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発明の名称 液晶表示装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−100182(P2001−100182A)
公開日 平成13年4月13日(2001.4.13)
出願番号 特願平11−274594
出願日 平成11年9月28日(1999.9.28)
代理人 【識別番号】100091432
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 武一
【テーマコード(参考)】
2H093
5C006
5C080
【Fターム(参考)】
2H093 NB25 NC51 NC57 NC63 ND02 ND44 NF14 
5C006 AA22 AC24 AF62 BA19 BB08 BB11 FA19
5C080 AA10 BB05 CC03 DD01 EE30 FF10 JJ02 JJ04 JJ05 JJ06
発明者 将積 直樹 / 浅井 克彦
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 複数の液晶表示層を積層した液晶表示素子と、前記複数の表示層にそれぞれパルス電圧を印加して駆動するための駆動手段と、前記液晶表示素子又は液晶表示素子の周囲の温度を検出するための検出手段と、前記検出手段にて検出された温度に基づいて前記パルス電圧を調整して温度補償制御を行う制御手段と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項2】 前記制御手段は、各表示層ごとに独立した検出温度に基づく温度補償データを備えていることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
【請求項3】 前記制御手段は、各表示層に共通した検出温度に基づく温度補償データを備えていることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
【請求項4】 前記制御手段は、全ての液晶表示層について温度補償を行うことを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3記載の液晶表示装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置、詳しくは、複数の液晶表示層を積層した液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術と課題】近年、液晶のコレステリック相による選択反射を利用した液晶表示装置、特に、カイラルネマティック液晶を用いたものが、複数の表示層を積層することでフルカラーの表示を可能とすることができ、かつ、装置の軽量化、薄型化、省エネルギー化、駆動の簡易化等の利点によって注目されている。
【0003】この種のカイラルネマティック液晶では、マトリクス状に配置した電極に印加する選択パルスの電圧値とパルス幅によって配向状態をフォーカルコニック状態とプレーナ状態に選択して所望の画像を表示することができる。
【0004】ところで、この種の液晶では、表示状態(Y値、即ち、視感反射率)が周囲の温度によって変化するという温度特性を有している。これは主として、カイラルネマティック液晶は温度の上昇に伴って粘度が低下することに起因する。従って、常時同一の電圧値とパルス幅を持つパルス電圧で駆動すると、温度によっては表示状態が異なってしまうという問題点を有している。
【0005】そこで、本発明の目的は、周囲の温度変化にも拘わらず常時一定の表示状態を維持できる積層型の液晶表示装置を提供することにある。
【0006】
【発明の構成、作用及び効果】以上の目的を達成するため、本発明に係る液晶表示装置は、複数の液晶表示層を積層した液晶表示素子と、複数の表示層にそれぞれパルス電圧を印加して駆動するための駆動手段と、前記液晶表示素子又は液晶表示素子の周囲の温度を検出するための検出手段と、この検出手段にて検出された温度に基づいて前記パルス電圧を調整して温度補償制御を行う制御手段とを備えている。
【0007】特定の液晶の温度特性、即ち、駆動用のパルス電圧の電圧値及び/又はパルス幅をパラメータとする温度変化に対する液晶の表示状態(Y値)の変動は予め予測することができる。そこで、本発明はおいては、液晶表示素子又はその周囲の温度を検出することで、駆動パルス電圧を調整する温度補償を実行する。これにて、周囲の温度変化にも拘わらず常時一定の表示状態を維持することができる。
【0008】前記制御手段は、各表示層ごとに独立した温度補償データを備えていてもよいし、あるいは、各表示層に共通した温度補償データを備えていてもよい。前者にあってはより精密な温度補償が可能であり、後者にあっては制御が簡略化される。
【0009】前記制御手段は、全ての液晶表示層について温度補償を行ってもよいし、特定の液晶表示層についてのみ温度補償を行うようにしてもよい。前者の場合はより精密な温度補償が可能であり、後者の場合は制御が容易になる。
【0010】また、複数の温度検出手段によって液晶表示素子又は液晶表示素子の周囲の温度を検出し、各検出手段からの温度情報を温度補償に反映させるようにしてもよい。この場合、複数の温度検出手段は、液晶表示素子の観察側及び背面側に配置してもよいし、液晶表示素子の画面方向の複数地点に配置してもよい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る液晶表示装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
【0012】(液晶表示素子)まず、本発明に係る液晶表示装置を構成する液晶表示素子の一例を図1に示す。液晶表示装置は、この液晶表示素子と駆動回路103,104,105と温度検出回路106(図4参照)等から構成されている。
【0013】液晶表示素子10は、赤色の選択反射と透明状態の切り換えにより表示を行う赤色表示層11Rと、緑色の選択反射と透明状態の切り換えにより表示を行う緑色表示層11Gと、青色の選択反射と透明状態の切り換えにより表示を行う青色表示層11Bを積層したもので、最下層には光吸収層19が配置されている。
【0014】各表示層11B,11G,11Rは、それぞれ透明電極13,14を形成した透明基板12間に樹脂製柱状構造物15及び液晶16を挟持したものである。また、透明電極13,14上には図示しない配向制御膜あるいは絶縁膜を設けたり、スペーサ粒子を散布してもよい。
【0015】液晶16としては、室温でコレステリック相を示すカイラルネマティック液晶を使用する。カイラルネマティック液晶はネマティック液晶にカイラル材を添加することによって得られる。カイラル材は、ネマティック液晶に添加された場合にネマティック液晶の分子をねじる作用を有し、添加量を調整することで液晶の選択反射波長が制御される。
【0016】この液晶表示素子10において、各表示層11B,11G,11Rの透明電極13,14はそれぞれ駆動回路103,104,105に接続されており、透明電極13,14の間にそれぞれ所定電圧のパルス信号が印加される。この印加電圧に応答して、液晶16が可視光を透過する透明状態(フォーカルコニック状態)と、可視光を選択的に反射する選択反射状態(プレーナ状態)との間で表示が切り換えられる。
【0017】透明電極13,14は、それぞれ微細な間隔を保って平行に並べられた複数の帯状電極からなり、その帯状に並ぶ向きが互いに直角方向となるように対向させてある。即ち、各液晶16に対してマトリクス状に順次電圧が印加されて表示が行われる。このようなマトリクス駆動を各表示層11B,11G,11Rごとに順次又は同時に行うことにより、液晶表示素子10にフルカラー画像を表示する。
【0018】光吸収層19を観察する方向(矢印A方向)に対して最下層に設けることにより、各表示層11B,11G,11Rを透過した光は全て光吸収層19によって吸収される。即ち、各表示層の全てが透明状態であれば黒色の表示となる。
【0019】カイラルネマティック液晶を用いた表示層11B,11G,11Rにおいて、液晶の選択反射波長が可視光領域にある場合、液晶分子のヘリカル軸が基板面に対してほぼ平衡状態となったフォーカルコニック配列状態においては、入射した可視光に対して微弱な散乱を示すものの、ほぼ透過する透明状態となる。また、液晶分子のヘリカル軸が基板面に対してほぼ垂直状態となったプレーナ配列状態においては、入射した可視光に対してヘリカルピッチに対応した波長の光を選択的に反射する。これら二つの状態は所定の電圧を印加することによって切り換えることが可能であり、電圧の印加を停止しても各状態は保持される。即ち、メモリ性を有する。
【0020】以上の構成からなる液晶表示素子10は、青色表示層11B及び緑色表示層11Gを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、赤色表示層11Rを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、赤色表示を行うことができる。また、青色表示層11Bを液晶がフォーカルコニック配列となった透明状態とし、緑色表示層11G及び赤色表示層11Rを液晶がプレーナ配列となった選択反射状態とすることにより、イエローの表示を行うことができる。同様に、各表示層の状態を透明状態と選択反射状態とを適宜選択することにより、赤色、緑色、青色、白色、シアン、マゼンタ、イエロー、黒色等の表示が可能であり、さらに、各表示層の状態として中間の選択反射状態を選択することにより中間色の表示が可能であり、フルカラー表示素子として使用できる。
【0021】ところで、前記液晶表示素子10の各表示層における画素構成は単純マトリクスであるため、図2に示すように、走査電極R1,R2〜Rmと信号電極C1,C2〜Cnのm×nのマトリクスで表すことができる。走査電極Raと信号電極Cb(a,bはa≦m、b≦nを満たす自然数)との交差部分の画素をLCa−bとする。また、これらの電極群はそれぞれロウドライバ101、カラムドライバ102の出力端子に接続されており、これらのドライバ101,102から各電極に走査電圧及び選択電圧が印加される。ところで、以下に説明する印加電圧(リセットパルス信号、選択パルス信号)とは走査電圧と選択電圧とを重畳した電圧値を意味する。
【0022】(駆動方法)次に、前記液晶表示素子10の各液晶表示層を駆動する方法として、各液晶をフォーカルコニック状態にリセットする駆動方法を例にとって説明する。
【0023】図3は、液晶をフォーカルコニック状態にリセットし、所望の表示を行う際に液晶に印加する電圧波形を示す。図3では交流化された駆動波形を示している。最初に、V1の電圧値を持つ第1リセットパルス信号を印加する。このパルス信号により、カイラルネマティック液晶のねじれ構造は解かれ、ホメオトロピック状態になる。次に、V2の電圧値を持つ第2リセットパルス信号を印加する。このパルス信号により、カイラルネマティック液晶はフォーカルコニック状態になる。
【0024】なお、この第1及び第2リセットパルス信号を印加するリセット期間を全画素に対して同時に設定し、この後、順次各走査ライン上の画素に選択パルス信号を印加して画面を書き換えるようにすれば、ヒステリシスの影響のない良好な画面表示を短時間で表示できる。
【0025】次に、表示すべき画素部分に選択パルス信号を印加する。このパルス信号の電圧値とパルス幅により、カイラルネマティック液晶の表示状態が決定される。ここでは、プレーナ状態(もっとも明るい状態)に設定するのに必要な最低限の電圧としてV3の電圧を印加することにしている。
【0026】(液晶のY−V特性)ところで、カイラルネマティック液晶を用いた表示層における、選択パルス信号の電圧値Vと選択されるY値(視感反射率)との関係を示すY−V特性を、種々のパルス幅について測定した例を図6に示す。図6において、横軸は選択パルス信号の電圧値、縦軸は選択されるY値を示す。パラメータとしてのパルス幅を一定に維持することで、電圧値を調整することにより配向状態を選択可能である。
【0027】但し、Y−V特性は選択パルス信号のパルス幅によって異なる。即ち、パルス幅が大きくなると、同じY値を選択するために必要な電圧値は小さくなる。一方、パルス幅が小さくなると、同じY値を選択するために必要な電圧値は大きくなる。このことから、選択パルス信号の電圧値は、パルス幅の関数であり、配向状態はその電圧値とパルス幅によって決定されることが分かる。
【0028】また、カイラルネマティック液晶のY−V特性は温度によっても変化し、温度をパラメータとしたこの特性の一例を図7に示す。図7において、横軸は選択パルス信号の電圧値、縦軸は選択されるY値を示し、パルス幅は全ての温度において4msである。
【0029】図7に示した一例から明らかなように、例えば、Y値15を選択するのに必要な電圧値は、10℃のときは約80V、20℃のときは約70V、30℃のときは約63Vである。このように、周囲温度が上昇するに伴って、選択パルス信号の電圧値は低くなる傾向にある。これは、温度上昇に伴ってカイラルネマティック液晶の粘度が低下するためであると考えられる。
【0030】そこで、本実施形態では、このような液晶の温度特性を補正するために、液晶表示素子の周囲温度を検出し、その温度に基づいて選択パルス信号を調整して温度補償を行う。調整は、電圧値及び/又はパルス幅に関して行う。
【0031】(第1実施形態)本第1実施形態は、三つの表示層101,102,103ごとに独立した温度補償データを備えたものである。
【0032】図4において、液晶表示素子10は図1に示したものであり、各表示層11B,11G,11Rを駆動する駆動回路103,104,105は、コントローラ107にて制御される。コントローラ107には、温度検出回路106とデータ演算部108と温度補償テーブルメモリ109とが接続されている。また、データ演算部108には温度補償テーブルメモリ109の他に電圧・パルス幅データメモリ110が接続されている。
【0033】温度検出回路106は、液晶表示素子10の周囲温度を検出するためのもので、図5に示すように、抵抗200とサーミスタ201と電源202とD/Aコンバータ203とから構成されている。サーミスタ201の抵抗値が温度によって変化することにより、D/Aコンバータ203に入力される電圧値が変化する。この入力値がD/A変換され、温度データとしてコントローラ107に転送される。
【0034】温度補償テーブルメモリ109の内容を以下の表1に示す。
【0035】
【表1】

【0036】メモリ109のデータは各アドレスごとに32ビットあり、それぞれ表示層11Bのある温度でのロウ電圧値補正データ、カラム電圧値補正データ及びパルス幅補正データ、表示層11Gのある温度でのロウ電圧値補正データ、カラム電圧値補正データ及びパルス幅補正データ、表示層11Rのある温度でのロウ電圧値補正データ、カラム電圧値補正データ及びパルス幅補正データが一つのブロックとして、各温度ごとのブロックで構成されている。
【0037】電圧・パルス幅データメモリ110には、標準温度、例えば、25℃での各表示層11B,11G,11Rごとのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅のデータが記憶されている。
【0038】画像の表示要求が発せられた場合、コントローラ107は温度検出回路106から温度データを受け取り、該データに基づいて温度補償テーブルメモリ109の所定のアドレスに書き込まれている各表示層11B,11G,11Rごとのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅の補正データを読み込む。読み込まれたデータは、データ演算部108によって電圧・パルス幅データメモリ110に記憶されている各表示層11B,11G,11Rごとのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅のデータと積算され、検出された温度でのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅のデータに補正される。コントローラ107はこの補正されたデータを受け取り、駆動回路103,104,105をそれぞれ独立した電圧値とパルス幅の選択パルス信号を発生するように制御する。
【0039】(第2実施形態)前記各表示層11B,11G,11Rの温度係数を同じに設定するのであれば、ロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅の温度補償データを各表示層11B,11G,11Rで共通化することができる。本第2実施形態は、三つの表示層101,102,103に共通した温度補償データを備えたものである。
【0040】第2実施形態においても装置の構成は第1実施形態で示した図4と同様である。但し、温度補償テーブルメモリ109の内容が簡略化されており、その内容を以下の表2に示す。
【0041】
【表2】

【0042】メモリ109のデータは各温度ごとに、ロウ電圧値補正データ、カラム電圧値補正データ及びパルス幅補正データが書き込まれている。また、電圧・パルス幅データメモリ110には、標準温度、例えば、25℃での各表示層11B,11G,11Rごとのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅のデータが記憶されている点は、前記第1実施形態と同様である。
【0043】画像の表示要求が発せられた場合、コントローラ107は温度検出回路106から温度データを受け取り、該データに基づいて温度補償テーブルメモリ109の所定のアドレスに書き込まれているロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅の補正データを読み込む。読み込まれたデータは、データ演算部108によって電圧・パルス幅データメモリ110に記憶されている各表示層11B,11G,11Rごとのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅のデータと積算され、検出された温度でのロウ電圧、カラム電圧及びパルス幅のデータに補正される。コントローラ107はこの補正されたデータを受け取り、駆動回路103,104,105をそれぞれ独立した電圧値とパルス幅の選択パルス信号を発生するように制御する。
【0044】なお、温度補償のための補正データをより最適な値に修正するための修正データや修正式を各液晶表示層ごとに設けておき、各液晶表示層ごとに各補正データを修正し、擬似的に第1実施形態のように各液晶表示層ごとに温度補償を行うようにしてもよい。
【0045】また、温度補償が必要な液晶表示層のみに補正を実行するようにしてもよい。
【0046】(第3実施形態)本第3実施形態では、図6に示すように、液晶表示素子10の観察側と背面側とに二つの温度検出回路106,106’を設け、両者の温度情報及び両者の温度差を検知し、その結果を各液晶表示層11B,11G,11Rの温度補償に反映させるようにしている。この場合の温度補償の実施形態として、観察側の液晶表示層11Bと背面側の液晶表示層11Rとで温度補償の仕方を変える方法を挙げることができる。また、中央の液晶表示層11Gについては、観察側の温度検出回路106’と背面側の温度検出回路106との温度勾配から算出された推定温度値に基いて温度補償を行うこともできる。いずれにしても、複数の温度検出手段を用いて、観察側の温度情報と背面側の温度情報を反映させることで、よりきめ細やかな温度補償を行うことができる。
【0047】(第4実施形態)本第4実施形態では、図7に示すように、液晶表示素子10の画面と平面面上に配置された複数の温度検出回路106a〜106dによって、複数地点の温度を測定し、温度補償に反映させるようにしている。この場合、例えば、各地点の温度データを勘案して(例えば平均をとって)温度補償を行うことができる。また、各地点の温度データに合わせて領域別に駆動波形を調整して温度補償を行うこともできる。後者の場合、特に液晶表示素子10の画面サイズが大きくなる場合に有効である。
【0048】(他の実施形態)なお、本発明に係る液晶表示装置は前記実施形態に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更することができる。特に、液晶表示素子の構成や駆動回路、温度検出回路の構成は任意である。




 

 


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