック液晶を用いた反射型表示素子は、無電力供給状態で半永久的に画像を表示し続けるメモリ表示機能、鮮やかなカラー表示特性、高コントラスト特性、及び高解像度特性等の優れた特徴を有している。
このような特徴を利用して、コレステリック液晶を用いた反射型表示素子は、電子書籍、モバイル端末機器、ICカード等の携帯機器の表示部、あるいは電子ペーパーの表示部として好適に用いられる。
また、コレステリック液晶を用いた反射型表示素子は、メモリ表示機能を利用して、広告等の大型の画像を屋外で電力消費なしに長時間表示し、一定時間経過後には別の画像に書換え可能な屋外広告板として用いることができる。
特開2001−100182号公報
コレステリック液晶を用いた反射型表示素子では、液晶に印加するパルス電圧の電圧値やパルス幅を変えることにより階調表示が実現される。
ところで、液晶の応答特性には温度依存性がある。室温で適正な階調表示ができるように調整した電圧印加条件(パルス電圧の電圧値とパルス幅)を高温時にそのまま用いると、高温時の液晶の応答特性は室温時より過剰になっているので表示が濃くなってしまう。
このため、温度変化に応じて液晶への電圧印加条件を調整する必要が生じる。液晶の応答特性の温度補償は、電圧変調方式よりもコスト面で優位なパルス幅変調方式が用いられている。パルス幅変調方式は、印加電圧値は変えずに、高温時のパルス幅を常温時より短くして液晶に印加する。従って、処理装置側から液晶表示素子のドライバ制御回路に送出する画像データの送出速度は、高温時には室温時より高速にする必要がある。このため、処理装置の処理負荷の増大に対応させて高速転送用のドライバ・レシーバを設ける必要があり、装置がコスト高になってしまうという問題が生じている。
本発明の目的は、液晶が相対的に高温域にあっても低コストで最適表示ができる液晶表示素子及びその駆動方法、及びそれを用いた電子ペーパーを提供することにある。
上記目的は、交流パルス電圧を印加して液晶を駆動する液晶表示素子の駆動方法であって、前記液晶の温度と基準温度を比較する工程と、前記液晶の温度が前記基準温度より高い場合に、前記基準温度で用いる基準交流パルス電圧の基準パルス幅より短いパルス幅の高温用交流パルス電圧を生成する工程と、前記高温用交流パルス電圧を前記基準パルス幅に等しい時間内で前記液晶に印加する工程とを含む液晶表示素子の駆動方法によって達成される。
上記目的は、交流パルス電圧を液晶に印加して画像を表示する液晶表示素子であって、前記液晶の温度が基準温度より高い場合に、前記基準温度で用いる基準交流パルス電圧の基準パルス幅より短いパルス幅の高温用交流パルス電圧を生成する制御部と、前記基準パルス幅に等しい時間内で前記高温用交流パルス電圧を前記液晶に印加するドライバとを有することを特徴とする液晶表示素子によって達成される。
また、上記目的は、画像を表示する電子ペーパーであって、上記本発明の液晶表示素子を備えていることを特徴とする電子ペーパーによって達成される。
本発明によれば、液晶が相対的に高温域にあっても低コストで最適表示ができるようになる。
(駆動原理)
まず、本発明の一実施の形態による液晶表示素子の駆動原理について図1乃至図4を用いて説明する。本実施の形態による液晶表示素子は、特定可視光が選択反射されるプレーナ状態と、可視光が透過するフォーカルコニック状態とを液晶中の電界強度を変化させて実現するコレステリック液晶を用いている。
図1は、液晶の応答特性の温度補償をパルス幅変調方式で行う場合の液晶への電圧印加条件を示している。本例では、液晶駆動用に液晶に印加する交流パルス電圧は、リセット処理時が±36V、黒表示時が±20V、表示維持時は±10V以下である。これら電圧値は液晶温度の変化に係らず固定されている。なお、リセットとは、コレステリック液晶を一旦ホメオトロピック状態にした後、プレーナ状態にすることである。本実施形態ではプレーナ状態で白表示が得られ、フォーカルコニック状態で黒表示が得られる。
図1上段は、液晶駆動時の環境温度t(℃)を示している。25(℃)以上30(℃)以下の範囲が常温(室温)である。本例では、常温を基準温度とする。また、液晶駆動時の環境温度tを液晶の温度と擬制する。図1中段は、各温度範囲毎のパルス幅比率を示している。パルス幅比率は、常温時のパルス幅に対する各温度範囲のパルス幅の倍率を示している。図1下段は、各温度範囲毎の液晶印加電圧のパルス幅(msec)を示している。上側はリセット時のパルス幅を示し、下側は画像表示(描画)時のパルス幅を示している。パルス幅変調方式では、常温時を基準として温度の降下に伴いパルス幅を長くし、温度の上昇に伴いパルス幅を短くする。常温より低い環境温度tでは処理装置の負荷は増大せず問題は生じない。以下、従来において処理装置の負荷が増大する常温より高い環境温度tでのパルス幅変調について説明する。
先ず、リセット時について説明する。図1に示すように、環境温度tが常温Hs(25≦Hs≦30)でのリセット時の基準交流パルス電圧の基準パルス幅Trは60msecである。環境温度tが高温Hh1(30<Hh1≦40)でのリセット時の高温用交流パルス電圧のパルス幅Tr1は45msecであり、パルス幅比率Pr(=Tr1/Tr)は45/60=0.75となる。環境温度tが高温Hh2(40<Hh2)でのリセット時の高温用交流パルス電圧のパルス幅Tr2は30msecであり、パルス幅比率Pr(=Tr2/Tr)は30/60=0.5となる。
次に、画像表示時について説明する。図1に示すように、環境温度tが常温Hsでの画像表示時の基準交流パルス電圧の基準パルス幅Tdは3.3msecである。環境温度tが高温Hh1での画像表示時の高温用交流パルス電圧のパルス幅Td1は2.475msecであり、パルス幅比率Prは2.475/3.3=0.75となる。環境温度tが高温Hh2での画像表示時の高温用交流パルス電圧のパルス幅Td2は1.65msecであり、パルス幅比率Prは1.65/3.3=0.5となる。
図2は、コレステリック液晶の応答特性変動の温度補償をパルス幅変調方式で行う場合の印加電圧波形を示している。横軸は時間tを表している。縦軸は電圧レベル(V)を表している。図2上段は、常温Hsでの画像表示時の液晶印加電圧(パルス幅Td)の出力タイミングを示している。図2中段は、高温Hh1での液晶印加電圧(パルス幅Td1)の出力タイミングを示している。図2下段は、高温Hh2での液晶印加電圧(パルス幅Td2)の出力タイミングを示している。
直流電圧成分の印加による液晶特性の劣化を防止するため、一般に液晶への印加電圧は、常温時及び高温時の別なく、正極性パルスと負極性パルスを組合わせた交流パルス波形を用いる。常温Hsでの基準交流パルス電圧の極性反転時は、基準パルス幅の中央である。
高温Hh1でのパルス幅比率Prは0.75なので、図2中段に示すように、印加電圧波形のパルス幅Td1は、常温Hs時の3/4に短縮される。また、高温Hh2でのパルス幅比率Prは0.5なので、図2下段に示すように、印加電圧波形のパルス幅Td2は、常温Hs時の1/2に短縮される。
一般に、印加電圧波形のパルス幅が短くなるに従い、処理装置からドライブ制御回路への画像データ送出速度が高くなるので、処理装置での画像データ送出時の処理負荷が増大してしまう。そこで、本実施の形態によるパルス幅変調方式では、環境温度tが高くなって印加電圧波形のパルス幅が短くなっても、処理装置からドライブ制御回路への画像データ送出速度が常温Hs時と同じになるようにした。
図3及び図4は、本実施の形態でのパルス幅変調方式による温度補償制御を示している。図3及び図4の上段は、常温Hsの液晶印加電圧(パルス幅Td)の出力タイミングを示している。図3及び図4の中段は、印加電圧強制オフ信号OS(以下、「オフ信号OS」と略記する)の出力タイミングを示している。図3及び図4の下段は、例として高温Hh2で必要なパルス幅Td2を示している。各段の横軸は時間(t)を表している。上段及び下段の縦軸は電圧レベル(V)を表している。中段の縦軸は、オフ信号OSのアサート又はネゲートの状態を示している。オフ信号OSは、アサートの状態で有効になり、ネゲートの状態で無効になる。
オフ信号OSがアサートされると、常温Hsの液晶印加電圧は、強制的に0(GND)レベルにされるようになっている。また、オフ信号OSがネゲートされると、常温Hsの液晶印加電圧の電圧値はそのまま液晶に出力されるようになっている。印加電圧強制オフ信号のアサート/ネゲートを調整することにより、常温Hsの交流パルス電圧の電圧レベルを任意の期間で強制的にオフ(0(GND)レベル)にすることができる。
図3中段に示す例では、オフ信号OSは、図3上段に示す常温Hsの液晶印加電圧のパルス波形の立上りから1/4周期までアサート状態を維持している。以下、本明細書では、「周期」は、波形立上りからの時点を示すものとする。
次いで、オフ信号OSは、当該パルス波形の1/4周期から3/4周期までネゲート状態を維持し、それ以降アサート状態を維持する。この場合のオフ信号OSは、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでネゲートされている。換言すれば、オフ信号OSは、常温Hsでのパルス幅Tdの中央(1/2周期)の極性反転時を挟んで両側に分離してアサートされる。
従って、常温Hsの液晶印加電圧のパルス波形の立上りから極性反転時より前の1/4周期(第1時点)までの第1期間と、極性反転時より後の3/4周期(第2時点)からパルス波形の立下りまでの第2期間とが強制的に0(GND)Vに維持され、当該パルス波形の1/4周期から3/4周期までの波形がそのまま出力される。第1期間と第2期間とは同じ長さである。
このようにオフ信号OSのアサート/ネゲートを制御して、常温Hsの液晶印加電圧の電圧レベルを変化させることにより、図3下段に示すように、常温Hsの基準パルス幅Tdに等しい時間内で、高温Hh2のパルス幅Td2の電圧パルスを生成して液晶に印加できる。従って、処理装置からドライブ制御回路への画像データ送出速度が常温Hs時と同じであっても、液晶表示パネルのドライバから高温Hh2のパルス幅の短い印加電圧波形を出力できる。
なお、常温Hsのパルス幅Td内でのオフ信号OSのネゲート開始から常温Hsのパルス波形の極性反転時までの時間と、極性反転時からネゲート終了までの時間とを同じにすることで、生成したパルス幅の短い印加電圧波形の正極性パルスと負極性パルスの幅を同じにできる。
同様に、図4中段に示すオフ信号OSは、図4上段に示すパルス波形の立上りから1/4周期までと、3/4周期から立下りまでとでネゲート状態を維持し、それ以外はアサート状態を維持している。この場合のオフ信号OSは、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでアサートされている。従って、常温Hsの液晶印加電圧のパルス波形の1/4周期から3/4周期が強制的に0(GND)Vに維持され、立上りから1/4周期までと、3/4周期から立下りまでの波形がそのまま出力される。
このようにオフ信号OSのアサート/ネゲートを制御して、常温Hsの液晶印加電圧の電圧レベルを変化させることにより、図4下段に示すように、常温Hsの基準パルス幅Tdに等しい時間内で、正極性と負極性のパルスの間がTd/2だけ離れているものの、正極性のパルス幅(Td2)/2と負極性のパルス幅(Td2)/2とで高温Hh2のパルス幅Td2の電圧パルスを生成して液晶に印加できる。このパルス波形も高温Hh2の温度補償に用いることができる。従って、処理装置からドライブ制御回路への画像データ送出速度が常温Hs時と同じであっても、液晶表示パネルのドライバから高温Hh2のパルス幅の短い印加電圧波形を出力できる。
なお、常温Hsのパルス幅Td内でのオフ信号OSのアサート開始から常温Hsのパルス波形の極性反転時までの時間と、極性反転時からアサート終了までの時間とを同じにすることで、生成したパルス幅の短い印加電圧波形の正極性パルスと負極性パルスの幅を同じにできる。
このように、本実施の形態によれば、処理装置側では常温Hsと同じパルス幅変調制御の状態にしておいても高温Hh2での最適表示が可能となる。処理装置はドライバ制御回路に対して常温Hs時と同じ送出速度で画像データを送出できるので、処理装置の処理負荷を増大させずに高温Hh2での液晶特性の温度補償ができる。高速転送用のドライバ・レシーバを設ける必要もなく、また、電圧変調方式のような多電源回路を設ける必要もないので、装置を低コストで製造できるようになる。
なお、図3及び図4は画像表示時の高温Hh2時で説明しているが、リセット時の高温Hh2、及び画像表示時及びリセット時の高温Hh1についても全く同様である。
(実施の形態)
次に、本実施の形態による液晶表示素子の基本的構成について図5及び図6を用いて詳細に説明する。図5は、本実施の形態による液晶表示素子1を表示画面に向かって見た状態の概略構成を示している。図6は、図5のA−A仮想線で切断した液晶表示素子1の断面構成を模式的に示している。図6において、上方の基板7側が表示画面であり、外光(実線矢印)は基板7上方から表示画面に向かって入射するようになっている。なお、基板7上方に観測者の目及びその観察方向(破線矢印)を模式的に示している。
図6に示すように、液晶表示素子1は、所定のセルギャップdで対向配置された一対の透明な上下基板7、9を有している。長方形状の上下基板7、9間の周囲に沿って、図5及び図6に示すように、枠状にシール材21が形成されている。シール材21により上下基板7、9が対向配置されて固定されている。また、シール材21により、上下基板7、9間に、例えば緑(G)色光を選択的に反射する緑(G)用コレステリック液晶3が封止されている。下基板9裏面には光吸収層15が配置されている。なお、光吸収層15を配置せずに下基板9自体を着色して光吸収層として機能させてももちろんよい。
上基板7の液晶3と接する界面側には走査電極17が形成され、下基板9の液晶3と接する界面側にはデータ電極19が形成されている。両電極17、19は、共に透明電極材料で形成されている。走査電極17は、図5に示すように、上基板7、9を表示画面の法線方向に見て、図左右方向に帯状(ストライプ状)に延びている。また、図上から下に向かってi行(i=1〜m;本例では、m=8)の走査電極17(i)が並列して配置されている。データ電極19は、図5に示すように、走査電極17と互いに交差して液晶3を介して対向配置されて図上下方向に帯状に延びている。また、図左から右に向かってj列(j=1〜n;本例では、n=8)のデータ電極19(j)が並列して配置されている。両電極17と19との各交差領域がそれぞれ画素(ピクセル)12となる。m行×n列のマトリクス状に配置された複数の画素12(i,j)で表示画面が構成される。以上の構成要素により液晶表示パネル6が作製されている。
コレステリック液晶3は、ネマティック液晶にキラル性(掌性)の添加剤(カイラル材ともいう)を数十wt%(例えば、10〜40wt%ほど度)の含有率で比較的大量に添加した液晶混合物である。カイラル材の含有率はネマティック液晶成分とカイラル材との合計量を100wt%としたときの値である。ネマティック液晶にカイラル材を比較的大量に含有させると、ネマティック液晶分子を強く螺旋状に捻ったコレステリック相を形成することができる。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。コレステリック液晶は双安定性(メモリ性)を備えており、電界印加後に、一旦プレーナ状態、フォーカルコニック状態、又はそれらが混在した中間状態になると、その後は無電界下においても安定してその状態を保持する。
液晶3のプレーナ状態はリセット処理により得られる。すなわち、プレーナ状態は、上下電極17、19間に比較的高電圧を所定時間だけ印加して、当該上下電極17、19間の液晶3中に強電界を発生させて液晶3をホメオトロピック状態にした後に、電界を急峻に弱めることにより得られる。本実施形態においては、液晶3をリセットするための液晶印加電圧は±36Vである。
プレーナ状態での液晶分子は、対向する上下電極17、19間厚方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は上下電極17、19の電極面にほぼ垂直になる。プレーナ状態では、液晶分子の螺旋ピッチに応じた所定波長域の光が選択的に液晶層で反射される。このとき、反射される光は螺旋ピッチの旋光性(掌性)に応じて左右どちらか一方の円偏光であり、これ以外の光は液晶層を透過する。自然光は左右の円偏光が入り混じった状態であるため、自然光がプレーナ状態の液晶に入射すると、選択波長域については、入射光の50%が反射し、残りの50%が透過すると考えることができる。液晶の平均屈折率をnとし、螺旋ピッチをpとすると、反射が最大となる波長λは、λ=n・pで示される。従って、液晶3でプレーナ状態時に緑色の光を選択的に反射させるには、例えばλ=540〜550nmとなるように平均屈折率n及び螺旋ピッチpを決める。平均屈折率n及び旋光性は液晶材料及びカイラル材を選択することで調整可能であり、螺旋ピッチpは、カイラル材の含有率を調整することにより調節することができる。
フォーカルコニック状態は、例えば、上記強電界より弱い弱電界を液晶3に与えた後、急峻に電界を弱めることにより得られる。本実施形態においては、液晶3をフォーカルコニック状態にするための液晶印加電圧は±20Vである。
フォーカルコニック状態での液晶分子は、電極面内方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は電極面にほぼ平行になる。フォーカルコニック状態では、液晶3での反射波長の選択性は失われ、入射光の殆どが透過する。液晶3を透過した透過光は下基板9裏面に配置された光吸収層15で効率よく吸収されるので暗(黒)表示が実現できる。従って、液晶表示素子1はコントラスト比の高い表示を実現できる。
液晶表示パネル6の上基板7には、走査電極用ドライバICが実装されて複数の走査電極17に選択/非選信号を出力するコモンドライバ25が接続されている。また、下基板9には、データ電極用ドライバICが実装されて複数のデータ電極19に画像データ信号を出力するセグメントドライバ27が接続されている。
コモンドライバ25は、制御部23から出力されたフレーム開始信号DIOに基づいて、行番号i=1からm(=8)まで走査電極17(i)を順次1本ずつずらしながら選択し、選択したi番目の走査電極17(i)には選択信号を出力し、それ以外の走査電極17には非選択信号を出力するいわゆる線順次駆動をするようになっている。
一方、セグメントドライバ27は、制御部23から出力された所定の信号に基づいて、選択されたi番目の走査電極17(i)上の画素12(i,1)〜12(i,n(=8))に対する画像データ信号をj=1からj=nのn本のデータ電極19にそれぞれ出力するようになっている。
図7は、制御部23をより詳細に示した液晶表示素子1の構成を示している。図7に示すように、制御部23は、コモンドライバ25とセグメントドライバ27に各種制御信号や例えば4ビットの画像データD[3:0](以下、「画像データD」と略記する)を出力するドライバ制御回路23aを有している。また、制御部23は、ドライバ制御回路23aに各種制御信号や画像データDを出力する中央処理装置(CPU)23bを有している。また、制御部23は、外部システムから入力された画像データDを1フレーム分格納するフレーム・メモリ(画像データ記憶部)23cを有している。また、制御部23は、各種信号処理の同期をとるためのクロック信号CLKを出力するクロック回路23dを有している。さらに制御部23は、各部の電子回路に電力を供給する電源部23eを有している。
CPU23bは、液晶表示パネル6に画像を表示させる際には、クロック回路23dから出力されたクロック信号CLKに基づいてデータ・イネーブル信号及びデータ・クロック信号DCLKを生成する。CPU23bは、ドライバ制御回路23aに対し、データ・イネーブル信号及びデータ・クロック信号DCLKを送出すると共に、フレーム・メモリ23cに格納された画像データDをデータ・クロック信号DCLKに同期させてドライバ制御回路23aに出力する。なお、CPU23b及びフレーム・メモリ23cは液晶表示素子1とは別の外部システムであってももちろんよい。
ドライバ制御回路23aは、CPU23bから入力されたデータ・イネーブル信号及びデータ・クロック信号DCLKに同期して、コモンドライバ25とセグメントドライバ27に対し、各種制御信号や画像データDを送出する。ドライバ制御回路23aで生成される各種制御信号は、フレーム開始信号DIO、ラッチパルスLP、パルス極性制御信号FR、ドライバ出力オフ信号/DSPOF(以下、「オフ信号/DSPOF」と略記する)、及びデータ取込みクロックXCLK等である。
フレーム開始信号DIOは、液晶表示パネル6への画像書込みの開始信号であり、コモンドライバ25に出力される。ラッチパルスLP、パルス極性制御信号FR、及びオフ信号/DSPOFは、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27の双方に出力される。
ラッチパルスLPは、いわゆる線順次駆動における選択すべき走査電極17(i)を指定すると共に、選択された走査電極17(i)上の複数の画素12(i,1)〜12(i,n)に同時に書換え画像を出力するための信号である。
パルス極性制御信号FRは、直流電圧成分の印加による液晶劣化を防止すべく、液晶への印加電圧の極性を反転させて交流駆動させるための信号である。ドライバ制御回路23aは、常温Hsのパルス波形の極性反転時が選択期間Tdの中央(期間Tdの開始からTd/2の時点)になるようにパルス極性制御信号FRを制御する。
オフ信号/DSPOFは、液晶非駆動時に無用な電圧印加がなされないように、液晶駆動時以外は液晶印加電圧を強制的に0(GND)Vに固定するための信号である。オフ信号/DSPOFは、負論理の信号である点を除き、図3及び図4を用いて説明した印加電圧強制オフ信号OSに相当する。
CPU23bは、図4に示すような、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでオフ信号/DSPOFをアサートする第1モード、または、図3に示すような、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでオフ信号/DSPOFをネゲートする第2モードのいずれかをドライバ制御回路23aに対し指示する。
データ取込みクロックXCLK及び画像データDはセグメントドライバ27に出力される。画像データDはデータ取込みクロックXCLKに同期して出力される。
電源部23eは、例えば3〜5Vの直流電圧を液晶表示パネル6の駆動に必要な直流電圧に変換する。電源部23eは、3〜5Vの直流電圧供給用の電源23e1を有している。また、電源部23eは、昇圧用の例えばDC−DCコンバータを備えた昇圧部23e2を有している。さらに、電源部23eは、ツェナーダイオードやオペアンプ等を備えた電圧安定部(レギュレータ)23e3を有している。
昇圧部23e2は、電源部23e1の直流3〜5Vの入力電圧を液晶表示パネル6の駆動に必要な電圧、例えば30〜40V程度の電圧に昇圧する。電圧安定部23e3は、昇圧部23e2で昇圧された電圧と入力電圧とを用いて、画像の書換え時又は非書換え時に液晶を駆動するのに必要な複数レベルの電圧を生成する。電圧安定部23e3は、生成された電圧を安定化させて、液晶表示パネル6に接続されたコモンドライバ25及びセグメントドライバ27に供給するようになっている。
CPU23bには、サーミスタ等を用いた温度センサ32が接続されている。温度センサ32は、液晶表示素子1が設置された外部環境の温度を検出する。CPU23bは、温度センサ32での検出温度に基づいて環境温度tが高温Hh1(30<Hh1≦40)か、高温Hh2(40<Hh2)かを判断する。環境温度tが高温Hh1なら、CPU23bはドライバ制御回路23bに対し、パルス幅比率Pr=0.75を指示する。環境温度tが高温Hh2なら、CPU23bはドライバ制御回路23bに対し、パルス幅比率Pr=0.5を指示する。
図8はコモンドライバ25の概略構成を示している。コモンドライバ25は、ドライバ制御回路23aから出力されたラッチパルスLPが入力する毎に、シフト信号を1段ずつずらして出力するシフトレジスタ25aを備えている。また、コモンドライバ25は、シフトレジスタ25aからのシフト信号に応じて所定番地にデータを順次格納するデータレジスタ25bを有している。また、データレジスタ25bの次段には、データレジスタ25bに格納された1ライン分のデータをラッチするラッチ回路25cが設けられている。また、コモンドライバ25は、各走査電極17に所定のデータ電圧を出力する液晶駆動回路25dを有している。
コモンドライバ25は、リセット時には全走査電極17に同時に同一のコモン側リセットデータを出力する。このため、セグメントドライバと同様に機能するように、シフトレジスタ25aと液晶駆動回路25dとの間に、データレジスタ25b及びラッチ回路25cが設けられている。
画像表示時には、コモンドライバ25は、データレジスタ25b及びラッチ回路25cを機能させずに、シフトレジスタ25aのシフト信号を直接、液晶駆動回路25dに入力するようになっている。これにより、液晶駆動回路25dからは、シフト信号に応じて所定の走査電極17に選択信号が出力され、それ以外の走査電極17に非選択信号が出力される。
コモンドライバ25は、ドライバ制御回路23aからの指令により、データレジスタ25b及びラッチ回路25cの動作/非動作を切替えることができるようにっている。
コモンドライバ25の液晶駆動回路25dには、制御部23の電圧安定部23e3から出力されたCOM電圧(VCOM)が入力される。COM電圧は、+36、+20、+14、+6、0Vである。COM電圧の+20、+14、+6、0Vは、画像表示時に用いられる。
表1は、画像表示時の液晶駆動に用いられる各種電圧の値を示している。表1に示すように、選択された走査電極17には、液晶駆動回路25dから、選択期間Tdの中央Td/2より前側で選択時COM電圧=+20V、後側で選択時COM電圧=0Vが印加される。非選択の走査電極17には、液晶駆動回路25dから、非選択期間Tndの中央Tnd/2より前側で非選択時COM電圧=+6V、後側で非選択時COM電圧=+14Vが印加される。
なお、本実施形態において、選択期間Td=非選択期間Tnd=常温Hsの液晶印加電圧のパルス幅Tdである。

Figure 0005082702

Figure 0005082702
COM電圧の+36Vと0Vとは、画像のリセット処理時に用いられる。表2は、リセット時の液晶駆動に用いられる各種電圧の値を示している。リセット処理時の全走査電極17には、液晶駆動回路25dから、表2に示すように、リセット期間Tの中央T/2より前側でリセット時COM電圧=+36V、後側でリセット時COM電圧=0Vが印加される。
シフトレジスタ25aには、ラッチパルスLPの他に、フレーム開始信号DIOが入力される。液晶駆動回路25dには、COM電圧の他に、パルス極性制御信号FR、及びオフ信号/DSPOFが入力される。
図9はセグメントドライバ27の概略構成を示している。セグメントドライバ27は、ドライバ制御回路23aから出力されたラッチパルスLPが入力する毎に、シフト信号を1段ずつずらして出力するシフトレジスタ27aを備えている。また、セグメントドライバ27は、シフトレジスタ27aからのシフト信号に応じて所定番地に画像データDを順次格納するデータレジスタ27bを有している。また、データレジスタ27bの次段には、データレジスタ27bに格納された1ライン分の画像データDをラッチするラッチ回路27cが設けられている。また、セグメントドライバ27は、ラッチ回路27cにラッチされている画像データDに基づいて各データ電極19に所定のデータ電圧を出力する液晶駆動回路27dを有している。
セグメントドライバ27の液晶駆動回路27dには、制御部23の電圧安定部23e3から出力されたSEG電圧(VSEG)が入力される。SEG電圧は、+36、+20、+10、0Vである。SEG電圧の+20、+10、0Vは、画像表示時に用いられる。表1に示すように、SEG電圧=+10は白表示用電圧である。白表示させる画素のデータ電極19には、液晶駆動回路27dから、選択期間Tdを通して白表示用SEG電圧=+10Vが印加される。黒表示させる画素のデータ電極19には、液晶駆動回路27dから、選択期間Tdの中央Td/2より前側で黒表示用SEG電圧=0V、後側で黒表示用SEG電圧=+20Vが印加される。
SEG電圧の+36Vと0Vとは、画像のリセット処理時に用いられる。リセット処理時の全データ電極19には、液晶駆動回路27dから、表2に示すように、リセット期間Tの中央T/2より前側でリセット時SEG電圧=0V、後側でリセット時SEG電圧=+36Vが印加される。
シフトレジスタ27aには、ラッチパルスLPとデータ取込みクロックXCLKが入力される。また、データレジスタ27bには、画像データDが入力される。ラッチ回路27cには、ラッチパルスLPが入力される。液晶駆動回路27dには、SEG電圧の他に、パルス極性制御信号FR、及びオフ信号/DSPOFが入力される。
次に、図10乃至図12を用いて本実施の形態による液晶表示素子の画像表示時の駆動方法について説明する。本駆動方法では、予めリセット処理がなされて、画面全面が白表示になっているものとする。
まず、図10を用いて、環境温度t(℃)が常温Hs(25≦Hs≦30)での液晶表示素子1の駆動方法について説明する。図10は、ドライバ制御回路23aから出力される各種信号の出力タイミングと、液晶に印加される電圧波形とを示している。
図上段から(1)は、セグメントドライバ27に出力されるデータ取込みクロックXCLKの出力タイミングを示している。(2)は、コモンドライバ25に出力されるフレーム開始信号DIOの出力タイミングを示している。(3)は、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27の双方に出力されるパルス極性制御信号FRの出力タイミングを示している。(4)は、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27の双方に出力されるラッチパルスLPのうち、セグメントドライバ27に入力されるラッチパルスLP_SEGの出力タイミングを示している。(5)は、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27の双方に出力されるラッチパルスLPのうち、コモンドライバ25に入力されるラッチパルスLP_COMの出力タイミングを示している。(6)は、コモンドライバ25及びセグメントドライバ27の双方に出力されるオフ信号/DSPOFの出力タイミングを示している。(7)は、セグメントドライバ27に出力される画像データDの出力タイミングを示している。
図10の(1)〜(7)において、横軸は時間(t)を表し、縦軸は信号レベルを表している。
図10の(8)は、コモンドライバ25から、例えば、1フレームの先頭の走査電極17(1)に出力されるCOM電圧であるVCOM1(V)の電圧波形を示している。(9)は、セグメントドライバ27から、例えば、第1番目のデータ電極19(1)に出力されるSEG電圧であるVSEG1(V)の電圧波形を示している。(10)は、セグメントドライバ27から、例えば、第2番目のデータ電極19(2)に出力されるSEG電圧であるVSEG2(V)の電圧波形を示している。(11)は、画素12(1,1)の液晶に印加される電圧波形を示している。本例では、画素12(1,1)に白を表示するものとする。(12)は、画素12(1,2)の液晶に印加される電圧波形を示している。本例では、画素12(1,2)に黒を表示するものとする。
(8)〜(12)において、横軸は時間(t)を表し、縦軸は電圧レベル(V)を表している。
さて、図10において、ドライバ制御回路23aは、CPU23bからのデータ・クロック信号DCLKに同期して画像データDの入力が開始されると、ラッチパルスLP0の出力と共に、データ取込みクロック信号XCLKをセグメントドライバ27に出力する。さらに、ドライバ制御回路23aは、データ取込みクロック信号XCLKに同期させて、第1フレームの先頭(ライン1)の走査電極17(1)上の複数の画素12(1,j)(1≦j≦n)に書込むべきn個の画像データDをそれぞれ例えば4ビットパラレルデータとして出力する。
セグメントドライバ27のシフトレジスタ27aは、入力されたデータ取込みクロック信号XCLKの例えば立下りエッジに同期して、順次入力される画像データDを格納すべきデータレジスタ27bの番地を順次指定する。これにより、走査電極17(1)上の画素12(1,j)に書込むべきn個の画像データDがデータレジスタ27bに格納される。
次に、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1に同期させてフレーム開始信号DIOをコモンドライバ25に出力する。また、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1がアサートされている間に、パルス極性制御信号FRをアサートする。ここで、パルス極性制御信号FRがアサート状態で液晶印加電圧のパルス極性は正極性になり、パルス極性制御信号FRがネゲート状態でパルス極性は負極性になるものとする。
さらに、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期させて、オフ信号/DSPOFをネゲートする。各ドライバ25、27の液晶駆動回路25d、27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされると、選択しているCOM電圧、SEG電圧をそのまま出力する。オフ信号/DSPOFがアサートされると、各液晶駆動回路25d、27dは、選択しているCOM電圧、SEG電圧に代えて、電圧0(GND)Vを出力する。
コモンドライバ25のシフトレジスタ25aは、フレーム開始信号DIOがアサートされると、ドライバ制御回路23aから入力された第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期して、フレーム先頭の走査電極17(1)を選択するシフト信号を液晶駆動回路25dに出力する。
オフ信号/DSPOFはネゲートされているので、液晶駆動回路25dは、先頭の走査電極17(1)にVCOM1=選択時COM電圧=+20Vを印加し、それ以外の走査電極17(2〜m)に非選択時COM電圧=+6Vを印加する。
一方、セグメントドライバ27のデータレジスタ27bに格納されたn個の画像データDは、第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期してラッチ回路27cにラッチされる。ラッチ回路27cは、n個の画像データDを同時に液晶駆動回路27dに出力する。液晶駆動回路27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされているので、n個の画像データDのそれぞれのデータ値に対応したSEG電圧をn本のデータ電極19(1〜n)のそれぞれに印加する。これにより、走査電極17(1)上の複数の画素12(1,j)のそれぞれに各画像データDが書込まれる。データ電極19(1)には、印加電圧VSEG1として、白表示用SEG電圧=+10Vが印加される。データ電極19(2)には、印加電圧VSEG2として、黒表示用SEG電圧=0Vが印加される。
ドライバ制御回路23aは、常温Hsのパルス幅Tdに等しい選択期間Td(=3.3msec)の前半Td/2に達したら、パルス極性制御信号FRを反転させてネゲート状態にする。
コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、パルス極性制御信号FRがネゲートされると、走査電極17(1)に印加する選択時COM電圧を+20Vから0Vに切替える。また、それ以外の走査電極17(2〜m)に印加する非選択時COM電圧を+6Vから+14Vに切替える。
これにより、走査電極17(1)には選択期間Tdの前半Td/2でVCOM1=+20V、後半Td/2でVCOM1=0Vが印加される。非選択の走査電極17には非選択期間Tnd(=Td)の前半Tnd/2で+6V、後半Tnd/2で+14Vが印加される。
また、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27bは、パルス極性制御信号FRがネゲート状態になると、白表示用SEG電圧は+10Vに維持して、黒表示用SEG電圧を0Vから+20Vに切替える。
これにより、白表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19の電圧値は、選択期間Tdの前半Td/2及び後半Td/2を通して+10Vとなる。また、黒表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19の電圧値は、選択期間Tdの前半Td/2で0V、後半Td/2で+20Vとなる。
選択された走査電極17(1)上の選択画素12(1,1)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,1)は、選択期間Tdの前半Td/2で、選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=+20V−10V=+10Vとなる。また、選択期間Tdの後半Td/2では、駆動電圧VD(1,1)は、選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=0V−10V=−10Vとなる。つまり、画素12(1,1)には選択期間Td中にVD(1,1)=±10Vの交流パルス電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、±10Vの交流電圧を常温Hsで選択期間Tdだけ印加しても応答しないので、リセット時の白が維持されて画素12(1,1)は白を表示する。
同様に、選択画素12(1,2)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,2)は、選択期間Tdの前半Td/2で、選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=+20V−0V=+20Vとなる。また、選択期間Tdの後半Td/2では、駆動電圧VD(1,2)は、選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=0V−20V=−20Vとなる。つまり、画素12(1,2)には選択期間Td中にVD(1,2)=±20Vの交流電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、±20Vの交流電圧を常温Hsで選択期間Tdだけ印加するとプレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化するので、画素12(1,2)は黒表示になる。
ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdが終了したら、パルス極性制御信号FRをアサート状態にする。また、ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdが終了したら、オフ信号/DSPOFをアサート状態にする。これにより、各液晶駆動回路25d、27dで選択されているCOM電圧、SEG電圧に代えて、全ての走査電極17及びデータ電極19に電圧0(GND)Vが強制的に各画素12の液晶に出力される。
このように、オフ信号/DSPOFをネゲートする期間で選択期間Td(及び非選択期間Tnd)を規定し、パルス極性制御信号FRのアサート/ネゲート状態を選択期間Tdの1/2で反転させることにより、印加電圧の極性を反転させて画素12の液晶3を交流駆動させることができる。
次に、1フレームの2番目の走査電極17(2)上の画素12(2、j)への画像データの書込みについて説明する。上述のようにして走査電極17(1)上のn個の画素12(1,1)〜12(1,n)に画像を書込んでいる間に、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1の出力と共に、データ取込みクロック信号XCLKをセグメントドライバ27に出力する。さらに、ドライバ制御回路23aは、データ取込みクロック信号XCLKに同期させて、第1フレームの先頭から2番目(ライン2)の走査電極17(2)上の複数の画素12(2,j)に書込むべきn個の画像データDをそれぞれ4ビットパラレルデータで出力する。
セグメントドライバ27のシフトレジスタ27aは、入力されたデータ取込みクロック信号XCLKの例えば立下りエッジに同期して、順次入力してくる画像データDを格納すべきデータレジスタ27bの番地を順次指定する。これにより、走査電極17(2)上の画素12(2,j)に書込むべきn個の画像データDがデータレジスタ27bに格納される。
次に、ドライバ制御回路23aは、第2ラッチパルスLP2の例えば立下りエッジに同期して、オフ信号/DSPOFをネゲートする。
コモンドライバ25のシフトレジスタ25aは、ドライバ制御回路23aから入力された第2ラッチパルスLP2の例えば立下りエッジに同期して先頭から2番目の走査電極17(2)を選択するシフト信号を液晶駆動回路25dに出力する。
オフ信号/DSPOFはネゲートされているので、液晶駆動回路25dは、走査電極17(2)に選択時COM電圧=+20Vを印加し、それ以外の走査電極17(1、3〜m)に非選択時COM電圧=+6Vを印加する。走査電極17(1)は非選択なので、図10の(8)に示すように、VCOM1=非選択時COM電圧=+6Vとなる。
一方、セグメントドライバ27のデータレジスタ27bに格納されたn個の画像データDは、第2ラッチパルスLP2の例えば立下りエッジに同期してラッチ回路27cにラッチされる。ラッチ回路27cは、n個の画像データDを同時に液晶駆動回路27dに出力する。液晶駆動回路27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされているので、n個の画像データDのそれぞれのデータ値に対応したSEG電圧をn本のデータ電極19(1〜n)のそれぞれに印加する。これにより、走査電極17(2)上の複数の画素12(2,j)のそれぞれに各画像データDが書込まれる。データ電極19(1)には、印加電圧VSEG1として、例えば、白表示用SEG電圧=+10Vが印加される。データ電極19(2)には、印加電圧VSEG2として、例えば、黒表示用SEG電圧=0Vが印加される。
ドライバ制御回路23aは、走査電極17(2)の選択期間Tdの前半Td/2に達したら、パルス極性制御信号FRを反転させてネゲート状態にする。
コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、パルス極性制御信号FRがネゲートされると、走査電極17(2)に印加する選択時COM電圧を+20Vから0Vに切替える。また、それ以外の走査電極17(1、3〜m)の非選択時COM電圧を+6Vから+14Vに切替える。従って、走査電極17(1)には、図10の(8)に示すように、VCOM1=+14Vが印加される。これにより、走査電極17(2)には選択期間Tdの前半Td/2で+20V、後半Td/2で0Vが印加される。非選択の走査電極17には非選択期間Tnd(=Td)の前半Tnd/2で+6V、後半Tnd/2で+14Vが印加される。
また、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27bは、パルス極性制御信号FRがネゲート状態になると、白表示用SEG電圧は+10Vに維持して、黒表示用SEG電圧を0Vから+20Vに切替える。これにより、白表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19の電圧値は、選択期間Tdの前半Td/2及び後半Td/2を通して+10Vとなる。また、黒表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19の電圧値は、選択期間Tdの前半Td/2で0V、後半Td/2で+20Vとなる。
非選択の走査電極17(1)上の画素12(1,1)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,1)は、非選択期間Tndの前半Tnd/2で、非選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=+6V−10V=−4Vとなる。また、非選択期間Tndの後半Tnd/2では、電圧VD(1,1)は、非選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=+14V−10V=+4Vとなる。つまり、画素12(1,1)には非選択期間Tnd中にVD(1,1)=±4Vの交流パルス電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、大きさが10V以下の交流電圧を常温Hsで非選択期間Tndだけ印加しても応答しないので、画素12(1,1)の画像の書換えは行われない。
同様に、非選択画素12(1,2)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,2)は、非選択期間Tndの前半Tnd/2で、非選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=+6V−0V=+6Vとなる。また、非選択期間Tndの後半Tnd/2では、電圧VD(1,2)は、非選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=+14V−20V=−6Vとなる。つまり、画素12(1,2)には非選択期間Tnd中にVD(1,2)=±6Vの交流電圧が印加される。従って、画素12(1,2)の画像の書換えは行われない。
ドライバ制御回路23aは、走査電極17(2)の選択期間Tdの後半Td/2が終了したら、パルス極性制御信号FRをアサート状態に遷移させる。
また、ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdが終了したら、オフ信号/DSPOFをアサート状態にする。これにより、各液晶駆動回路25d、27dで選択されているCOM電圧、SEG電圧に代えて、電圧0(GND)Vが強制的に各画素の液晶に出力される。
以下、ドライバ制御回路23a、コモンドライバ25、セグメントドライバ27は上述と同様の動作を第3ラッチパルスLP3〜第mラッチパルスLPmまで繰り返して1フレームの画像が表示される。
次に、図11を用いて、環境温度t(℃)が高温Hh1(30<Hh1≦40)での液晶表示素子1の駆動方法について説明する。図11は、図10と同様にドライバ制御回路23aから出力される各種信号の出力タイミング(1)〜(7)と、液晶に印加される電圧波形(8)〜(12)とを示している。図10に示すものと同一事項の説明は省略する。
ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、パルス幅比率Pr=0.75に設定する指示を受け取っている。
また、ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでオフ信号/DSPOFをアサートする第1モードを指示されている。このため、ドライバ制御回路23aは、常温Hsでの選択期間Td(=3.3msec)の中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点を跨いで液晶印加電圧が強制的にオフになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
選択期間Td内でオフ信号/DSPOFがアサートされている期間を強制オフ期間Toffとする。選択期間Td内で高温Hh1に必要なパルス幅Td1を得るには、強制オフ期間Toff=Td−Td1=(1−0.75)×Tdである。
オフ信号/DSPOFのアサート開始から、選択期間Tdの中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点までを強制オフ期間Toff1とし、極性切替時点からオフ信号/DSPOFのアサート終了までを強制オフ期間Toff2とする。
ドライバ制御回路23aは、Toff=Toff1+Toff2、且つ、Toff1=Toff2=Toff/2を満たすように、つまり、強制オフ期間Toff1と強制オフ期間Toff2の長さが同じになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
こうすることにより、高温Hh1時であっても、CPU23bは常温Hs時と同一の画像データDの送出速度で低負荷でドライバ制御回路23aにデータを出力することができる。
ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1に同期させてフレーム開始信号DIOをコモンドライバ25に出力する。また、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1がアサートされている間に、パルス極性制御信号FRをアサートする。
さらに、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期させて、オフ信号/DSPOFをネゲートする。
コモンドライバ25のシフトレジスタ25aは、フレーム開始信号DIOがアサートされると、ドライバ制御回路23aから入力された第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期して、フレーム先頭の走査電極17(1)を選択するシフト信号を液晶駆動回路25dに出力する。
オフ信号/DSPOFはネゲートされているので、液晶駆動回路25dは、先頭の走査電極17(1)にVCOM1=選択時COM電圧=+20Vを印加し、それ以外の走査電極17(2〜m)に非選択時COM電圧=+6Vを印加する。
一方、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされているので、n個の画像データDのそれぞれのデータ値に対応したSEG電圧をn本のデータ電極19(1〜n)のそれぞれに印加する。これにより、走査電極17(1)上の複数の画素12(1,j)のそれぞれに各画像データDが書込まれる。データ電極19(1)には、印加電圧VSEG1として、白表示用SEG電圧=+10Vが印加される。データ電極19(2)には、印加電圧VSEG2として、黒表示用SEG電圧=0Vが印加される。
次に、ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdの前方の期間(Td1)/2=(0.375)×Tdの経過時にオフ信号/DSPOFをアサートする。これにより、強制オフ期間Toffが開始され、液晶駆動回路25dからはCOM電圧に代えて電圧0(GND)Vが強制的に出力される。
次に、ドライバ制御回路23aは、強制オフ期間Toff1に達したら、パルス極性制御信号FRを反転させてネゲート状態にする。オフ信号/DSPOFはアサート状態のままなので、液晶駆動回路25d、27dの出力電圧は0(GND)Vを維持する。
次に、ドライバ制御回路23aは、パルス極性制御信号FRを反転後、強制オフ期間Toff2が経過したら、つまり、前方の選択期間(Td1)/2の経過後、強制オフ期間Toff=(0.250)×Tdだけオフ信号/DSPOFのアサート状態を維持したら、オフ信号/DSPOFをネゲート状態に切替えて、当該状態を期間(Td1)/2=(0.375)×Tdだけ維持する。
コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、パルス極性制御信号FRがネゲートされると、走査電極17(1)に印加する選択時COM電圧を+20Vから0Vに切替える。また、それ以外の走査電極17(2〜m)の非選択時COM電圧を+6Vから+14Vに切替える。
これにより、走査電極17(1)には選択期間Tdの前方(Td1)/2でVCOM1=+20V、後方(Td1)/2でVCOM1=0Vが印加される。選択期間Tdの前方と後方の間の強制オフ期間Toffでの走査電極17(1)への印加電圧は強制的にVCOM1=0Vとなる。
非選択の走査電極17には非選択期間Tnd(=Td)の前方(Td1)/2で非選択時COM電圧=+6V、後方(Td1)/2で非選択時COM電圧=+14Vが印加される。非選択期間Tndの前方と後方の間の強制オフ期間Toffでの非選択の走査電極17への印加電圧は強制的に0Vとなっている。
また、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27bは、パルス極性制御信号FRがネゲート状態になると、白表示用SEG電圧は+10Vに維持して、黒表示用SEG電圧を0Vから+20Vに切替える。
これにより、白表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19(1)の電圧値は、選択期間Tdの前方(Td1)/2及び後方(Td1)/2でVSEG1=+10Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の間の強制オフ期間Toffは、強制的にVSEG1=0Vとなっている。
また、黒表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19(2)の電圧値は、選択期間Tdの前方(Td1)/2でVSEG2=0V、後方(Td1)/2でVSEG2=+20Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の間の強制オフ期間Toffは、強制的にVSEG2=0Vとなっている。
選択された走査電極17(1)上の選択画素12(1,1)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,1)は、選択期間Tdの前方(Td1)/2で、選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=+20V−10V=+10Vとなる。また、選択期間Tdの後方(Td1)/2では、駆動電圧VD(1,1)は、選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=0V−10V=−10Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の間の強制オフ期間Toffは、強制的にVD(1,1)=0Vとなっている。
つまり、画素12(1,1)には、常温Hsのパルス幅に等しい選択期間Td内に、高温Hh1のパルス幅Td1=(0.75)×TdでVD(1,1)=±10Vの交流電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、高温Hh1時に±10Vの電圧をパルス幅Td1で印加しても応答しないので、リセット時の白が維持されて画素12(1,1)は白を表示する。
同様に、選択画素12(1,2)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,2)は、選択期間Tdの前方(Td1)/2で、選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=+20V−0V=+20Vとなる。また、選択期間Tdの後方(Td1)/2では、駆動電圧VD(1,2)は、選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=0V−20V=−20Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の間の強制オフ期間Toffは、強制的にVD(1,2)=0Vとなっている。
つまり、画素12(1,2)には、選択期間Td内に、高温Hh1のパルス幅Td1=(0.75)×TdでVD(1,2)=±20Vの交流電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、高温Hh1時に±20Vの電圧をパルス幅Td1で印加するとプレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化するので、画素12(1,2)には黒が表示される。
このように、オフ信号/DSPOFを利用して、常温Hsのパルス幅Tdに等しい選択期間Td内で、パルス極性制御信号FRの極性切替時点を跨ぐ強制オフ期間Toffを設定できる。これにより、常温Hs時と同じ選択期間Td内で高温Hh1用の短いパルス幅Td1=(0.75)×Tdで液晶に交流駆動電圧を印加することができる。
ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdが終了したら、パルス極性制御信号FRをアサート状態にする。
また、ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdが終了したら、オフ信号/DSPOFをアサート状態にする。これにより、各液晶駆動回路25d、27dで選択されているCOM電圧、SEG電圧に代えて、全ての走査電極17及びデータ電極19に電圧0(GND)Vが強制的に印加される。
以下、ドライバ制御回路23a、コモンドライバ25、セグメントドライバ27は上述と同様の動作を第2ラッチパルスLP2〜第mラッチパルスLPmまで繰り返して1フレームの画像が表示される。
次に、図12を用いて、環境温度t(℃)が高温Hh2(40<Hh2)での液晶表示素子1の駆動方法について説明する。図12は、図10及び図11と同様にドライバ制御回路23aから出力される各種信号の出力タイミング(1)〜(7)と、液晶に印加される電圧波形(8)〜(12)とを示している。図10及び図11に示すものと同一事項の説明は省略する。
ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、パルス幅比率Pr=0.5に設定する指示を受け取っている。
また、ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでオフ信号/DSPOFをネゲートする第2モードを指示されている。このため、ドライバ制御回路23aは、常温Hsでの選択期間Td(=3.3msec)の中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点を跨いで液晶印加電圧が出力されるようにオフ信号/DSPOFを制御する。換言すれば、ドライバ制御回路23aは、常温Hsでの選択期間Tdの中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点を挟んで両側に分離して液晶印加電圧が強制的にオフになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
選択期間Td内でオフ信号/DSPOFがアサートされている期間を強制オフ期間Toffとすると、選択期間Td内で高温Hh2に必要なパルス幅Td2を得るには、強制オフ期間Toff=Td−Td2=(1−0.5)×Tdである。
強制オフ期間Toffは、パルス極性制御信号FRの極性切替時点を挟んで両側に分離された強制オフ期間Toff1と強制オフ期間Toff2とからなる。
ドライバ制御回路23aは、Toff=Toff1+Toff2、且つ、Toff1=Toff2=Toff/2を満たすように、つまり、強制オフ期間Toff1と強制オフ期間Toff2の長さが同じになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
こうすることにより、高温Hh2時であっても、CPU23bは常温Hs時と同一の画像データDの送出速度で低負荷でドライバ制御回路23aにデータを出力することができる。
ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1に同期させてフレーム開始信号DIOをコモンドライバ25に出力する。また、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1がアサートされている間に、パルス極性制御信号FRをアサートする。
さらに、ドライバ制御回路23aは、少なくとも第1ラッチパルスLP1の出力時までにオフ信号/DSPOFをアサート状態にする。
ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1の立下りエッジを基準に強制オフ期間Toff1=(0.25)×Tdだけオフ信号/DSPOFのアサート状態を維持したら、オフ信号/DSPOFをネゲート状態に切替えて、当該状態を選択期間Td2=(0.5)×Tdだけ維持する。
コモンドライバ25のシフトレジスタ25aは、フレーム開始信号DIOがアサートされると、ドライバ制御回路23aから入力された第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期して、フレーム先頭の走査電極17(1)を選択するシフト信号を液晶駆動回路25dに出力する。
しかしながら、オフ信号/DSPOFはアサート状態なので、液晶駆動回路25dからはCOM電圧に代えて電圧0(GND)Vが強制的に出力される。
セグメントドライバ27の液晶駆動回路27dからも、オフ信号/DSPOFがアサート状態なので、SEG電圧に代えて電圧0(GND)Vが強制的に出力される。
次に、ドライバ制御回路23aは、強制オフ期間Toff1の経過直後にオフ信号/DSPOFをネゲートする。これにより、コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、フレーム先頭の走査電極17(1)にVCOM1=選択時COM電圧=+20Vを印加し、それ以外の走査電極17(2〜m)に非選択時COM電圧=+6Vを印加する。
一方、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされているので、n個の画像データDのそれぞれのデータ値に対応したSEG電圧をn本のデータ電極19(1〜n)のそれぞれに印加する。これにより、走査電極17(1)上の複数の画素12(1,j)のそれぞれに各画像データDが書込まれる。データ電極19(1)には、印加電圧VSEG1として、白表示用SEG電圧=+10Vが印加される。データ電極19(2)には、印加電圧VSEG2として、黒表示用SEG電圧=0Vが印加される。
次に、ドライバ制御回路23aは、走査電極17(1)の選択期間Tdの前半Td/2に達したら、パルス極性制御信号FRを反転させてネゲート状態にする。
オフ信号/DSPOFはネゲート状態を維持している。従って、コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、パルス極性制御信号FRがネゲートされると、走査電極17(1)に印加する選択時COM電圧を+20Vから0Vに切替える。また、それ以外の走査電極17(2〜m)の非選択時COM電圧を+6Vから+14Vに切替える。
ドライバ制御回路23aは、期間Td2だけオフ信号/DSPOFのネゲート状態を維持したら、オフ信号/DSPOFをネゲート状態に切替えて、少なくとも強制オフ期間Toff2=(0.25)×Tdだけ維持する。
これにより、走査電極17(1)には選択期間Td内の期間Td2の前半でVCOM1=+20V、後半でVCOM1=0Vが印加される。選択期間Tdの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2での走査電極17(1)への印加電圧は強制的にVCOM1=0Vとなる。
非選択の走査電極17には非選択期間Tnd内の期間Td2の前半で非選択時COM電圧=+6V、後半で非選択時COM電圧=+14Vが印加される。非選択期間Tndの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2での非選択の走査電極17への印加電圧は強制的にVCOM1=0Vとなる。
また、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27bは、パルス極性制御信号FRがネゲート状態になると、白表示用SEG電圧は+10Vに維持して、黒表示用SEG電圧を0Vから+20Vに切替える。
これにより、白表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19(1)の電圧値は、期間Td2の前半及び後半を通してVSEG1=+10Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2は、強制的にVSEG1=0Vとなっている。
また、黒表示用SEG電圧が印加されるデータ電極19(2)の電圧値は、期間Td2の前半でVSEG2=0V、後半でVSEG2=+20Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2は、強制的にVSEG2=0Vとなっている。
選択された走査電極17(1)上の選択画素12(1,1)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,1)は、期間Td2の前半で、選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=+20V−10V=+10Vとなる。また、期間Td2の後半では、駆動電圧VD(1,1)は、選択時COM電圧−白表示用SEG電圧=0V−10V=−10Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2は、強制的にVD(1,1)=0Vとなっている。
つまり、画素12(1,1)には、常温Hsのパルス幅に等しい選択期間Td内に、高温Hh2のパルス幅Td2=(0.5)×TdでVD(1,1)=±10Vの交流電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、高温Hh2時に±10Vの電圧をパルス幅Td2で印加しても応答しないので、リセット時の白が維持されて画素12(1,1)は白を表示する。
同様に、選択画素12(1,2)の液晶に印加される駆動電圧VD(1,2)は、期間Td2の前半で、選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=+20V−0V=+20Vとなる。また、期間Td2の後半では、駆動電圧VD(1,2)は、選択時COM電圧−黒表示用SEG電圧=0V−20V=−20Vとなる。選択期間Tdの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2は、強制的にVD(1,2)=0Vとなっている。
つまり、画素12(1,2)には、選択期間Td内に、高温Hh2のパルス幅Td2=(0.5)×TdでVD(1,2)=±20Vの交流電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、高温Hh2時に±20Vの電圧をパルス幅Td2で印加するとプレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化するので、画素12(1,2)には黒が表示される。
このように、オフ信号/DSPOFを利用して、常温Hsのパルス幅Tdに等しい選択期間Td内で、パルス極性制御信号FRの極性切替時点を挟んで両側に分離して強制オフ期間Toffを設定できる。これにより、常温Hs時と同じ選択期間Td内で高温Hh2用の短いパルス幅Td2=(0.5)×Tdで液晶に交流駆動電圧を印加することができる。
ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdが終了したら、パルス極性制御信号FRをアサート状態にする。
また、ドライバ制御回路23aは、選択期間Tdの終了後もオフ信号/DSPOFのアサート状態を維持する。これにより、各液晶駆動回路25d、27dで選択されているCOM電圧、SEG電圧に代えて、全ての走査電極17及びデータ電極19に電圧0(GND)Vが強制的に印加される。
以下、ドライバ制御回路23a、コモンドライバ25、セグメントドライバ27は上述と同様の動作を第2ラッチパルスLP2〜第mラッチパルスLPmまで繰り返して1フレームの画像が表示される。
次に、図13乃至図15を用いて本実施の形態による液晶表示素子のリセット処理について説明する。
まず、図13を用いて、環境温度t(℃)が常温Hs(25≦Hs≦30)での液晶表示素子1のリセット処理について説明する。図13は、図10と同様にドライバ制御回路23aから出力される各種信号の出力タイミング(1)〜(7)を示している。図10で示しているものと同一事項の説明は省略する。図13の(8)は、リセット処理により全画素12(1,1)〜12(m,n)の液晶3に同一条件で印加される駆動電圧VDの波形を示している。横軸は時間(t)を表し、縦軸は電圧レベル(V)を表している。
また、図13に示す時点(a)は、全走査電極17の選択開始を示している。また、時点(b)は、全データ電極19の選択開始を示している。時点(c)は、リセット期間Trの始期を示し、時点(d)は、リセット期間Trの終期を示している。また、時点(e)は、全走査電極17の選択終了を示している。また、時点(f)は、全画面同時リセット処理の終了を示している。
さて、ドライバ制御回路23aは、CPU23bからリセット処理の開始指示を受け取ると、コモンドライバ25の設定をリセット処理用に切替えると共に、図13の時点(a)に示すように、フレーム開始信号DIOをアサートする。
次いで、ドライバ制御回路23aは、コモンドライバ25のシフトレジスタ25aに対しm個のラッチパルスLP(ラッチパルスLP_COM)を順次送出する。さらに、ドライバ制御回路23aは、ラッチパルスLP_COMに同期させて、フレーム先頭(ライン1)からフレーム最後(ラインm)までの全走査電極17(1〜m)に印加すべきm個の同一値の走査電極用リセットデータDc(=”0b0000”)をそれぞれ4ビットパラレルデータとして出力する。
コモンドライバ25のシフトレジスタ25aは、入力されたラッチパルスLP_COMの例えば立下りエッジに同期して、順次入力される走査電極用リセットデータDcを格納すべきデータレジスタ25bの番地を順次指定する。これにより、全走査電極17に印加すべきm個の同一値の走査電極用リセットデータDcがデータレジスタ25bに格納される。
次に、ドライバ制御回路23aは、図13の時点(b)の経過後、CPU23bからのデータ・クロック信号DCLKに同期してデータ電極用リセットデータDdの入力が開始されると、ラッチパルスLP0(ラッチパルスLP_SEG)の出力と共に、データ取込みクロック信号XCLKをセグメントドライバ27に出力する。さらに、ドライバ制御回路23aは、データ取込みクロック信号XCLKに同期させて、n個のデータ電極19(1〜n)に印加すべき同一値のn個のデータ電極用リセットデータDd(=”0b1111”)をそれぞれ4ビットパラレルデータとして出力する。
セグメントドライバ27のシフトレジスタ27aは、入力されたデータ取込みクロック信号XCLKの例えば立下りエッジに同期して、順次入力されるデータ電極用リセットデータDdを格納すべきデータレジスタ27bの番地を順次指定する。これにより、全データ電極19に印加すべきn個の同一値のデータ電極用リセットデータDdがデータレジスタ27bに格納される。
次に、ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1の出力後の時点(c)において、パルス極性制御信号FRをアサートする。ここで、パルス極性制御信号FRがアサート状態で液晶印加電圧のパルス極性は正極性になり、パルス極性制御信号FRがネゲート状態でパルス極性は負極性になるものとする。
また、ドライバ制御回路23aは、パルス極性制御信号FRをアサートすると同時に、オフ信号/DSPOFをネゲートする。これにより、時点(c)で、リセット期間Trが開始される。
各ドライバ25、27の液晶駆動回路25d、27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされると、選択しているCOM電圧、SEG電圧をそのまま出力する。オフ信号/DSPOFがアサートされると、各液晶駆動回路25d、27dは、選択しているCOM電圧、SEG電圧に代えて、電圧0(GND)Vを出力する。
コモンドライバ25のデータレジスタ25bに格納されたm個の走査電極用リセットデータDcは、第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期してラッチ回路25cにラッチされる。ラッチ回路25cは、m個の走査電極用リセットデータDcを同時に液晶駆動回路25dに出力する。液晶駆動回路25dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされると、m個の走査電極用リセットデータDcに対応したリセット時COM電圧をm本の走査電極17(1〜n)に印加する。全走査電極17には、リセット時COM電圧として、+36Vが印加される。
一方、セグメントドライバ27のデータレジスタ27bに格納されたn個のデータ電極用リセットデータDdは、第1ラッチパルスLP1の例えば立下りエッジに同期してラッチ回路27cにラッチされる。ラッチ回路27cは、n個の画像データDを同時に液晶駆動回路27dに出力する。液晶駆動回路27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされると、n個のデータ電極用リセットデータDdに対応したリセット時SEG電圧をn本のデータ電極19(1〜n)に印加する。全データ電極19には、リセット時SEG電圧として、0Vが印加される。
ドライバ制御回路23aは、常温Hsのリセットパルス幅Trに等しいリセット期間Tr(=60msec)の前半Tr/2に達したら、パルス極性制御信号FRを反転させてネゲート状態にする。
コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、パルス極性制御信号FRがネゲートされると、全走査電極17に印加するリセット時COM電圧を+36Vから0Vに切替える。これにより、全走査電極17にはリセット期間Trの前半Tr/2でリセット時COM電圧=+36V、後半Tr/2でリセット時COM電圧=0Vが印加される。
また、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27bは、パルス極性制御信号FRがネゲートされると、全データ電極19に印加するリセット時SEG電圧を0Vから+36Vに切替える。これにより、全データ電極19にはリセット期間Trの前半Tr/2でリセット時SEG電圧=0V、後半Tr/2でリセット時SEG電圧=+36Vが印加される。
従って、全画素12(1,1)〜12(m,n)の液晶3に印加される駆動電圧VDは、リセット期間Trの前半Tr/2で、リセット時COM電圧−リセット時SEG電圧=+36V−0V=+36Vとなる。また、リセット期間Trの後半Tr/2では、駆動電圧VDは、リセット時COM電圧−リセット時SEG電圧=0V−36V=−36Vとなる。つまり、全画素12(1,1)〜12(m,n)にはリセット期間Tr中にVD=±36Vの交流パルス電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、±36Vの交流電圧を常温Hsでリセット期間Trだけ印加するとホメオトロピック状態となる。
ドライバ制御回路23aは、時点(d)に示すようにリセット期間Trが終了したら、オフ信号/DSPOFをアサート状態にする。これにより、各液晶駆動回路25d、27dで選択されているリセット時COM電圧、リセット時SEG電圧に代えて、全ての走査電極17及びデータ電極19に電圧0(GND)Vが強制的に各画素12の液晶に出力される。これにより、全画素12の液晶3は、ホメオトロピック状態からプレーナ状態に変化して、全画素12は白が表示される。
時点(d)を所定時間経過した時点(e)において、ドライバ制御回路23aは、フレーム開始信号DIOをネゲートする。次いで、ドライバ制御回路23aは、コモンドライバ25のシフトレジスタ25aに対しm個のラッチパルスLP(ラッチパルスLP_COM)を順次送出する。さらに、ドライバ制御回路23aは、ラッチパルスLP_COMに同期させて、リセット時にデータ電極19に印加したのと同一のデータ電極用リセットデータDd(=”0b1111”)をフレーム先頭(ライン1)からフレーム最後(ラインm)までの全走査電極17(1〜m)に印加すべく、4ビットパラレルデータとして出力する。これにより、全走査電極17の選択状態がリセットされ、時点(f)で全画面同時リセット処理が終了する。
このように、オフ信号/DSPOFをネゲートする期間でリセット期間Trを規定し、パルス極性制御信号FRのアサート/ネゲート状態をリセット期間Trの1/2で反転させることにより、印加電圧の極性を反転させて画素12の液晶3を交流駆動させてリセットすることができる。
次に、図14を用いて、環境温度t(℃)が高温Hh2(40<Hh2)での液晶表示素子1のリセット方法について説明する。図14は、図13と同様にドライバ制御回路23aから出力される各種信号の出力タイミング(1)〜(7)と、液晶に印加される電圧波形(8)とを示している。図13に示すものと同一事項の説明は省略する。
ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、パルス幅比率Pr=0.5に設定する指示を受け取っている。
また、ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでオフ信号/DSPOFをアサートする第1モードを指示されている。このため、ドライバ制御回路23aは、常温Hsでのリセット期間Tr(=60msec)の中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点を跨いで液晶印加電圧が強制的にオフになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
リセット期間Tr内でオフ信号/DSPOFがアサートされている期間を強制オフ期間Toffとする。リセット期間Tr内で高温Hh2に必要なパルス幅Tr2を得るには、強制オフ期間Toff=Tr−Tr2=(1−0.5)×Trである。
オフ信号/DSPOFのアサート開始から、リセット期間Trの中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点までを強制オフ期間Toff1とし、極性切替時点からオフ信号/DSPOFのアサート終了までを強制オフ期間Toff2とする。
ドライバ制御回路23aは、Toff=Toff1+Toff2、且つ、Toff1=Toff2=Toff/2を満たすように、つまり、強制オフ期間Toff1と強制オフ期間Toff2の長さが同じになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
こうすることにより、高温Hh2時であっても、CPU23bは常温Hs時と同一のリセットデータDの送出速度で低負荷でドライバ制御回路23aにデータを出力することができる。
ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1の出力後の時点(c)において、パルス極性制御信号FRをアサートする。
また、ドライバ制御回路23aは、パルス極性制御信号FRをアサートすると同時に、オフ信号/DSPOFをネゲートする。これにより、時点(c)で、リセット期間Trが開始される。
コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされると、m個の走査電極用リセットデータDcに対応したリセット時COM電圧をm本の走査電極17(1〜n)に印加する。全走査電極17には、リセット時COM電圧として、+36Vが印加される。
一方、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされると、n個のデータ電極用リセットデータDdに対応したリセット時SEG電圧をn本のデータ電極19(1〜n)に印加する。全データ電極19には、リセット時SEG電圧として、0Vが印加される。
次に、ドライバ制御回路23aは、リセット期間Trの前方の期間(Tr2)/2=Tr/4=(0.25)×Trの経過時にオフ信号/DSPOFをアサートする。これにより、強制オフ期間Toffが開始され、液晶駆動回路25dからはリセット時COM電圧に代えて電圧0(GND)Vが強制的に出力される。
ドライバ制御回路23aは、常温Hsのリセットパルス幅Trに等しいリセット期間Trの前半Tr/2に達したら、つまり、強制オフ期間Toff1の終期に達したら、パルス極性制御信号FRを反転させてネゲート状態にする。オフ信号/DSPOFはアサート状態のままなので、液晶駆動回路25d、27dの出力電圧は0(GND)Vを維持する。
次に、ドライバ制御回路23aは、パルス極性制御信号FRを反転後、強制オフ期間Toff2が経過したら、つまり、前方の期間Tr/4の経過後、強制オフ期間Toff=(0.5)×Trだけオフ信号/DSPOFのアサート状態を維持したら、オフ信号/DSPOFをネゲート状態に切替えて、当該状態を期間(Tr2)/2=Tr/4=(0.25)×Trだけ維持する。
コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、パルス極性制御信号FRがネゲートされているので、全走査電極17に印加するリセット時COM電圧を+36Vから0Vに切替える。これにより、全走査電極17にはリセット期間Trの前方Tr/4でリセット時COM電圧=+36V、後方Tr/4でリセット時COM電圧=0Vが印加される。
また、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27bは、パルス極性制御信号FRがネゲートされているので、全データ電極19に印加するリセット時SEG電圧を0Vから+36Vに切替える。これにより、全データ電極19にはリセット期間Trの前方Tr/4でリセット時SEG電圧=0V、後方Tr/4でリセット時SEG電圧=+36Vが印加される。
従って、全画素12(1,1)〜12(m,n)の液晶3に印加される駆動電圧VDは、リセット期間Trの前方Tr/4で、リセット時COM電圧−リセット時SEG電圧=+36V−0V=+36Vとなる。また、リセット期間Trの後方Tr/4では、駆動電圧VDは、リセット時COM電圧−リセット時SEG電圧=0V−36V=−36Vとなる。リセット期間Trの前方と後方の間の強制オフ期間Toffは、強制的にVD=0Vとなっている。
つまり、全画素12(1,1)〜12(m,n)には常温Hsのパルス幅に等しいリセット期間Tr内に、高温Hh2のパルス幅Tr2=(0.5)×TrでVD=±36Vの交流電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、±36Vの交流電圧を高温Hh2でパルス幅Tr2だけ印加するとホメオトロピック状態となる。
ドライバ制御回路23aは、時点(d)に示すようにリセット期間Trが終了したら、オフ信号/DSPOFをアサート状態にする。これにより、各液晶駆動回路25d、27dで選択されているリセット時COM電圧、リセット時SEG電圧に代えて、全ての走査電極17及びデータ電極19に電圧0(GND)Vが強制的に各画素12の液晶に出力される。これにより、全画素12の液晶3は、ホメオトロピック状態からプレーナ状態に変化して、全画素12は白が表示される。
その後時点(e)、(f)を経て全画面同時リセット処理が終了する。
次に、図15を用いて、環境温度t(℃)が高温Hh2(40<Hh2)での液晶表示素子1のリセット方法について説明する。図15は、図14と同様にドライバ制御回路23aから出力される各種信号の出力タイミング(1)〜(7)と、液晶に印加される電圧波形(8)とを示している。図14に示すものと同一事項の説明は省略する。
ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、パルス幅比率Pr=0.5に設定する指示を受け取っている。
また、ドライバ制御回路23aは、予めCPU23bから、常温Hsのパルス波形の極性反転時を跨いでオフ信号/DSPOFをネゲートする第2モードを指示されている。このため、ドライバ制御回路23aは、常温Hsでのリセット期間Tr(=60msec)の中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点を跨いで液晶印加電圧が出力されるようにオフ信号/DSPOFを制御する。換言すれば、ドライバ制御回路23aは、常温Hsでのリセット期間Trの中央に設定されたパルス極性制御信号FRの極性切替時点を挟んで両側に分離して液晶印加電圧が強制的にオフになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
リセット期間Tr内でオフ信号/DSPOFがアサートされている期間を強制オフ期間Toffとする。リセット期間Tr内で高温Hh2に必要なパルス幅Tr2を得るには、強制オフ期間Toff=Tr−Tr2=(1−0.5)×Trである。
強制オフ期間Toffは、パルス極性制御信号FRの極性切替時点を挟んで両側に分離された強制オフ期間Toff1と強制オフ期間Toff2とからなる。
ドライバ制御回路23aは、Toff=Toff1+Toff2、且つ、Toff1=Toff2=Toff/2を満たすように、つまり、強制オフ期間Toff1と強制オフ期間Toff2の長さが同じになるようにオフ信号/DSPOFを制御する。
こうすることにより、高温Hh2時であっても、CPU23bは常温Hs時と同一のリセットデータDの送出速度で低負荷でドライバ制御回路23aにデータを出力することができる。
ドライバ制御回路23aは、第1ラッチパルスLP1の出力後の時点(c)において、パルス極性制御信号FRをアサートする。また、ドライバ制御回路23aは、時点(c)までに、オフ信号/DSPOFをアサートする。これにより、時点(c)で、リセット期間Trが開始される。
ドライバ制御回路23aは、時点(c)を基準に強制オフ期間Toff1=(0.25)×Trだけオフ信号/DSPOFのアサート状態を維持したら、オフ信号/DSPOFをネゲート状態に切替えて、当該状態をリセット期間Tr2=(0.5)×Trだけ維持する。
強制オフ期間Toff1は、オフ信号/DSPOFはアサート状態なので、液晶駆動回路25d、27dからは電圧0(GND)Vが強制的に出力される。
次に、ドライバ制御回路23aは、強制オフ期間Toff1の経過直後にオフ信号/DSPOFをネゲートする。これにより、コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、m個の走査電極用リセットデータDcに対応したリセット時COM電圧をm本の走査電極17(1〜n)に印加する。全走査電極17には、リセット時COM電圧として、+36Vが印加される。
一方、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27dは、オフ信号/DSPOFがネゲートされているので、n個のデータ電極用リセットデータDdに対応したリセット時SEG電圧をn本のデータ電極19(1〜n)に印加する。全データ電極19には、リセット時SEG電圧として、0Vが印加される。
次に、ドライバ制御回路23aは、リセット期間Trの前半Tr/2に達したら、パルス極性制御信号FRを反転させてネゲート状態にする。
オフ信号/DSPOFはネゲート状態を維持している。従って、コモンドライバ25の液晶駆動回路25dは、パルス極性制御信号FRがネゲートされると、全走査電極17に印加するリセット時COM電圧を+36Vから0Vに切替える。
ドライバ制御回路23aは、期間Tr2だけオフ信号/DSPOFのネゲート状態を維持したら、オフ信号/DSPOFをネゲート状態に切替えて、少なくとも強制オフ期間Toff2=(0.25)×Trだけ維持する。
これにより、全走査電極17にはリセット期間Tr内の期間Tr2の前半で+36V、後半で0Vが印加される。リセット期間Trの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2での全走査電極17への印加電圧は強制的に0Vとなる。
また、セグメントドライバ27の液晶駆動回路27bは、パルス極性制御信号FRがネゲートされているので、全データ電極19に印加するリセット時SEG電圧を0Vから+36Vに切替える。これにより、全データ電極19にはリセット期間Tr内の期間Tr2の前半で0V、後半で+36Vが印加される。リセット期間Trの前方と後方の強制オフ期間Toff1及びToff2での全データ電極19への印加電圧は強制的に0Vとなる。
従って、全画素12(1,1)〜12(m,n)の液晶3に印加される駆動電圧VDは、期間Tr2の前半で、リセット時COM電圧−リセット時SEG電圧=+36V−0V=+36Vとなる。また、期間Tr2の後半では、駆動電圧VDは、リセット時COM電圧−リセット時SEG電圧=0V−36V=−36Vとなる。リセット期間Trの前方と後方の強制オフ期間Toff1、Toff2は、強制的にVD=0Vとなっている。
つまり、全画素12(1,1)〜12(m,n)には常温Hsのパルス幅に等しいリセット期間Tr内に、高温Hh2のパルス幅Tr2=(0.5)×TrでVD=±36Vの交流電圧が印加される。本実施の形態のコレステリック液晶は、±36Vの交流電圧を高温Hh2でパルス幅Tr2だけ印加するとホメオトロピック状態となる。
ドライバ制御回路23aは、パルス幅Tr2の終期でオフ信号/DSPOFをアサート状態にする。これにより、各液晶駆動回路25d、27dで選択されているリセット時COM電圧、リセット時SEG電圧に代えて、全ての走査電極17及びデータ電極19に電圧0(GND)Vが強制的に各画素12の液晶に出力される。これにより、全画素12の液晶3は、ホメオトロピック状態からプレーナ状態に変化して、全画素12は白が表示される。
その後、時点(e)、(f)を経て全画面同時リセット処理が終了する。
なお、図14及び図15はリセット時の高温Hh2で説明しているが、リセット時の高温Hh1についても全く同様である。
以上説明したように、本実施の形態によれば、処理装置側では常温と同じパルス幅変調制御の状態にしておいても高温での最適表示が可能となる。処理装置はドライバ制御回路に対して常温と同じ送出速度で画像データを送出できるので、処理装置の処理負荷を増大させずに高温での液晶特性の温度補償ができる。高速転送用のドライバ・レシーバを設ける必要もなく、また、電圧変調方式のような多電源回路を設ける必要もないので、装置を低コストで製造できるようになる。
(液晶表示素子1の具体的構成)
次に、上記実施例で用いた液晶表示素子1の具体的構成及びその製造方法について説明する。上記実施例では、透明な上下基板7、9は、縦横の長さが例えば10(cm)×8(cm)の長方形に切断した2枚のポリカーボネート(PC)フィルム基板を用いている。PC基板に代えてガラス基板やポリエチレンテレフタレート(PET)等のフィルム基板を使用することもできる。これらのフィルム基板は十分な可撓性を備えている。本実施の形態では、上基板7及び下基板9はいずれも透光性を有しているが、可視光吸収層15に代えて、下基板9を不透光性にしてももちろんよい。
走査電極17及びデータ電極19の形成材料としては、例えばインジウム錫酸化物(Indium Tin Oxide;ITO)が代表的であるが、その他インジウム亜鉛酸化物(Indium Zinc Oxide;IZO)等の透明導電膜やアモルファスシリコン等の光導電性膜等を用いることができる。
本実施例では、例えば320×240ドットのQVGA表示ができるように、透明電極をパターニングして0.24mmピッチのストライプ状の320本の走査電極17及び240本のデータ電極19を形成している。
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。コレステリック液晶組成物としての誘電率異方性Δεが20≦Δε≦50であることが好ましい。誘電率異方性Δεが20以上であれば、使用可能なカイラル材の選択範囲は広くなる。また、誘電率異方性Δεが上記範囲より低すぎると、液晶層の駆動電圧が高くなってしまう。一方、誘電率異方性Δεが上記範囲より高すぎると、液晶表示素子としての安定性や信頼性が低下して画像欠陥や画像ノイズが発生し易くなる。
コレステリック液晶の屈折率異方性Δnは画質を支配する重要な物性である。屈折率異方性Δnの値は、0.18≦Δn≦0.24であることが好ましい。屈折率異方性Δnがこの範囲より小さいと、プレーナ状態での液晶3の反射率が低くなるので明るさが不足した暗い表示となる。一方、屈折率異方性Δnが上記範囲より大きいと、液晶3はフォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなるので、表示画面の色純度及びコントラストが不足してぼやけた表示になる。さらに、屈折率異方性Δnが上記範囲より大きいと粘度が高くなるので、コレステリック液晶の応答速度は低下する。
コレステリック液晶の比抵抗ρの値は、1010≦ρ≦1013(Ω・cm)であることが好ましい。また、コレステリック液晶の粘性は低い方が低温時の電圧上昇やコントラスト低下を抑制できるので好ましい。
両電極17、19上には機能膜として、それぞれ絶縁膜や液晶分子の配列を制御するための配向膜(いずれも不図示)が塗布(コーティング)されていてももちろんよい。絶縁膜は、隣接電極間の短絡を防止したり、ガスバリア層として液晶表示素子1の信頼性を向上させたりする機能を有している。また、配向膜には、ポリイミド樹脂やアクリル樹脂等を用いることができる。上記実施例では、例えば電極上の基板全面には、配向膜が塗布されている。配向膜は絶縁性薄膜と兼用されてもよい。
また、液晶3の厚さ(=セルギャップ)dは均一に保持する必要がある。所定のセルギャップdを維持するには、樹脂製又は無機酸化物製の球状スペーサを液晶3内に散布したり、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングされた柱状スペーサを液晶3内に複数形成したりする。上記実施例の液晶表示素子1においても、液晶層内にスペーサ(不図示)が挿入されてセルギャップdの均一性が保持されている。また、接着性のある壁面構造体を画素の周囲に形成することもより好適に用いられる。セルギャップdは、3μm≦d≦6μmの範囲であることが好ましい。セルギャップdがこれより小さいとプレーナ状態でのG用液晶3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。上記実施例では、セルギャップd=4μmに設定している。
走査電極用及びデータ電極用ドライバICとして、例えばTCP(テープキャリアパッケージ)構造の汎用のSTN用ドライバICが用いられている。
完成された液晶表示素子1に入出力素子及び全体を統括制御する制御素子(いずれも不図示)を設けることにより電子ペーパーが完成する。図16は、本実施の形態による液晶表示素子1を備えた電子ペーパーEPの具体例を示している。図16(a)は、本実施の形態による液晶表示素子1内に、画像データを予め格納した不揮発性メモリ1mを挿抜して用いる構成を備えた電子ペーパーEPを示している。例えば、パーソナル・コンピュータ等に記憶された画像データを不揮発性メモリ1mに格納し、電子ペーパーEPに装着することにより画像表示をすることができる。
図16(b)は、本実施の形態による液晶表示素子1内に不揮発性メモリ1mが内蔵された構成を備えた電子ペーパーEPを示している。例えば、画像データを記憶した端末1t(端末1tは電子ペーパーEPの一部を構成していてもよい)から有線で不揮発性メモリ1mに画像データを記憶させて画像表示をすることができる。
図16(c)は、端末1t及び液晶表示素子1とが無線送受信システム(例えば、無線LANやブルートゥース)を有している例を示している。画像データを記憶した端末1tから無線通信1wlで不揮発性メモリ1mに画像データを記憶させて画像表示をすることができる。
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態では、緑色を選択反射する液晶表示素子1を用いて説明したが、本発明はこれに限られない。赤色や青色を選択反射するコレステリック液晶を封止した液晶表示素子にも同様に適用できる。さらに、赤色を選択反射する赤用液晶表示素子、緑色を選択反射する緑用液晶表示素子、青色を選択反射する青用液晶表示素子を積層して底部に光吸収層を配置することによりカラー液晶表示素子を得ることができる。各液晶表示素子に、それぞれ本発明の駆動方法を適用することで、液晶が相対的に高温域にあっても低コストで最適表示ができる。
以上説明した本実施の形態による液晶表示素子及びその駆動方法、及びそれを用いた電子ペーパーは、以下のようにまとめられる。
(付記1)
交流パルス電圧を印加して液晶を駆動する液晶表示素子の駆動方法であって、
前記液晶の温度と基準温度を比較する工程と、
前記液晶の温度が前記基準温度より高い場合に、前記基準温度で用いる基準交流パルス電圧の基準パルス幅より短いパルス幅の高温用交流パルス電圧を生成する工程と、
前記高温用交流パルス電圧を前記基準パルス幅に等しい時間内で前記液晶に印加する工程と
を含む液晶表示素子の駆動方法。
(付記2)
付記1記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記高温用交流パルス電圧は、
前記基準交流パルス電圧の電圧レベルを任意の期間で強制的にオフにする印加電圧強制オフ信号で生成すること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記3)
付記2記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の極性反転時を跨いでアサートされること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記4)
付記3記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記印加電圧強制オフ信号のアサート開始から前記極性反転時までの時間と、
前記極性反転時からアサート終了までの時間を同じにすること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記5)
付記2記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の極性反転時を挟んで両側に分離してアサートされること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記6)
付記5記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の立上りから前記極性反転時より前の第1時点までの第1期間と、前記極性反転時より後の第2時点から前記基準交流パルス電圧の立下りまでの第2期間とでアサートされること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記7)
付記6記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記第1期間と前記第2期間とは同じ長さであること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記8)
付記1乃至7のいずれか1項に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記基準温度は、常温であること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記9)
付記3乃至7のいずれか1項に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記極性反転時は、前記基準パルス幅の中央であること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記10)
付記1乃至9のいずれか1項に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記液晶は、コレステリック液晶であること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記11)
付記10記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記液晶は、リセット時に特定光波長を選択的に反射するプレーナ状態になること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記12)
付記1乃至11のいずれか1項に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
前記基準温度より高くても、
前記高温用交流パルス電圧を生成する制御部への画像データ送出速度は前記基準温度のときと同じであること
を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
(付記13)
交流パルス電圧を液晶に印加して画像を表示する液晶表示素子であって、
前記液晶の温度が基準温度より高い場合に、前記基準温度で用いる基準交流パルス電圧の基準パルス幅より短いパルス幅の高温用交流パルス電圧を生成する制御部と、
前記基準パルス幅に等しい時間内で前記高温用交流パルス電圧を前記液晶に印加するドライバと
を有することを特徴とする液晶表示素子。
(付記14)
付記13記載の液晶表示素子であって、
前記制御部は、
前記高温用交流パルス電圧を、前記基準交流パルス電圧の電圧レベルを任意の期間で強制的にオフにする印加電圧強制オフ信号で生成すること
を特徴とする液晶表示素子。
(付記15)
付記14記載の液晶表示素子であって、
前記印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の極性反転時を跨いでアサートされること
を特徴とする液晶表示素子。
(付記16)
付記15記載の液晶表示素子であって、
前記印加電圧強制オフ信号のアサート開始から前記極性反転時までの時間と、
前記極性反転時からアサート終了までの時間は同じであること
を特徴とする液晶表示素子。
(付記17)
付記14記載の液晶表示素子であって、
前記印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の極性反転時を挟んで両側に分離してアサートされること
を特徴とする液晶表示素子。
(付記18)
付記17記載の液晶表示素子であって、
印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の立上りから前記極性反転時より前の第1時点までの第1期間と、前記極性反転時より後の第2時点から前記基準交流パルス電圧の立下りまでの第2期間とでアサートされること
を特徴とする液晶表示素子。
(付記19)
付記18記載の液晶表示素子であって、
前記第1期間と前記第2期間とは同じ長さであること
を特徴とする液晶表示素子。
(付記20)
画像を表示する電子ペーパーであって、
付記13乃至19のいずれか1項に記載の液晶表示素子を備えていることを特徴とする電子ペーパー。
コレステリック液晶の応答特性の温度補償をパルス幅変調方式で行う場合の液晶への電圧印加条件を示す図である。 コレステリック液晶の応答特性の温度補償をパルス幅変調方式で行う場合の印加電圧波形を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の駆動原理を説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の駆動原理を説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子を表示画面に向かって見た状態の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子であって、図5のA−A仮想線で切断した断面構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の制御部23をより詳細に示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子のコモンドライバ25の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子のセグメントドライバ27の概略構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の画像表示時の駆動方法について説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の画像表示時の駆動方法について説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の画像表示時の駆動方法について説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子のリセット時の駆動方法について説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子のリセット時の駆動方法について説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子のリセット時の駆動方法について説明する図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子を備えた電子ペーパーEPの具体例を示す図である。
符号の説明
1 液晶表示素子
3 緑色(G)用液晶
6 液晶表示パネル
7 上基板
9 下基板
12 ピクセル
15 可視光吸収層
17 走査電極
19 データ電極
21 シール材
23 制御部
25 コモンドライバ
27 セグメントドライバ
32 温度センサ
EP 電子ペーパー
DIO フレーム開始信号
LP ラッチパルス
FR パルス極性制御信号
OS 印加電圧強制オフ信号
/DSPOF ドライバ出力オフ信号
XCLK データ取込みクロック
Hs 常温
Hh1 高温
Hh2 高温
Td 常温Hsの画像表示時のパルス幅
Td1 高温Hh1の画像表示時のパルス幅
Td2 常温Hh2の画像表示時のパルス幅
Tr 常温Hsのリセット時のパルス幅
Tr1 高温Hh1のリセット時のパルス幅
Tr2 常温Hh2のリセット時のパルス幅

Claims (8)

  1. 交流パルス電圧を印加して液晶を駆動する液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記液晶の温度と基準温度を比較する工程と、
    前記液晶の温度が前記基準温度より高い場合に、前記基準温度で用いる基準交流パルス電圧の基準パルス幅より短いパルス幅の高温用交流パルス電圧を、前記基準交流パルス電圧の電圧レベルを任意の期間で強制的にオフにする印加電圧強制オフ信号で生成する工程と、
    前記高温用交流パルス電圧を前記基準パルス幅に等しい時間内で前記液晶に印加する工程と
    を含む液晶表示素子の駆動方法。
  2. 請求項記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の極性反転時を跨いでアサートされること
    を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
  3. 請求項記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記印加電圧強制オフ信号のアサート開始から前記極性反転時までの時間と、
    前記極性反転時からアサート終了までの時間を同じにすること
    を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
  4. 請求項記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の極性反転時を挟んで両側に分離してアサートされること
    を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
  5. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の液晶表示素子の駆動方法であって、
    前記基準温度より高くても、
    前記高温用交流パルス電圧を生成する制御部への画像データ送出速度は前記基準温度のときと同じであること
    を特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
  6. 交流パルス電圧を液晶に印加して画像を表示する液晶表示素子であって、
    前記液晶の温度が基準温度より高い場合に、前記基準温度で用いる基準交流パルス電圧の基準パルス幅より短いパルス幅の高温用交流パルス電圧を、前記基準交流パルス電圧の電圧レベルを任意の期間で強制的にオフにする印加電圧強制オフ信号で生成する制御部と、
    前記基準パルス幅に等しい時間内で前記高温用交流パルス電圧を前記液晶に印加するドライバと
    を有することを特徴とする液晶表示素子。
  7. 請求項記載の液晶表示素子であって、
    前記印加電圧強制オフ信号は、前記基準交流パルス電圧の極性反転時を跨いでアサートされること
    を特徴とする液晶表示素子。
  8. 画像を表示する電子ペーパーであって、
    請求項6又は7に記載の液晶表示素子を備えていることを特徴とする電子ペーパー。
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