JPWO2010095539A1 - 双安定液晶表示パネルの駆動方法及び駆動デバイス - Google Patents
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Abstract
本発明は、双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法において、寄生信号に起因する「にじみ」を発生させないようにすることを目的とする。正極駆動または負極駆動のみで白黒を選択できる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法において、非選択時に発生する寄生信号(40)による直流分を、寄生信号(40)とパルス幅が同等の極性が反対のキャンセルパルス(41)でキャンセルする。キャンセルパルス(41)は、コモン選択信号(25)に付加パルス(35)を追加し、コモン非選択信号(26)に付加パルス(36)を追加することによって発生させる。本発明は、電子棚札や電子ペーパーに利用できる。
Description
本発明は、双安定液晶表示パネルの駆動方法及び駆動デバイスに関し、特に双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法及び駆動デバイスに関する。
従来、双安定ネマチックの特性を用いた液晶表示方法が知られている。
この液晶表示方法を図2の(g)〜(h)に示す液晶の構造の模式図を基にして説明する。ほぼ平行に対向して配置された一対の基板1と、基板1の対向面側の基板上に電極2と配向膜3とが層状に配置され、基板1によってネマチック液晶の分子4が狭持されている。ネマチック液晶の分子4は配向膜3に刻まれた微細な溝により、所定の方向に配向している。また、基板1の紙面上面に偏光板5を備える。電圧を加えない状態では、図2の(h)または図2の(j)に示すいずれかの状態で安定している。
ある所定の波形の電圧をネマチック液晶に印加することで、ネマチック液晶の分子4の配向の安定状態を破壊し、ネマチック液晶の分子を縦方向に吊り上げ(図2の(g)の模式図)、その後、電圧を急に基準となるレベル0の電圧へと開放する。すると、ネマチック液晶の分子4の配向はツイスト(Twisted)した状態となる(図2の(h)の模式図を参照。)。
また、ある所定の波形の電圧をネマチック液晶に印加することで、ネマチック液晶の分子4の配向の安定状態を破壊し、ネマチック液晶の分子4を縦方向に吊り上げ(図2の(i)の模式図)、その後時間をかけて電圧を徐々にレベル0の電圧へと開放する。すると、ネマチック液晶の分子4はほぼ平行に配向した、ユニフォーム(Uniform)の状態となる(図2の(j)の模式図を参照。)。
このツイスト状態とユニフォーム状態の2種類の状態は非常に安定しており、継続して電圧を印加し続けたり、周期的に電圧を印加し続けたりすることなく2種類の状態を維持する特長がある。
特筆すべき点として、この2種類の状態によって光学特性が異なるため、白または黒など、希望する2種類の状態を作り出すことができる。この特性を利用し、ネマチック液晶をマトリクス状に配列し、駆動することにより画像を書き込み後は電力を消費せずに一定の状態の画像を保持可能な液晶表示パネルを実現することができる。この液晶表示パネルのことを、双安定液晶表示パネル、または双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルと呼ぶ。また、便宜上、ネマチック液晶の分子4がツイスト状態の場合は白表示、ネマチック液晶の分子4がユニフォーム状態の場合は黒表示という前提で説明をするが、この白または黒の表示は、偏光板5の設置方向により異なるため、ツイスト状態で黒表示、ユニフォーム状態で白表示とすることも十分可能であり、白または黒以外でも、ほかの2種類の色の組み合わせも当然可能である。
しかし、双安定液晶表示パネルを駆動する従来の方法で数秒毎に連続で書き換えると、パネル面に「にじみ」が生じて表示できなくなる現象が発生してしまう。特に、電圧特性の改善のために紫外線照射した双安定液晶表示パネルにおいて、上述の現象が顕著に現れる。
この「にじみ」を解決する従来の他の方法として、画素書込み信号も画素消去信号も正負の対称的な電圧波形で形成する方法が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。このような構造をとることで、寄生信号を完全にキャンセルすることができる。しかしながら、選択波形を対称にすると、双安定ネマチック液晶表示パネルの表示書き換えの性能が悪くなってしまうという問題がある。
対称的な選択波形は、図15に示す如く、プラス波形とマイナス波形の1セットで白または黒を入力するものであるが、プラス波形による正極駆動51は高い電圧で書き込みをする必要があるのに対して、マイナス波形による負極駆動52は低い電圧で書き込みをすることが出来る。
光透過度を縦軸に駆動電圧を横軸としたグラフである図16において、点線で示されるのが正極駆動の特性曲線、実線で示されるのが負極駆動の特性曲線である。点線部で示される正極駆動において、光透過度が低い符号53で示される電圧範囲では液晶分子はツイストの状態となる。他方、光透過度が高い符号54で示される電圧範囲では液晶分子はユニフォームの状態となる。
同様に、実線で示される負極駆動において、光透過度が低い符号55で示される電圧範囲において液晶分子はツイストの状態となる。他方、光透過度が高い符号56で示される電圧範囲において液晶分子はユニフォームの状態となる。
対称的な選択波形で駆動させた場合、正極駆動の閾値Vpと負極駆動の閾値Vmの間は、ユニフォーム状態とツイスト状態の間、Vp〜Vmの範囲で示される混在領域57となる。即ち、この混在領域57では、駆動電圧Vxはその絶対値が正極駆動の閾値Vpの絶対値よりも小さく、負極側では負極駆動の閾値Vmの絶対値より大きい。このため、対称的な選択波形で駆動させた場合、正極駆動と負極駆動は駆動電圧に対する液晶画素の光学特性が異なる。このような状態は交点画素毎に異なるので、液晶パネル全面では表示品質に大きなバラツキが生じるという問題がある。換言すれば、双安定ネマチック液晶表示パネルの書き換えの性能が悪いという問題がある。
「にじみ」が発生する原因を追究したところ、以下の2点の課題があることが判明した。
紫外線照射により配向膜の一部が分解して液晶中にマイナスイオンが増加する課題点と、対称的な電圧波形でないために生じる直流分を多く含んだ駆動波形で駆動すると配向膜が分解し、最終的には配向膜が壊れてしまう課題点である。
よって、本発明が解決しようとする課題は、双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法及び駆動デバイスにおいて、上記2点の課題点を解決し、書き換えの性能を損なわないようにして、寄生信号に起因する「にじみ」を発生させないようにすることである。
上記課題を解決するために、正極駆動または負極駆動のみで白黒を選択できる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法において、選択波形と次の選択波形との間に、寄生信号と極性が反対のキャンセルパルスを加え、寄生信号による直流分を打ち消すようにした。
具体的な発明を、以下に示す。
第1の発明として、略平行に対向して配置された一対の基板と、基板の対向面側の面上にマトリックス状に形成された複数のコモン電極と複数のセグメント電極と、コモン電極とセグメント電極の上に形成された配向膜と、配向膜によって狭持される2つの安定した配向状態をもち電界を切ってもその配向状態を保持する双安定性を有するネマチック液晶の分子と、ネマチック液晶の分子の外側に配置される少なくとも1枚の偏光板から構成され、コモン電極に接続するコモン駆動部から液晶の書き換えを行う選択信号および非選択信号のいずれか1つをネマチック液晶へ印加し、セグメント電極に接続するセグメント駆動部から2つの安定した配向状態を選択する信号をネマチック液晶へ選択式に印加し、コモン電極とセグメント電極間の電界であるコモン・セグメント間電圧により画像を表示させる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法において、ネマチック液晶へ信号を入力と次の信号の入力との間の期間に、コモン駆動部から非選択信号とセグメント駆動部からの信号がネマチック液晶へ印加することで生じる寄生信号を打ち消すため、コモン駆動部またはセグメント駆動部から、寄生信号の電荷量と略等しい電荷量を持ち、かつ寄生信号と極性が反対であるキャンセルパルスを印加すること。
第2の発明として、上記第1の発明において、キャンセルパルスは、コモン・セグメント間電圧上において、振幅とパルス幅とが寄生信号の振幅とパルス幅と略等しいこと。
第3の発明として、上記第1または2の発明において、コモン電極からネマチック液晶に蓄積される電荷量とセグメント電極からネマチック液晶に蓄積される電荷量とが異なること。
第4の発明として、略平行に対向して配置された一対の基板と、基板の対向面側の面上にマトリックス状に形成された複数のコモン電極と複数のセグメント電極と、コモン電極とセグメント電極の上に形成された配向膜と、配向膜によって狭持される2つの安定した配向状態をもち電界を切ってもその配向状態を保持する双安定性を有するネマチック液晶の分子と、ネマチック液晶の分子の外側に配置される少なくとも1枚の偏光板から構成され、コモン電極に接続したコモン駆動部と、セグメント電極に接続するセグメント駆動部と、電源回路の管理と、コモン電極に接続するコモン駆動部から液晶の書き換えを行う選択信号および非選択信号のいずれか1つをネマチック液晶へ印加する制御と、セグメント電極に接続するセグメント駆動部から2つの安定した配向状態を選択する信号をネマチック液晶へ選択式に印加する制御とを管理する制御部とにより成り立ち、コモン電極とセグメント電極間の電界であるコモン・セグメント間電圧により画像を表示させる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスにおいて、制御部は、ネマチック液晶へ信号を入力と次の信号の入力との間の期間に、コモン駆動部からの非選択信号とセグメント駆動部からの信号がネマチック液晶へ印加することで生じる寄生信号を打ち消すため、コモン駆動部またはセグメント駆動部から、寄生信号の電荷量と略等しい電荷量を持ち、かつ寄生信号と極性が反対であるキャンセルパルスを印加すること。
第5の発明として、上記第4の発明において、キャンセルパルスは、コモン・セグメント間電圧上において、振幅とパルス幅とが寄生信号の振幅とパルス幅と略等しいこと。
第6の発明として、上記第4または5の発明において、コモン電極からネマチック液晶に蓄積される電荷量とセグメント電極からネマチック液晶に蓄積される電荷量とが異なること。
本発明により、双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法及び駆動デバイスにおいて、非選択時に現れる寄生信号に起因する「にじみ」を発生させないようにすることができた。また、本発明により、双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネル駆動デバイスにおいて、表示書き換え性能を低下させないで、しかも従来の双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスを大幅に変更することなく、寄生信号に起因する「にじみ」を発生させないように駆動する双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスを提供することができた。
本発明の双安定液晶表示パネルの駆動方法および駆動デバイスは、双安定液晶表示パネルの駆動デバイスのハードウエアを変更することなく、且つ従来の駆動方法を部分的に変更することで実施できるものである。
本発明の実施例を説明する前に、双安定液晶表示パネルの構造について説明を行う。
図1は、双安定液晶表示パネル10を表示制御するための一般的な機能ブロック図である。双安定液晶表示パネル10は、水平方向のコモンラインを駆動するコモン駆動部11、垂直方向のセグメントラインを駆動するセグメント駆動部12、駆動電位(V0、V12、V34、V5、VCX)を生成する電源回路13、及びコモン駆動部11とセグメント駆動部12及び電源回路13を制御する制御部14から構成される駆動デバイスで駆動される。
制御部14がコモン駆動部11とセグメント駆動部12を制御するための信号と役割は、通常のSTN駆動ドライバ回路と同様である。コモン駆動部11に対しては、初期化信号RESETXがあり、スキャンタイミングを決めるC−Dataと書き込み用クロックのCLがあり、交流化信号FRCOMや表示消去のDispOffx、CCXがある。セグメント駆動部12に対しては、初期化信号RESETXがあり、表示画像データを与えるS−Dataと書き込み用クロックXCKがあり、交流化信号FRSEGや表示消去のDispOffxがある。電源回路13をコモン駆動部11の中に取り込む事、さらにセグメント駆動部12をも取り込んで1つのICにする事は当然可能である。
図2は、双安定ネマチック液晶の状態の切り替えであるスイッチングを説明する図である。ほぼ平行に対向して配置された一対の基板1と、基板1の対向面側の基板上に電極2と配向膜3とが層状に配置され、基板1によってネマチック液晶の分子4が狭持されている。ネマチック液晶の分子4は配向膜3に刻まれた微細な溝により、所定の方向に配向している。また、紙面上面側の基板1の外側に偏光板5が設けられる。双安定液晶表示パネル10のコモンとセグメントに特定の信号を印加して、ネマチック液晶分子のねじれ方向をツイスト状態とユニフォーム状態の2種類の状態に切り替える様子を示している。書込み信号は白書込み信号と黒書込み信号の2種類であり、また表示信号は白表示電圧と黒表示電圧の2種類である。
先ず、双安定液晶表示パネル10のコモン電極とセグメント電極の交点画素で白を表示する場合について説明する。図2の(a)において、コモン端子に印加される選択信号の電圧波形は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、時間間隔bとcは負のレベル−V、続く時間間隔dとeは正のレベル+V、続く時間間隔fは正のレベル+V−v、そして残りの時間間隔gはレベル0となる波形である。
セグメント端子に印加される白書込み信号の電圧波形は、図2の(b)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aからeはレベル0、続く時間間隔fは負のレベル−v、そして残りの時間間隔gはレベル0となる波形である。
上述の如く時間と共に変移する選択信号と白書込み信号が印加されると、コモン端子とセグメント端子の間の差の電圧である白表示電圧の波形は、時間と共に変移する波形となる。即ち、図2の(c)に示す如く、白表示電圧波形は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bとcは負のレベル−V、続く時間間隔dからeは正のレベル+V、そして残りの時間間隔gはレベル0となる波形である。このように、白表示電圧の波形は、負のレベル−Vボルトと正のレベル+Vの間で電圧遷移を行うものである。
このような波形の白表示電圧をネマチック液晶に印加するのは、まず負のレベル−Vの電圧でネマチック液晶の分子の配向の安定状態を破壊し、ネマチック液晶の分子4を縦方向に吊り上げ(図2の(g)の模式図)、その後に正のレベル+Vの電圧をレベル0の電圧へと開放してネマチック液晶の分子4を配向方向へ寝かし(図2の(h)の模式図)、ツイスト状態にするためである。このようにして、図2の(c)に示す波形の白表示電圧が印加された双安定液晶表示パネル10の交点画素は白を表示する。
次に、双安定液晶表示パネル10のコモン電極とセグメント電極の交点画素で黒を表示する場合について説明する。コモン端子に印加される選択信号の電圧波形は、図2の(a)の波形と同じである。
黒書込み信号の電圧波形は、図2の(e)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aからcはレベル0、続く時間間隔dは負のレベル−v、そして残りの時間間隔eからgはレベル0となる波形である。
上述の如く時間と共に変移する選択信号と黒書込み信号が印加されると、コモン端子とセグメント端子の間の差の電圧である黒表示電圧の波形は、時間と共に変移する波形となる。即ち、図2の(f)に示す如く、黒表示電圧の波形は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bとcは負のレベル−V、続く時間間隔dは正のレベル+(V+v)、続く時間間隔eは正のレベル+V、続く時間間隔fは正のレベル+V−v、そして残りの時間間隔gはレベル0となる波形である。このように、黒表示電圧は、−Vと+(V+v)の間で電圧遷移を行うものである。
このような波形の黒表示電圧をネマチック液晶に印加するのは、まず負のレベル−Vでネマチック液晶の分子の配向の安定状態を破壊し、ネマチック液晶の分子4を縦方向に吊り上げ(図2の(i)の模式図を参照。)、その後に正のレベル+(V+v)を正のレベル+Vに、正のレベル+Vを正のレベル+V−vに、最後に正のレベル+V−vをレベル0へと順に段階的に低下させてネマチック液晶の分子4をほぼ平行に配向し(図2の(j)の模式図を参照。)、ユニフォーム状態とするためである。このようにして、図2の(f)に示す黒表示電圧が印加された双安定液晶表示パネル10の交点画素は、黒を表示する。
図3は、双安定液晶表示パネル10のコモン端子とセグメント端子に印加される電圧波形の例を示す図である。図3の(a)に示すのはn行目のコモン端子COM[n]、図3の(b)に示すのは(n+1)行目のコモン端子COM[n+1]、図3の(c)に示すのは(n+2)行目のコモン端子COM[n+2]の連続する3行と、これらと交差する1列のセグメント端子、即ち図3の(d)に示すm列目のセグメント端子SEG[m]の波形を示している。
また、図5は、双安定液晶表示パネル10連続する3行のコモン端子COM[n]、COM[n+1]及びCOM[n+2]とこれらと交差するm列目のセグメント端子SEG[m]、SEG[m+1]、SEG[m+2]、SEG[m+3]に印加される電圧波形を時間の経過に従って示されている。なお、破線の円で囲った部分は、選択信号の電圧波形を示す。
選択時にコモン端子に印加される選択信号の電圧波形は、図3の(a)〜(c)の破線の円で囲った部分に示す如くで、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bは正のレベル+V2、続く時間間隔cとdは正のレベル0、そして残りの時間間隔eはVCX、とfはレベル0となる波形である。但し、V2>VCXである。
非選択時にコモン端子に印加される非選択信号の電圧波形は、図3の(a)〜(c)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aとbはレベル0、続く時間間隔cからeは正のレベル+V2、そして残りの時間間隔fはレベル0となる波形である。
コモン端子に印加される信号の電圧波形は、図2と図3では大きく異なっている。図2に示す選択信号の電圧波形は、正負に大きく変移する電圧波形であるのに対して、図3に示す選択信号の電圧波形は正側のみにおいて大きく変移する波形である。なお、図3に示す非選択信号も正側のみにおいて大きく変移する波形である。
n行目のコモン端子COM[n]には、図3の(a)に示す如く、スキャン時間区間t1において選択信号が、スキャン時間区間t2とt3において非選択信号がそれぞれ印加されている。続くn+1行目のコモン端子COM[n+1]には、図3の(b)に示す如く、スキャン時間区間t1において非選択信号が、スキャン時間区間t2において選択信号が、更にスキャン時間区間t3において非選択信号がそれぞれ印加されている。更にそれに続くn+2行目のコモン端子COM[n+2]には、図3の(c)に示す如くスキャン時間区間t1とt2において非選択信号が、スキャン時間区間t3において選択信号がそれぞれ印加されている。
セグメント端子に印加されるセグメント電圧、即ち、白書込み信号62と黒書込み信号61の電圧波形SEG[m]は、図3の(d)に示す如くである。ここでは、スキャン時間区間t1において白書込み信号62が、スキャン時間区間t2において黒書き込み信号61が、そして、スキャン時間区間t3において白書き込み信号62がそれぞれ印加されている。ここで、V1>V2である。
白書込み信号の電圧波形は、選択期間Tの最初の時間間隔aとbはレベル0、続く時間間隔cとdは正のレベル+V2、続く時間間隔eは正のレベル+V1、そして残りの時間間隔fはレベル0となる波形である。
また、黒書込み信号の電圧波形は、選択期間Tの最初の時間間隔aとbはレベル0、続く時間間隔cは正のレベル+V1、続く時間間隔dとeは正のレベル+V2、そして残りの時間間隔fはレベル0となる波形である。
上述の如く、コモン端子に選択信号または非選択信号が、セグメント端子に白書込み信号または黒書込み信号が印加されると、コモン端子とセグメント端子間のコモン・セグメント間電圧、即ち白表示電圧と黒表示電圧は、図4の(a)〜(c)にそれぞれ示す如くとなる。
n行目のコモン端子COM[n]とm列目のセグメント端子SEG[m]の交点画素には、図4の(a)に示す如く、スキャン時間区間t1においては、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bは正のレベル+V2、続く時間間隔cとdは負のレベル−V2、続く時間間隔eは負のレベル−V3、そして残りの時間間隔fの時間はレベル0となる波形の白表示電圧64が印加されている。
スキャン時間区間t2においては、選択期間Tの最初の時間間隔aとbはレベル0、続く時間間隔cは負のレベル−V5、そして残りの時間間隔dからfはレベル0となる。ここに電圧波形の第1の寄生信号40が印加されている。更に、スキャン時間区間t3においては、選択期間Tの最初の時間間隔aからdはレベル0、続く時間間隔eは負のレベル−V5、そして残りの時間間隔fはレベル0となる電圧波形の第2の寄生信号40が印加されている。
次に(n+1)行目のコモン端子COM[n+1]とm列目のセグメント端子SEG[m]の交点画素には、図4の(b)に示す如く、スキャン時間区間t1においては第2の寄生信号40が、スキャン時間区間t2においては黒表示電圧63が、そしてスキャン時間区間t3においては第1の寄生信号40がそれぞれ印加されている。黒表示電圧63は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bは正のレベル+V2、続く時間間隔cは負のレベル−V1、続く時間間隔dは負のレベル−V2、続く時間間隔eは負のレベル−V4、そして残りの時間間隔fの時間はレベル0となる波形の電圧である。
更に(n+2)行目のコモン端子COM[n+1]とm列目のセグメント端子SEG[m]の交点画素には、図4の(c)に示す如く、スキャン時間区間t1においては第1の寄生信号40が、スキャン時間区間t2においては第2の寄生信号40が、そしてスキャン時間区間t3においては白表示電圧64がそれぞれ印加されている。白表示電圧64は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bは正のレベル+V2、続く時間間隔cからdは負のレベル−V2、続く時間間隔eは負のレベル−V3、そして残りの時間間隔fの時間はレベル0となる波形の電圧である。
上述した如く、双安定液晶表示パネル10の表示は、選択信号の電圧波形を出力する1本のコモンと、全セグメントの信号状態によって1ライン分の白黒が決定し、1画面分の全コモンを順次スキャンする事により画面全体の表示が決定する。スキャンを行うのはその瞬間においては画面全体のうちの1本のコモンのみであり、残りの大多数のコモンは非選択信号の電圧波形を出力する。双安定液晶表示パネルの充放電電荷量を考える時は、コモンの大多数が出力する非選択信号の電圧とセグメント端子に印加された白書込み信号または黒書込み信号の電圧の電位差に着目する必要がある。つまり、コモン端子とセグメント端子間のコモン・セグメント間電圧の波形における寄生信号が双安定液晶表示パネル10を駆動する上での充放電電荷量に大きく寄与し、消費電流の大きさに影響を与える。
図6は、双安定液晶表示パネルの特定の駆動モード(Mode−C)の波形を示している。双安定液晶表示パネルに印加される4種類の波形は、コモン端子に選択時に印加される選択信号、コモン端子に非選択時に印加される非選択信号、セグメント端子に印加される白書込み信号62、セグメント端子に印加される黒書込み信号61である。これらの電圧波形は図3に示したものと同じである。図6の(a)はコモン端子の波形、図6の(b)はセグメント端子の波形、図6の(c)はコモン・セグメント間電圧の波形、図6の(d)はMPUからセグメント駆動部、またはコモン駆動部へ出力される信号を示したものである。
また、図6には、コモン端子とセグメント端子の交点画素に印加された4種類の電圧、即ち白表示電圧64、黒表示電圧63、第1の寄生信号及び第2の寄生信号が示されている。寄生信号は符号40で示す。これらの電圧波形は図4に示したものと同じである。
図6の(d)に記した「1」と「0」の数字は、コモン端子に印加されるコモン電圧の波形とセグメント端子に印加されるセグメント電圧の波形の制御信号である。コモン電圧の波形はCCX、C−Data、FR、DispOffxの4つの信号で制御される。セグメント電圧の波形S−Data、FR、DispOffxの3つの信号で制御される。セグメント駆動デバイスとして、既に市販されている一般的なSTN液晶を通常駆動するための(SA駆動方式ではない。)ドライバを用いた場合、下記の表1はセグメント駆動ドライバ(SEG−Drv.)の入出力テーブルの真理値表である。出力電圧は3つの制御信号により制御されるので、図4に示すようなセグメント制御信号とセグメント電圧波形の対応が成立する。
また、図7から図10において、各図の(a)はコモン端子からのの電圧波形をあらわし、(b)はセグメント信号の波形を表し、(c)はコモン端子から電圧波形とセグメント端子からの電圧波形の差である、合成された波形を示す。横軸は、各図の(a)から(c)まで共通となっており、紙面左側から、t1で示される列はコモン端子に選択信号が印加されてセグメント端子に白書き込み信号が印加されている時、t2で示される列はコモン端子に選択信号が印加されてセグメント端子に黒書き込み信号が印加されている時、t3で示される列はコモン端子に非選択信号が印加されてセグメント信号に白書き込み信号が印加されている時、そしてt4で示される列はコモン端子に非選択信号が印加されセグメント信号に黒書き込み信号が印加されている時の状態を表す。
すなわち、各図の(c)のt1は白表示電圧74の波形を示し、各図の(c)のt2は黒表示電圧73の波形を示す。
図7のように駆動モードA(Mode−A)で駆動した場合、非選択信号が印加されたコモン端子と白書込み信号72が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔cにおいて負の矩形波の寄生信号40が発生している。また、非選択信号が印加されたコモン端子と黒書込み信号71が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔eにおいて負の矩形波の寄生信号40が発生している。
図8のように駆動モードB(Mode−B)で駆動した場合、非選択信号が印加されたコモン端子と白書込み信号82が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔eにおいて正の矩形波の寄生信号40が発生している。また、非選択信号が印加されたコモン端子と黒書込み信号81が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔cにおいて正の矩形波の寄生信号40が発生している。
図9のように駆動モードC(Mode−C)で駆動した場合、非選択信号が印加されたコモン端子と白書込み信号92が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔eにおいて負の矩形波の寄生信号40が発生している。また、非選択信号が印加されたコモン端子と黒書込み信号91が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔cにおいて負の矩形波の寄生信号40が発生している。
図10のように駆動モードD(Mode−D)で駆動した場合、非選択信号が印加されたコモン端子と白書込み信号102が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔eにおいて負の矩形波の寄生信号40が発生している。また、非選択信号が印加されたコモン端子と黒書込み信号101が印加されたセグメント端子の交点画素には、選択期間Tの時間間隔cにおいて負の矩形波の寄生信号40が発生している。このモードDでは、他のモードと異なりコモン端子とセグメント端子の電圧の最低値はV5ではなく、V34であることが特徴である。それにより合成したコモン・セグメント間の波形は相対的に狭くなる効果がある。
双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスに正極駆動モード(Mode−A、Mode−B)と負極駆動モード(Mode−C、Mode−D)の複数の駆動モードを備えさせたことにより、双安定液晶表示パネルの特性に合わせた合理的な駆動が可能となる。
以上が双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法の説明である。この方法に本発明の特長を加えたものを、以下の実施例に示す。
本発明に係る駆動方法が適用される駆動デバイス、即ち正極駆動または負極駆動のみで白黒を選択する双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスは、従来のハードウエア構成は同じである。
図11から図14を参照しながら、双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法を説明する。理解を容易にするために、本発明に係る双安定液晶表示パネルの駆動方法と従来の駆動方法と対比させて説明する。
(寄生信号が発生する従来の駆動方法)
図11は、正極駆動または負極駆動のみで白黒を選択できる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの従来の駆動モード(Mode−E)で駆動した場合の電圧波形を示す。図11の(a)はセグメント端子に印加される黒書込み信号23と白書込み信号24、図11の(b)はコモン端子に印加されるコモン選択信号25、図11の(c)はコモン端子に印加されるコモン非選択信号26、図11の(d)は選択時のコモン・セグメント間電圧である黒表示電圧33と白表示電圧34、図11の(e)は、非選択時のコモン・セグメント間電圧である寄生信号40の電圧波形をそれぞれ示す。
図11は、正極駆動または負極駆動のみで白黒を選択できる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの従来の駆動モード(Mode−E)で駆動した場合の電圧波形を示す。図11の(a)はセグメント端子に印加される黒書込み信号23と白書込み信号24、図11の(b)はコモン端子に印加されるコモン選択信号25、図11の(c)はコモン端子に印加されるコモン非選択信号26、図11の(d)は選択時のコモン・セグメント間電圧である黒表示電圧33と白表示電圧34、図11の(e)は、非選択時のコモン・セグメント間電圧である寄生信号40の電圧波形をそれぞれ示す。
黒書込み信号23の電圧波形は、図11の(a)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aとbは正のレベル+V5、続く時間間隔cは正のレベル+V12、続く時間間隔dは正のレベル+V0、続く時間間隔eは正のレベル+V12、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。また、時間間隔は図11に示されるように均一な間隔で分けられているものではなく、各時間間隔はそれぞれ特有の期間を有している。
白書込み信号24の電圧波形は、図11の(a)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aとbは正のレベル+V5、続く時間間隔cとdは正のレベル+V12、続く時間間隔eは正のレベル+V0、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。
コモン選択信号25の電圧波形は、図11の(b)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aは正のレベル+V5、続く時間間隔bは正のレベル+V12、続く時間間隔cとdは正のレベル+V5、続く時間間隔eは正のレベル+VCX、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。
コモン非選択信号26の電圧波形は、図11の(c)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aとbは正のレベル+V5、続く時間間隔cからeは正のレベル+V12、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。
選択時にコモン端子とセグメント端子に上述の如き電圧が印加されると、コモン端子とセグメント端子間のコモン・セグメント間電圧は、図11の(d)に示す如くとなる。なお、図11の(d)において、消去パルス31は正のレベル+5の矩形波であり、これに続いて印加される消去パルスの直流分消去用パルス32は負のレベル−5の矩形波である。
コモン選択信号25と黒書込み信号23がそれぞれ印加されたときの黒表示電圧33は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bは正のレベル+4、続く時間間隔cは負のレベル−4、続く時間間隔dは負のレベル−5、続く時間間隔eは負のレベル−2、そして残りの時間間隔fの時間は正のレベル+0となる波形の電圧である。
また、コモン選択信号25と白書込み信号24がそれぞれ印加されたときの白表示電圧34は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル0、続く時間間隔bは正のレベル+4、続く時間間隔cとdは負のレベル−4、続く時間間隔eは負のレベル−3、そして残りの時間間隔fの時間はレベル0となる波形の電圧である。
非選択時にコモン端子とセグメント端子に上述の如き電圧が印加されると、コモン端子とセグメント端子間のコモン・セグメント間電圧は、図11の(e)に示す如くとなる。なお、図11の(e)において、消去パルス31は正のレベル+5の矩形波であり、これに続いて印加される消去パルスの直流分消去用パルス32は負のレベル−5の矩形波である。また、消去パルス31は消去パルス発生用信号21から来たものであり、消去パルスの直流分消去用パルス32は、消去パルス発生用信号の直流分キャンセル用パルス22から来たものである。
コモン非選択信号26と黒書込み信号23がそれぞれ印加されたときには、選択期間Tの最初の時間間隔aからcはレベル0、続く時間間隔dは負のレベル−1、そして残りの時間間隔eとfの時間はレベル0となる波形の電圧である。負のレベル−1の矩形波パルスは寄生信号40である。
非選択信号26と白書込み信号24がそれぞれ印加されたときには、選択期間Tの最初の時間間隔aからdはレベル0、続く時間間隔eは負のレベル−1、そして残りの時間間隔fはレベル0となる波形の電圧である。負のレベル−1の矩形波パルスは寄生信号40である。
図13は、図11の従来の駆動モードEで駆動されたときの双安定液晶表示パネルのコモン・セグメント間電圧の波形を示す図である。図13から明らかな如く、従来の駆動モードEで駆動されたときには、双安定液晶表示パネル10には非選択時に寄生信号40がパネル全面に印加される。この寄生信号40は小パルス幅・小振幅の負の矩形波パルスである。具体的には、パルス幅は1.8msで振幅は6.4Vの矩形波パルスである。これに対して、選択時のコモン・セグメント間電圧である黒表示電圧33は、パルス幅が4msで振幅が14Vの正の矩形波パルスとそれに続くパルス幅が同程度で階段状に振幅が変化する負の矩形状パルスで構成されている。消去パルス31はパルス幅が4msで振幅が24Vの正の矩形波パルスであり、これに続く直流分キャンセル用パルス32はパルス幅が4msで振幅が24Vの負の矩形波パルスである。
寄生信号40は、この例の如く、選択時のコモン・セグメント間電圧である黒表示電圧33に比べてパルス幅も振幅も相当に小さいものであるが、非選択時にパネル全面に現れるので、常温で長時間の連続駆動を行った場合、実験結果によると200時間近くで、双安定液晶表示パネルの下部に「にじみ」が発生し、表示が不可能になるほど影響は大きいものである。
(寄生信号をキャンセルする駆動方法)
次に、図11の駆動モードEで駆動されたときに生じる寄生信号40による直流分をキャンセルする駆動方法を、図12を参照して説明する。
次に、図11の駆動モードEで駆動されたときに生じる寄生信号40による直流分をキャンセルする駆動方法を、図12を参照して説明する。
図12において、黒書込み信号23の電圧波形は、図12の(a)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aとbは正のレベル+V5、続く時間間隔cは正のレベル+V12、続く時間間隔dは正のレベル+V0、続く時間間隔eは正のレベル+V12、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。これは図11の従来の駆動モードEにおける黒書込み信号23の電圧波形と同じである。
白書込み信号24の電圧波形は、図12の(a)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aとbは正のレベル+V5、続く時間間隔cとdは正のレベル+V12、続く時間間隔eは正のレベル+V0、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。これは図11の従来の駆動モードEにおける白書込み信号24の電圧波形と同じである。
選択時にコモン端子に印加される選択信号25の電圧波形は、図12の(b)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aは正のレベル+V34、続く時間間隔bは正のレベル+V12、続く時間間隔cとdは正のレベル+V5、続く時間間隔eは正のレベル+VCX、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。これは、矩形波の付加パルス35が付加された分だけ、図11の従来の駆動モードEにおける選択信号25の電圧波形とは異なる。
非選択時にコモン端子に印加される非選択信号26の電圧波形は、図12の(c)に示す如く、選択期間Tの最初の時間間隔aは正のレベル+V34、続く時間間隔bは正のレベル+V5、続く時間間隔cからeは正のレベル+V12、そして残りの時間間隔fは正のレベル+V5となる波形である。これは、矩形波の付加パルス36が付加された分だけ、図11の従来の駆動モードEにおける非選択信号26とは異なる。
選択時にコモン端子とセグメント端子に上述の如き電圧が印加されると、コモン端子とセグメント端子間のコモン・セグメント間電圧は、図12の(d)に示す如くとなる。図12の(d)において、消去パルス31は正のレベル+5の矩形波であり、これに続いて印加される消去パルスの直流分消去用パルス32は負のレベル−5の矩形波である。これに続いて印加される消去パルスの直流分消去用パルス32は負のレベル−5の矩形波である。これらは、これは図11の従来の駆動モードEにおける消去パルス31と消去パルスの直流分消去用パルス32の電圧波形と同じである。
選択信号25と黒書込み信号23がそれぞれ印加されたときの黒表示電圧33は、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル+1、続く時間間隔bは正のレベル+4、続く時間間隔cは負のレベル−4、続く時間間隔dは負のレベル−5、続く時間間隔eは負のレベル−2、そして残りの時間間隔fの時間は正のレベル+0となる波形の電圧である。これは、矩形の付加部分37が付加された分だけ、図11の従来の駆動モードEにおける黒表示電圧33とは異なる。
また、選択信号25と白書込み信号24がそれぞれ印加されたときの白表示電圧34は、選択期間Tの最初の時間間隔aは正のレベル+1、続く時間間隔bは正のレベル+4、続く時間間隔cとdは負のレベル−4、続く時間間隔eは負のレベル−3、そして残りの時間間隔fの時間はレベル0となる波形の電圧である。これは、矩形の付加部分37、38が付加された分だけ、図11の従来の駆動モードEにおける白表示電圧34とは異なる。
非選択時にコモン端子とセグメント端子に上述の如き電圧が印加されると、コモン端子とセグメント端子間のコモン・セグメント間電圧は、図12の(e)に示す如くとなる。図12の(e)において、消去パルス31は正のレベル+5の矩形波であり、これに続いて印加される消去パルスの直流分消去用パルス32は負のレベル−5の矩形波である。これらは、これは図11の従来の駆動モードEにおける消去パルス31と消去パルスの直流分消去用のキャンセルパルス41の電圧波形と同じである。
非選択信号26と黒書込み信号23がそれぞれ印加されたときには、選択期間Tの最初の時間間隔aはレベル+1、時間間隔bとcはレベル0、続く時間間隔dは負のレベル−1、そして残りの時間間隔eとfはレベル0となる波形の電圧である。前述の負のレベル−1の矩形波パルスは寄生信号40である。前述の正のレベル+1の矩形波パルスは、寄生信号40とパルス幅と振幅が同じで極性が反対のキャンセルパルス41である。
非選択信号26と白書込み信号24がそれぞれ印加されたときには、選択期間Tの最初の時間間隔aは正のレベル+1、続く時間間隔bからdはレベル0、続く時間間隔eは負のレベル−1、そして残りの時間間隔fはレベル0となる波形の電圧である。前述の負のレベル−1の矩形波パルスは寄生信号40である。前述の正のレベル+1の矩形波パルスは、寄生信号40とパルス幅と振幅が同じで極性が反対のキャンセルパルス41である。
キャンセルパルス41は、図11の双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動モードEの選択信号25に付加パルス35を、且つ非選択信号26に付加パルス36を追加することによって生成するようにしたものである。付加パルス35と付加パルス36は、選択期間Tの最初の時間間隔aにおいてコモン駆動部11から正の電位+V34をコモン端子に印加するだけで生成できる。そして、これらの付加パルス35と付加パルス36を生成させても、黒表示電圧33と白表示電圧34の選択機能を阻害することは無い。
キャンセルパルス41は、コモン端子に選択時に印加されるコモン選択信号と非選択時に印加されるコモン非選択信号のそれぞれに元の波形を変形させないタイミングでキャンセルパルス生成用パルスを付加することによって得られるものである。キャンセルパルス生成用パルスである付加パルス35と付加パルス36は、制御部14がコモン駆動部11の特定の駆動電位を所定時間選択するように制御することによって発生するものである。
図11と図12を比較すれば明らかな如く、本発明の実施例は、非選択時に発生する寄生信号40による直流分を、寄生信号40とパルス幅が同等で極性が反対のキャンセルパルス41によりキャンセルするようにしたものである。そして、キャンセルパルス41は、コモン選択信号25に付加パルス35を、非選択信号26に付加パルス36をそれぞれ追加して発生するようにした。ただし、この付加パルス35と36は同一のものである。
図14は、図12の本発明に係る駆動モードEで駆動されたときの双安定液晶表示パネルのコモン・セグメント間電圧の波形を示す図である。図14から明らかな如く、従来の駆動モードEで駆動されたときには、双安定液晶表示パネルには非選択時に寄生信号40とキャンセルパルス41がパネル全面に印加される。キャンセルパルス41は、寄生信号40とパルス幅と振幅が同じで、極性が反対のパルスである。従って、本発明に係る駆動モードEで駆動されたとき、寄生信号による直流分はキャンセルパルスによってキャンセルされることとなった。その結果、双安定液晶表示パネルに「にじみ」は生じなくなった。
しかも、キャンセルパルス41の生成には、従来の駆動デバイスのハードウエア構成を何ら変更する必要はなく、ソフトウエアの一部変更で実現できるという特長がある。例えば、図1に示す如く、駆動デバイスを水平方向のコモンラインを駆動するコモン駆動部11、垂直方向のセグメントラインを駆動するセグメント駆動部12、駆動電位(V0、V12、V34、V5、VCX)を生成する電源回路13、及びコモン駆動部11とセグメント駆動部12及び電源回路13を制御する制御部14で構成した場合、コモン駆動部11を制御する制御部14のソフトウエアを一部変更するだけでよい。なお、キャンセルパルス41は、実施例においては、寄生信号40とパルス幅が同等の極性が反対の対称性を有するパルスであったが、「にじみ」が実用上問題にならない程度であれば必ずしも厳密な対称性を求める必要は無い。
ところで、本発明が適用できる正極駆動または負極駆動のみで白黒を選択できる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法は、図7から図10に例示する如く様々であるが、この中で本発明に係る方法が適用できる駆動モードは、正極駆動モード(Mode−B)と負極駆動モード(Mode−D)である。ここに図示しない正極駆動モードまたは負極駆動モードの中にも、本発明が適用できるものがあることは勿論である。
以上、本発明により、双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネル駆動デバイスにおいて、表示書き換えの性能を低下させないで、しかも従来の双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスを大幅に変更することなく、寄生信号に起因する「にじみ」を発生させないように駆動する双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスを提供することができた。
本発明をもってすることで、液晶表示に用いるものすべてにおいて利用可能である。その中でも特に電子棚札や電子ペーパーの用途において特に産業上の利用可能性が高い。
1 基板
2 電極
3 配向膜
4 ネマチック液晶の分子
5 偏光板
10 双安定液晶表示パネル
11 コモン駆動部
12 セグメント駆動部
13 電源回路
14 制御部
21 消去パルス発生用信号
22 直流分キャンセル用パルス
23 黒書込み信号
24 白書込み信号
25 コモン選択信号
26 コモン非選択信号
31 消去パルス
32 直流分キャンセル用パルス
33 黒表示電圧
34 白表示電圧
35、36 付加パルス
37、38 付加部分
40 寄生信号
41 キャンセルパルス
51 正極駆動領域
52 負極駆動領域
57 混在領域
2 電極
3 配向膜
4 ネマチック液晶の分子
5 偏光板
10 双安定液晶表示パネル
11 コモン駆動部
12 セグメント駆動部
13 電源回路
14 制御部
21 消去パルス発生用信号
22 直流分キャンセル用パルス
23 黒書込み信号
24 白書込み信号
25 コモン選択信号
26 コモン非選択信号
31 消去パルス
32 直流分キャンセル用パルス
33 黒表示電圧
34 白表示電圧
35、36 付加パルス
37、38 付加部分
40 寄生信号
41 キャンセルパルス
51 正極駆動領域
52 負極駆動領域
57 混在領域
Claims (6)
- 略平行に対向して配置された一対の基板と、
前記基板の対向面側の面上にマトリックス状に形成された複数のコモン電極と複数のセグメント電極と、
前記コモン電極と前記セグメント電極の上に形成された配向膜と、
前記配向膜によって狭持される2つの安定した配向状態をもち電界を切ってもその配向状態を保持する双安定性を有するネマチック液晶の分子と、
前記ネマチック液晶の分子の外側に配置される少なくとも1枚の偏光板から構成され、
前記コモン電極に接続するコモン駆動部から液晶の書き換えを行う選択信号および非選択信号のいずれか1つを前記ネマチック液晶へ印加し、
前記セグメント電極に接続するセグメント駆動部から2つの安定した配向状態を選択する信号を前記ネマチック液晶へ選択式に印加し、
前記コモン電極とセグメント電極間の電界であるコモン・セグメント間電圧により画像を表示させる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法において、
前記ネマチック液晶へ信号を入力と次の信号の入力との間の期間に、前記コモン駆動部から前記非選択信号とセグメント駆動部からの信号が前記ネマチック液晶へ印加することで生じる寄生信号を打ち消すため、前記コモン駆動部または前記セグメント駆動部から、前記寄生信号の電荷量と略等しい電荷量を持ち、かつ前記寄生信号と極性が反対であるキャンセルパルスを印加する双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法。 - 前記キャンセルパルスは、前記コモン・セグメント間電圧上において、振幅とパルス幅とが寄生信号の振幅とパルス幅と略等しい請求項1に記載の双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法。
- 前記コモン電極から前記ネマチック液晶に蓄積される電荷量とセグメント電極からネマチック液晶に蓄積される電荷量とが異なる請求項1または2に記載の双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動方法。
- 略平行に対向して配置された一対の基板と、
前記基板の対向面側の面上にマトリックス状に形成された複数のコモン電極と複数のセグメント電極と、
前記コモン電極と前記セグメント電極の上に形成された配向膜と、
前記配向膜によって狭持される2つの安定した配向状態をもち電界を切ってもその配向状態を保持する双安定性を有するネマチック液晶の分子と、
前記ネマチック液晶の分子の外側に配置される少なくとも1枚の偏光板から構成され、
前記コモン電極に接続したコモン駆動部と、
前記セグメント電極に接続するセグメント駆動部と、
電源回路の管理と、前記コモン電極に接続するコモン駆動部から液晶の書き換えを行う選択信号および非選択信号のいずれか1つを前記ネマチック液晶へ印加する制御と、前記セグメント電極に接続するセグメント駆動部から2つの安定した配向状態を選択する信号を前記ネマチック液晶へ選択式に印加する制御とを管理する制御部とにより成り立ち、
前記コモン電極とセグメント電極間の電界であるコモン・セグメント間電圧により画像を表示させる双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイスにおいて、
前記制御部は、前記ネマチック液晶へ信号を入力と次の信号の入力との間の期間に、前記コモン駆動部からの前記非選択信号とセグメント駆動部からの信号が前記ネマチック液晶へ印加することで生じる寄生信号を打ち消すため、前記コモン駆動部または前記セグメント駆動部から、前記寄生信号の電荷量と略等しい電荷量を持ち、かつ前記寄生信号と極性が反対であるキャンセルパルスを印加する双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイス。 - 前記キャンセルパルスは、前記コモン・セグメント間電圧上において、振幅とパルス幅とが寄生信号の振幅とパルス幅と略等しい請求項4に記載の双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイス。
- 前記コモン電極から前記ネマチック液晶に蓄積される電荷量とセグメント電極からネマチック液晶に蓄積される電荷量とが異なる請求項4または5に記載の双安定ネマチックのドットマトリクス液晶表示パネルの駆動デバイス。
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