(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１フレーム中に少なくともリセット期間、選択期間及び非選択期間を有する走査信号と、データ信号との差の電圧を、少なくとも２つの安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶に印加する液晶表示装置の駆動方法において、
低電圧側の第１群の複数レベルと高電圧側の第２群の複数レベルから成る、計８レベル以上の電圧レベルを用意し、
前記走査信号の前記選択期間に相当する単位時間（1H）の整数倍mH（ｍは２以上の整数で、mH≠１フレーム期間）ごとに、前記走査信号及び前記データ信号の電圧レベルをそれぞれ、前記第１群、第２群の間で交互に変更し、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第２群の中から選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第１群の中から選択し、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第１群の中から各々選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第２群の中から各々選択し、
前記液晶に印加される電圧の極性をmHごとに反転することを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項２】
請求項１において、
カイラル・ネマチック液晶の飽和電圧Vsatと閾値電圧Vthとの電圧差の絶対値がｍの値に依存して変化し、前記電圧差の絶対値を小さくさせる領域の中からｍの値を選択したことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記選択期間にてカイラル・ネマチック液晶に印加されるon電圧の絶対値は、カイラル・ネマチック液晶の前記飽和電圧Vsatの絶対値よりも、許容マージンを越えてさらに大きく設定され、前記選択期間にてカイラル・ネマチック液晶に印加されるoff電圧の絶対値は、カイラル・ネマチック液晶の前記閾値電圧Vthの絶対値よりも、許容マージンを下回ってさらに小さく設定されていることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記走査信号は、前記リセット期間と前記選択期間との間に遅延期間が設けられ、
前記走査信号の前記遅延期間での電圧レベルを、前記非選択期間の電圧レベルと同一に設定したことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記データ信号は、前記選択期間毎にON電圧レベルまたはOFF電圧レベルのいずれかの電圧レベルを含むデータ電圧レベルに設定され、前記データ信号の前記データ電圧レベルとして、前記液晶にそれぞれ正及び負のON選択電圧と正及び負のOFF選択電圧を印加するための４種の電圧レベルが設定され、
前記走査信号は、前記リセット期間にはリセット電圧レベルに設定され、前記選択期間には選択電圧レベルに設定され、前記非選択期間には非選択電圧レベルに設定され、前記リセット電圧レベルとして、前記リセット期間にて前記液晶にそれぞれ正及び負のリセット電圧を印加するための２種の電圧レベルが設定され、前記選択電圧レベルとして、前記選択期間にて前記液晶にそれぞれ正及び負の前記選択電圧を印加するための２種の電圧レベルが設定され、前記非選択レベルとして、前記非選択期間にバイアス電圧レベルを付与するための２種の電圧レベルが設定され、
前記２種のリセット電圧レベルと前記２種の選択電圧レベルとを共用することで、計８レベルの電圧レベルを用いて前記液晶を駆動することを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記８レベルの電圧レベルを、グランド電圧レベルV1を含む低電圧側の第１群の４レベル（V1、V2、V3、V4:V1＜V2＜V3＜V4）と高電圧側の第２群の４レベル（V5、V6、V7、V8:V4＜V5＜V6＜V7＜V8）とで構成したことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項７】
請求項６において、
前記走査信号は、前記リセット期間ではV1とV8の電圧レベルを持つ波形となり、前記選択期間ではV1又はV8の電圧レベルとなり、前記非選択期間ではV3とV6の電圧レベルを持つ波形となり、
前記データ信号は、波高値がV2とV4の電圧レベルに変化するパルスと、波高値がV5とV7の電圧レベルに変化するパルスと、を含む波形であることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項８】
請求項７において、
V4−V3＝V3−V2＝V7−V6＝V6−V5の関係に設定されていることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項９】
請求項６において、
前記走査信号は、前記リセット期間ではV4とV5の電圧レベルを持つ波形となり、前記選択期間ではV4又はV5の電圧レベルとなり、前記非選択期間ではV2とV7の電圧レベルを持つ波形となり、
前記データ信号は、波高値がV1とV3の電圧レベルに変化するパルスと、波高値がV6とV8の電圧レベルに変化するパルスと、を含む波形であることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１０】
請求項９において、
V3−V2＝V2−V1＝V8−V7＝V7−V6の関係に設定されていることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１１】
請求項１乃至10のいずれかにおいて、
反転時間を決定する値ｍは、ディスプレイの走査ライン数をｍで除した値が整数となる値に設定されていることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１２】
請求項１乃至10のいずれかにおいて、
反転時間を決定する値ｍは、ディスプレイの走査ライン数をｍで除した値が整数とならない値に設定されていることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１３】
請求項１乃至11のいずれかにおいて、
mH＜１フレーム期間に設定され、
第ｎフレーム（ｎは整数）の始まりの電圧が、前記第１群の電圧レベルである時は、第（ｎ＋１）フレームの始まりは前記第２群の電圧レベルとし、第ｎフレームの始まりの電圧が、前記第２群の電圧レベルである時は、第（ｎ＋１）フレームの始まりは前記第１群の電圧レベルとし、mHごとの反転とフレーム単位の反転とを重ねて繰り返すことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１４】
請求項７または８において、
mH＜１フレーム期間に設定され、
第ｎ番目のフレーム（ｎは整数）では、前記データ信号のON選択電圧レベルを第１群のV4に、OFF選択電圧レベルを第１群のV2にそれぞれ設定し、前記走査信号の始まりの前記リセット電圧レベルをV8に、前記選択電圧レベルをV1にそれぞれ設定し、
これに続く第（ｎ＋１）番目のフレームでは、前記データ信号のON選択電圧レベルを前記第２群のV5に、OFF選択電圧レベルを第２群のV7にそれぞれ設定し、前記走査信号の始まりの前記リセット電圧レベルをV1に、前記選択電圧レベルをV8にそれぞれ設定して、
mHごとの反転とフレーム単位の反転とを重ねて繰り返すことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１５】
請求項９または10において、
mH＜１フレーム期間に設定され、
第ｎ番目のフレーム（ｎは整数）では、前記データ信号のON選択電圧レベルを前記第１群のV1に、OFF選択電圧レベルを第１群のV3にそれぞれ設定し、前記走査信号の始まりの前記リセット電圧レベルをV5に、前記選択電圧レベルをV4にそれぞれ設定し、
これに続く第（ｎ＋１）番目のフレームでは、前記列電極信号のON選択電圧レベルを第２群のV8に、OFF選択電圧レベルを第２群のV6にそれぞれ設定し、前記データ信号の始まりの前記リセット電圧レベルをV4に、前記選択電圧レベルをV5にそれぞれ設定し、
mHごとの反転とフレーム単位の反転とを重ねて繰り返すことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１６】
請求項６乃至12のいずれかにおいて、
前記第１群の電圧レベルV4と前記第２群の電圧レベルV5との間の電圧レベル差を大きくして、前記リセット期間に前記液晶に印加される前記リセット電圧の絶対値を大きく設定したことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１７】
複数本の走査電極が形成された第１基板と、複数本のデータ電極が形成された第２基板との間に、少なくとも２つの安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶を封入してなる液晶パネルと、
１フレーム中に少なくともリセット期間、選択期間及び非選択期間を有する走査信号を、各々の前記走査電極に出力する走査電極駆動回路と、
各々の前記データ電極にデータ信号を出力するデータ電極駆動回路と、
低電圧側の第１群の複数レベルと高電圧側の第２群の複数レベルから成る、計８レベル以上の電圧レベルを、前記走査信号及び前記データ信号の電位として出力する電源回路と、
を有し、
前記走査電極駆動回路及び前記データ電極駆動回路は、前記走査信号の前記選択期間に相当する単位時間（1H）の整数倍mH（ｍは２以上の整数で、mH≠１フレーム期間）ごとに、前記走査信号及び前記データ信号の電圧レベルをそれぞれ、前記第１群、第２群の間で交互に変更し、
前記走査電極駆動回路は、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第２群の中から選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第１群の中から選択し、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第１群の中から各々選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第２群の中から各々選択し、
前記液晶に印加される電圧の極性をmHごとに反転することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１８】
複数本の走査電極が形成された第１基板と、複数本のデータ電極が形成された第２基板との間に、少なくとも２つの安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶を封入してなる液晶パネルと、
低電圧側の第１群の複数レベルと高電圧側の第２群の複数レベルから成る、計８レベル以上の電圧レベルを、前記液晶の駆動電位として出力する電源回路と、
に接続され、前記液晶を駆動する液晶表示装置の駆動回路において、
１フレーム中に少なくともリセット期間、選択期間及び非選択期間を有する走査信号を、各々の前記走査電極に出力する走査電極駆動回路と、
各々の前記データ電極にデータ信号を出力するデータ電極駆動回路と、
を有し、
前記走査電極駆動回路及び前記データ電極駆動回路は、前記走査信号の前記選択期間に相当する単位時間（1H）の整数倍mH（ｍは２以上の整数で、mH≠１フレーム期間）ごとに、前記走査信号及び前記データ信号の電圧レベルをそれぞれ、前記第１群、第２群の間で交互に変更し、
前記走査電極駆動回路は、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第２群の中から選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第１群の中から選択し、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第１群の中から各々選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第２群の中から各々選択し、
前記液晶に印加される電圧の極性をmHごとに反転することを特徴とする液晶表示装置の駆動回路。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明はカイラルネマチック液晶を用いたメモリ性を有する双安定の液晶表示装置及びその駆動方法並びにそれに用いる駆動回路に関する。本発明はさらに、カイラル・ネマチック液晶の駆動に最適な計８レベル以上の電圧レベルを設定する液晶表示装置及びそれに用いる電源回路装置に関する。
背景技術
カイラル・ネマチック液晶を用いた双安定性液晶表示は特公平１−51818に既に開示されており、初期配向条件、２つの安定状態、また、その安定状態の実現の方法等が記述されている。
しかし、上記特公平１−51818に述べられている内容は、２つの安定状態の動作あるいは現象を述べているだけで、それを表示体として実用に供する手段は提示されていない。さらには、上記公報には、現在最も表示体として応用実用性が高く、かつ表示能力が高いマトリスク表示について何等記述が無く、その駆動方法についても何等開示されていない。
そこで、我々は先に出願した特開平６−230751において、液晶セル内で発生するバックフローをコントロールし、上記欠点を改良する方法を提案した。この方法は、まず1ms程度の高電圧を印加してフレデリクス転移を生じさせる期間と、それにすぐ続く前記パルスと逆極性または同極性のしきい値以上の定電圧パルスで０゜ユニフォーム状態を作るか、同様に前記フレデリクス転移電圧にすぐ続くしきい値以下のパルス期間を設け、360゜ツイストの状態を実現するものである。この方法ではマトリクス表示の１ライン当たりの書き込み時間が400μｓとされており、400ライン以上の書き込みには計160ms（6.25Hz）以上の時間が必要で、これは表示のフリッカーを伴うためまだ実用上は問題があった。
そこで、本発明者等はさらに書き込み時間の改良手段として特願平５−37057を出願した。これは同出願の図２または図４に示したように、フレデリクス転移を起こすリセットパルスの後に遅延時間を設け、その後にONまたはOFFの選択信号を印加するものである。こうすると書き込み時間は従来の数倍の速さの例えば50μｓが実現できた。
しかし、これらの駆動方法では20Vを越える大きなリセット電圧と、表示の２つの安定状態を得るoff電圧１〜3Vと、on電圧数Ｖから６、7V程度の選択電圧を回路上で効率良く両立させ、かつ、液晶の長寿命化の為の交流化も図らねばならない。
図23は電圧平均化法を踏襲して、双安定表示の駆動波形を作った７レベル駆動法を示している。図23（ａ）は走査信号の波形であり、リセット期間T1には20Vを越えるVrを与え、遅延期間T2の後に来る選択期間T3には±Vs、残りの非選択期間T4はゼロ電位とする。一方、データ信号は、同図（ｂ）に示した振幅±Vdの選択パルスに同相、または、逆相の交流パルスを与えて表示のon/offを行う。そして、図23（ｃ）に示すような、走査信号とデータ信号との差信号の電圧が、液晶に印加されることになる。
ここで、前記バイアス電圧Vdは1V近辺で充分であるので、走査信号波形とデータ信号波形に大きな電圧差が生じる。特に、走査信号波形では、Vr、Vs間に20V近い電圧差が出来るので、回路構造上は望ましくない。
このように、双安定液晶表示ではマトリクス駆動時の走査電圧とon/off信号電圧の比が大きくアンバランスとなるため、具体的な駆動回路を構成する上で、また、この回路をIC化する上でこのアンバランスは大きな障害となる可能性を持っている。
一方、従来のマトリクス型液晶表示体の電圧平均化駆動法でもこれほど極端ではないが、これと同じような事情から６レベル法が考案された（液晶デバイスハンドブック、日刊工業、p401）。しかし、これは走査波形と信号波形の駆動電圧をバランスさせ、かつ、on電圧とバイアス電圧の比を大きく取る上では有効であるが、これに更に本発明のような大きな電圧差を持ったリセット電圧が加わると、本発明の対象であるカイラルネマチック液晶の駆動にそのままの適用は不可能である。
また、上記方法では駆動電圧のレベル数が多数になるため、最適駆動電圧の調整は非常に複雑になり、実用上の問題が生じていた。
さらには、双安定液晶の閾電圧、飽和電圧は、温度依存性を有し、かつ、液晶パネル面内にてばらつくため、安定した表示特性を確保しにくいという課題があることも判明した。
そこで、本発明の目的は、走査信号波形とデータ信号波形に大きな電圧差が生じることなく、しかも、表示特性を向上させることができる液晶表示装置及びその駆動方法並びにそれを用いる駆動回路を提供することにある。
本発明の他の目的は、８レベル以上の多数の電圧レベルを精度良く生成でき、しかも、簡単な操作で多数レベルを容易に調整することができる、液晶表示装置及びその電源回路装置を提供することにある。
発明の開示
本発明は、１フレーム中に少なくともリセット期間、選択期間及び非選択期間を有する走査信号と、データ信号との差の電圧を、少なくとも２つの安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶に印加する液晶表示装置の駆動方法において、
低電圧側の第１群の複数レベルと高電圧側の第２群の複数レベルから成る、計８レベル以上の電圧レベルを用意し、
前記走査信号の前記選択期間に相当する単位時間（1H）の整数倍mH（ｍは２以上の整数で、かつ、mH≠１フレーム期間）ごとに、前記走査信号及び前記データ信号の電圧レベルをそれぞれ、前記第１群、第２群の間で交互に変更し、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第２群の中から選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記リセット期間の電圧レベルを前記第１群の中から選択し、
前記データ信号が前記第１群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第１群の中から各々選択し、前記データ信号が前記第２群の電圧レベルである時は、前記走査信号の中の前記選択期間及び非選択期間の電圧レベルを同じ第２群の中から各々選択し、
前記液晶に印加される電圧の極性をmHごとに反転することを特徴とする。
本発明装置に係る液晶表示装置は、
複数本の走査電極が形成された第１基板と、複数本のデータ電極が形成された第２基板との間に、少なくとも２つの安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶を封入してなる液晶パネルと、
１フレーム中に少なくともリセット期間、選択期間及び非選択期間を有する走査信号を、各々の前記走査電極に出力する走査電極駆動回路と、
各々の前記データ電極にデータ信号を出力するデータ電極駆動回路と、
低電圧側の第１群の複数レベルと高電圧側の第２群の複数レベルから成る、計８レベル以上の電圧レベルを、前記走査信号及び前記データ信号の電位として出力する電源回路と、
を有する。そして、前記走査電極駆動回路及び前記データ電極駆動回路が、本発明方法を実施するための各種電圧レベルを設定している。
また、本発明に係る液晶表示装置の駆動回路では、本発明方法を実施するための各種電圧レベルを設定する前記走査電極駆動回路及び前記データ電極駆動回路を定義している。この駆動回路は、液晶表示基板上に形成する他、液晶パネルへの外付け回路として構成できる。
上述の本発明よれば、低電圧側の第１群、高電圧側の第２群から上述の通り電圧レベルを選択することで、走査信号の電圧振幅とデータ信号の電圧振幅との間に大きな差を生ずることなく、それらの差信号の電圧として、例えば20Vを越える絶対値の大きなリセット電圧と、例えば1V近辺の非選択電圧とを液晶に印加することができる。このことは、駆動回路を構成する上で、特に駆動回路をIC化する上で有利となる。
mHごとに、液晶に印可される電圧の極性を反転させる理由は下記の通りである。本発明者等は、カイラル・ネマチック液晶の飽和電圧Vsatと閾値電圧Vthとの電圧差が、反転時間を決定する値ｍに依存して変化することを発見した（図17〜図21参照）。本願出願人の先願（特願平５−352493）に開示したように、1Hごとの反転を採用した場合、換言すればｍ＝１を採用した場合と比較して、本発明では前記電圧差を小さくさせる領域中から反転時間を決定する値ｍを選択することができる。
ところで、選択期間中にカイラル・ネマチック液晶に印加されるon電圧の絶対値は、カイラル・ネマチック液晶の前記飽和電圧Vsatの絶対値よりも大きく設定する必要がある。一方、選択期間中にカイラル・ネマチック液晶に印加されるoff電圧の絶対値は、カイラル・ネマチック液晶の前記閾値電圧Vthの絶対値よりも小さく設定する必要がある。ここで、飽和電圧、閾値電圧は、周囲温度などの環境条件によって変化する（図16参照）。あるいは液晶パネル内の各画素の液晶について飽和電圧、閾値電圧を比較すると、液晶パネル面内にて非均一となっている。従って、カイラル・ネマチック液晶の飽和電圧Vsatと閾値電圧Vthとの電圧差も、環境条件により変化し、あるいは液晶パネル内にて非均一であり、on電圧、off電圧の設定によっては、最悪の場合、on,offしない場合も生ずる。このカイラル・ネマチック液晶の飽和電圧Vsatと閾値電圧Vtとの電圧差の絶対値を小さくできれば、on,off電圧の許容マージンを比較的大きくできる。この結果、環境条件あるいは液晶パネル面内での位置に依存した前記電圧差の悪影響を低減して、表示特性を向上させることができる。
換言すれば、カイラル・ネマチック液晶の飽和電圧Vsatと閾値電圧Vthとの電圧差の絶対値を小さくすることで、カイラル・ネマチック液晶の全ての画素に印加されるon電圧の絶対値は、カイラル・ネマチック液晶の前記飽和電圧Vsatの絶対値よりも、許容マージンを越えてさらに大きく設定でき、カイラル・ネマチック液晶の全ての画素に印加されるoff電圧の絶対値は、カイラル・ネマチック液晶の前記閾値電圧Vthの絶対値よりも、許容マージンを下回ってさらに小さく設定できる。
上記の駆動方法においては、リセット期間と選択期間との間で遅延期間が設けられることが好ましい。この場合、走査信号の遅延期間での電圧レベルは、非選択期間の電圧レベルと同一に設定される。
こうすると、走査信号中の選択期間、すなわち書き込み時間を短くできる。
上記駆動方法は、計８レベルの電圧レベルを用いて、カイラル・ネマチック液晶を駆動するものに好適である。このカイラル・ネマチック液晶の駆動には、以下に説明する計10レベルの電圧レベルが必要となる。
まず、データ信号は、選択期間毎にON電圧レベルまたはOFF電圧レベルのいずれかの電圧レベルを含むデータ電圧レベルに設定される必要がある。このデータ信号のデータ電圧レベルとして、液晶にそれぞれ正及び負のON選択電圧と正及び負のOFF選択電圧とを印加するための４種の電圧レベルが設定される必要がある。
次に、走査信号は、リセット期間にはリセット電圧レベルに設定され、選択期間には選択電圧レベルに設定され、非選択期間には非選択電圧レベルに設定される必要がある。リセット電圧レベルとして、リセット期間にて液晶にそれぞれ正及び負のリセット電圧を印加するための２種の電圧レベルが必要である。選択電圧レベルとして、選択期間にて液晶にそれぞれ正及び負の選択電圧を印加するための２種の電圧レベルが必要となる。非選択電圧レベルとして、非選択期間にバイアス電圧レベルを付与するための２種の電圧レベルが必要となる。
上述の通り、計10レベルが少なくとも必要となるが、２種のリセット電圧レベルと２種の選択電圧レベルとを共用することで、計８レベルの電圧レベルを用いてカイラル・ネマチック液晶を駆動することができる。
この８レベルの電圧レベルを、低電圧側の第１群の４レベル（V1、V2、V3、V4:V1＜V2＜V3＜V4）と高電圧側の第２群の４レベル（V5、V6、V7、V8:V4＜V5＜V6＜V7＜V8）とで構成することが好ましい。
この８レベルの電圧レベルを用いた駆動方法の一例として、例えば図２に示すように、走査信号は、リセット期間ではV1とV8の電圧レベルを持つ波形となり、選択期間ではV1又はV8の電圧レベルとなり、非選択期間ではV3とV6の電圧レベルを持つ波形とすることができる。
データ信号は、波高値がV2とV4の電圧レベルに変化するパルスと、波高値がV5とV7の電圧レベルに変化するパルスと、を含む波形とすることができる。
この場合、V4−V3＝V3−V2＝V7−V6＝V6−V5の関係に設定されていることが好ましい。非選択期間にて、ほぼ等しい非選択電圧を設定できるからである。
計８レベルの電圧レベルを用いた駆動方法の他の例として、例えば図５に示すように、走査信号は、リセット期間ではV4とV5の電圧レベルを持つ波形となり、選択期間ではV4又はV5の電圧レベルとなり、非選択期間ではV2とV7の電圧レベルを持つ波形とすることができる。
データ信号は、波高値がV1とV3の電圧レベルに変化するパルスと、波高値がV6とV8の電圧レベルに変化するパルスと、を含む波形とすることができる。
この場合、V3−V2＝V2−V1＝V8−V7＝V7−V6の関係に設定されていると、非選択期間にて、ほぼ等しい非選択電圧を設定できる。
本発明における反転時間を決定する値ｍは、ディスプレイの走査ライン数をｍで除した値が整数となる値に設定することができる。あるいは、反転時間を決定する値ｍは、ディスプレイの走査ライン数をｍで除した値が整数とならない値に設定することもできる。後者の場合、連続するフレーム間にて、mHごとの反転位置が異なる位置となるように、mH反転位置を自然にずらすことができ、反転による駆動波形のなまりや、クロストークを目立たなくすることができる。
本発明の他の態様によれば、上述したmH（mH＜１フレーム期間）ごとの反転に、フレーム単位の反転を重ねることができる。この場合、第ｎフレーム（ｎは整数）の始まりの電圧が、第１群の電圧レベルである時は、第（ｎ＋１）フレームの始まりは第２群の電圧レベルとされる。一方、第ｎフレームの始まりの電圧が、第２群の電圧レベルである時は、第（ｎ＋１）フレームの始まりは第１群の電圧レベルとされる。
例えば図２に示すmH（mH＜１フレーム期間）反転に、フレーム反転を重ねた場合には、例えば図６に示すように、第ｎ番目のフレーム（ｎは整数）では、データ信号のON選択電圧レベルが第１群のV4に、OFF選択電圧レベルが第１群のV2にそれぞれ設定され、走査信号の始まりの前記リセット電圧レベルがV8に、選択電圧レベルがV1にそれぞれ設定される。これに続く第（ｎ＋１）番目のフレームでは、データ信号のON選択電圧レベルが第２群のV5に、OFF選択電圧レベルが第２群のV7にそれぞれ設定され、走査信号の始まりのリセット電圧レベルがV1に、選択電圧レベルがV8にそれぞれ設定される。
例えば図５に示すmH（mH＜１フレーム期間）反転に、フレーム反転を重ねた場合には、例えば図７に示すように、第ｎ番目のフレーム（ｎは整数）では、データ信号のON選択電圧レベルが第１群のV1に、OFF選択電圧レベルが第１群のV3にそれぞれ設定され、走査信号の始まりの前記リセット電圧レベルがV5に、選択電圧レベルがV4にそれぞれ設定される。これに続く第（ｎ＋１）番目のフレームでは、列電極信号のON選択電圧レベルが第２群のV8に、OFF選択電圧レベルが第２群のV6にそれぞれ設定され、データ信号の始まりのリセット電圧レベルがV4に、前記選択電圧レベルがV5にそれぞれ設定される。
なお、V1〜V8の８レベルの電圧レベルを用いる場合には、第１群の電圧レベルV4と第２群の電圧レベルV5との間の電圧レベル差を大きくすることが好ましい。リセット期間に液晶に印加されるリセット電圧の絶対値をより大きく設定できるからである。
本発明のさらに他の態様によれば、走査信号とデータ信号との差信号の電圧を液晶に印加するために、グランド電圧レベルV1を含む計８レベル以上の偶数電圧レベル（V1、V2、…Vk-1、Vk:V1＜V2…Vk-1＜VK）を生成する液晶駆動装置の電源回路装置において、
最大電圧レベルVkを生成する手段と、
最大電圧レベルVkとグランド電圧レベルV1を除く電圧レベルV2〜VK-1を生成するための基準となる電位差VBを生成する手段と、
前記電位差VBに基づいて、電圧レベルV2〜VK-1を演算して出力する演算手段と、
前記電位差VBの値を外部から変更する変更手段と、
を有する。
こうすると、電位差VBの変更によって、前記グランド電圧レベルV1と最大電圧レベルVkを除く各電圧レベル（V2…Vk-1）を同時に調整可能となる。
ここで、電位差VBを生成する手段は、最大電圧レベルVkに基づいて電位差VBを生成することが好ましい。
さらに好ましくは、前記演算手段は、
前記電圧レベルVBが入力され、８レベル以上の前記電圧レベルの中の低電圧側の第１群の複数レベル（V1、V2…Ｖk/2）のうち、前記グランド電圧レベルV1を除く各電圧レベル（V2…Ｖk/2）をそれぞれ演算して出力する複数の演算回路と、
前記最大電圧レベルVkより、前記増幅手段の出力（V2…Ｖk/2）をそれぞれ減算して、高電圧側の第２群の電圧レベル（Ｖk/2＋１、Ｖk/2＋２…Vk-1、Vk）のうちの、最大電圧レベルVkを除く各電圧レベル（Vk-1…Ｖk/2＋１）をそれぞれ生成する複数の減算回路と、
を有する。
上述の電源回路装置は、２つの安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶を用いた液晶表示装置に好適である。
なお、上述の各電源回路装置において、前記基準電位差レベルVBを、前記データ信号のVon、Voffから決まるＶB＝|Von−Voff|/2に設定することが好ましい。
本発明のさらに他の態様によれば、走査信号とデータ信号との差信号の電圧を液晶に印加するために、グランド電圧レベルV1を含む計８レベル以上の電圧レベル（V1、V2、…Vk-1、Vk:V1＜V2…＜Vk-1＜Vk）を生成する液晶駆動装置の電源回路装置において、
最大電圧レベルVkを生成する手段と、
一端の電圧が前記最大電圧レベルVkであり、他端がグランド電圧レベルV1となる線路に、一端側から順に直列に接続された（ｋ−１）個の抵抗器（R1、R2…Rk-1）と、
隣接する２つの抵抗器の間にそれぞれ接続され、前記抵抗器（R1、R2…Rk-2）にて順次電圧降下されて得られる前記電圧レベルVk-2〜V2を出力する（ｋ−２）個の電圧出力端子と、
（ｋ−１）個の抵抗器の中のいずれか一つの抵抗器の抵抗値を外部より変更する手段と、
を有することを特徴とする。
この電源回路装置では、一つの抵抗器の抵抗値の変更によって、グランド電圧レベルV1と最大電圧レベルVkを除く各電圧レベル（V2〜Vk-1）を同時に調整可能となる。
この電源回路装置も、少なくとも２つの安定状態を有するカイラル・ネマチック液晶を用いた液晶表示装置に好適である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明が適用されるカイラルネマチック液晶を用いた液晶セルを示す概略断面図である。
図２は、本発明の駆動波形の一例を示す波形図である。
図３は、本発明で用いる液晶の各種状態を説明するための概略説明図である。
図４は、本発明で用いる液晶分子の挙動を説明するための概略説明図である。
図５は、本発明の他の駆動波形を示す波形図である。
図６は、図２の駆動波形にフレーム反転を付加した本発明のさらに他の駆動波形を示す波形図である。
図７は、図６の駆動波形にフレーム反転を付加した本発明のさらに他の駆動波形を示す波形図である。
図８は、マトリクス液晶駆動回路の全体構成を示すブロック図である。
図９は、走査信号を生成するためのＹドライバのブロック図である。
図10は、データ走査信号を生成するためのＸドライバのブロック図である。
図11は、Ｙドライバの各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図12は、Ｘドライバの各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
図13は、本発明の電源回路の一例を示す回路図である。
図14は、本発明の他の電源回路の一例を示す回路図である。
図15は、本発明のさらに他の電源回路の一例を示す回路図である。
図16は、カイラルネマチック液晶の閾値、飽和値と温度との関係を示す特性図である。
図17は、カイラルネマチック液晶の閾値、飽和値と反転時間mHとの関係の実験結果を示す特性図である。
図18は、カイラルネマチック液晶の閾値、飽和値と反転時間mHとの関係の他の実験結果を示す特性図である。
図19は、図18のデータに基づいて作成された、飽和値−閾値と反転時間mHとの関係を示す特性図である。
図20は、カイラルネマチック液晶の閾値、飽和値と反転時間mHとの関係の他の実験結果を示す特性図である。
図21は、図20のデータに基づいて作成された、飽和値−閾値と反転時間mHとの関係を示す特性図である。
図22は、カイラルネマチック液晶を駆動するための選択電圧に関する閾値を示す特性図である。
図23は、７レベル駆動法を示す波形図である。
図24は、図９に示すＹドライバの出力電圧を決定するための真理値表である。
図25は、図10に示すＸドライバの出力電圧を決定するための真理値表である。
発明を実施するための最良の形態
次に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
液晶セルの構造
後述する各実施例に用いた液晶材料は、ネマチック液晶（例えば、E.Merck社製ZLI−3329）に光学活性剤（例えば、E.Merck社製Ｓ−811）を添加することにより、液晶のヘリカルピッチを３〜４μｍに調整したものである。図１に示すように、上下のガラス基板5,5上にITOからなる透明電極４のパターンを形成し、その上に各々ポリイミド配向膜（例えば、東レ社製SP−740）２を塗布した。そして、各ポリイミド配向膜２対して、相互に所定角度φ（実施例ではφ＝180゜）異なる方向にラビング処理を施して、セルを構成した。上下のガラス基板5,5の間にはスペーサを挿入して基板間隔を均一化し、例えば基板間隔（セル間隔）を２μｍ以下とした。したがって、液晶層厚／ねじれピッチの比は0.5±0.2となる。
このセルに液晶を注入すると、液晶分子１のプレチルト角θ1,θ２は数度となり、初期配向が180゜のツイスト状態となる。この液晶セルを、図１に示す偏光方向の異なる２枚の偏光板7,7で挟み込み、表示体を形成した。なお、３は絶縁層、６は平坦化層、８は画素間の遮光層、９は液晶分子１のダイレクターベクトルである。
液晶駆動原理
図２は、液晶に印加される電圧の極性反転を周期的に行い、液晶を交流駆動する際の駆動波形の一例を示している。反転のタイミングは、後述する走査信号の選択期間T3を1Hとしたとき、そのｍ倍（ｍは２以上の整数）のmHごとである。ただし、mH≠１フレーム期間である。このmHのパルス幅の信号を、図２（ａ）にFRとして示した。図２（ｂ）はｉ番目の走査信号ラインに供給される走査信号の波形を示している。図２（ｃ）はｊ番目のデータ信号ラインに供給されるデータ信号の波形を示している。図２（ｄ）は図２（ｂ）の走査信号と図２（ｃ）のデータ信号との差信号の波形を示している。図２（ｄ）の差信号の電圧が、ｉ番目の走査信号ラインとｊ番目のデータ信号ラインとの交差点に位置する画素（i,j）の液晶に印加される。
図２に示す駆動波形には、リセット期間T1,遅延期間T2,選択期間T3および非選択期間T4が含まれている。この各期間T1,T2,T3,T4を加算した期間が１フレーム期間Ｔである。
図２において、リセット期間T1には、ネマチック液晶にフレデリクス転移を生じさせるための閾値以上のリセット電圧（リセットパルス）100が印加される。このリセット電圧100は、本実施例ではそのピーク値が例えば±25Vに設定されている。遅延期間T2は、リセット電圧100を液晶セルに印加した後、選択期間T3にて液晶セルに選択電圧（選択パルス）120が印加されるタイミングを遅延させるために設けられている。本実施例では、この遅延期間T2にて液晶セルに、遅延電圧110として例えば±1Vの電圧が印加される。選択期間T3に液晶セルに印加される選択電圧120は、ネマチック液晶の２つの準安定状態、例えば360゜ツイスト配向状態と０゜ユニフォーム配向状態のいずれかを生ずる臨界値を基準として選択される電圧である。この選択電圧120として、第１実施例に用いたカイラルネマチック液晶の場合、選択電圧120のピーク値が０〜±1.5Vのoff電圧であると、360゜ツイスト配向状態が得られる。一方、選択電圧120として2V以上又は−2V以下、望ましくは3V以上又は−3V以下のon電圧を液晶セルに印加すると、０゜ユニフォーム配向状態が得られた。また、非選択期間T4には、液晶セルに選択電圧120よりも絶対値の小さな非選択電圧130が印加され、選択期間T3にて選択された液晶の状態が維持されるようになっている。
図３は、カイラルネマチック液晶の各種状態を説明するための説明図である。
この液晶は、初期配向状態にあっては、上述のラビング処理により180゜ツイスト配向状態となっている。この初期配向状態の液晶に、リセット期間T1にてリセット電圧100を印加すると、図３に示す通りフレデリクス転移が生ずる。この後に、選択期間T3にて選択電圧120としてon電圧を液晶に印加すると０゜ユニフォーム配向状態が得られ、off電圧を印加すると360゜ツイスト配向状態が得られる。その後、図３に示すように、ある時定数に従って上記の２つのいずれかの状態から初期状態に自然緩和する。ここで、この時定数は表示に必要な時間に比較して十分長くできる。従って、非選択期間T4にて印加される非選択電圧130が、フレデリクス転移を起こすために必要な電圧に比べて十分に低い電圧に保たれている限り、次のリセット期間T1までの間は、選択期間T3にて設定された状態をほぼ維持できる。これにより、液晶表示が可能となる。
遅延時間T3を設けている理由について、図４を参照して説明する。図４は、本発明で用いる双安定液晶の挙動を示した動的シミュレーションの結果と、遅延期間T2および選択期間T3との関係を示している。横軸は時間、縦軸は液晶セル中央の分子のティルトを表しており、スタート時点はリセットパルス100の切れた時である。
この図に従えば、液晶分子は垂直に立った状態（ホメオロトロピックの配向状態）の後、後ろ側に少し倒れ（バックフロー）、再び戻って来てティルトが０゜に向かって進むものと、更に180゜の方向に動くものに分かれる。前者は０゜ユニフォーム配向状態への遷移であり、後者はこのティルトの変化の他にツイストも加わるので360゜ツイスト配向状態への遷移に相当する。ところで、この図で明らかなように０゜ユニフォーム配向状態への遷移にしても、360゜ツイスト配向状態への遷移にしても、リセットパルス100の切れた直後は、液晶のバックフローという同一の過程を経ている点では全く挙動が同じである。すなわち、液晶の配向状態が０゜になるか360゜になるかは、このバックフロー後のトリガー（図４中の矢印）の与え方次第で決まる。
本願出願人の先の提案では、リセット期間T1の経過直後に選択期間T3を設定した。これに対して、第１実施例の駆動方法に係る図２の駆動方法では、リセット期間T1と選択期間T3との間に遅延期間T2を挿入した。この遅延期間T2の時間長さを調整することで、選択期間T3の長短にかかわらず、液晶がバックフローを起こした後のトリガーを付与すべきタイミングにて、この液晶に選択電圧32を印加することが可能となる。それゆえ、選択期間T3の時間長さを50μｓと大幅に短縮しても、液晶のon/offの切り換えが可能となる。
選択パルスのパルス幅、遅延期間及び温度を一定にした場合、臨界値は選択パルスのパルス高として図22に示すVth1,Vth2のようになる。図22に示すリセットパルスの電圧値Veの絶対値（縦軸）と選択パルスの電圧値Vw（横軸）との直交平面において、a1,a2は準安定状態の一方（例えばねじれ角０度の状態）が出現する領域（|Ve|＞V0かつ|Vth1|＜|Vw|＜|Vth2|）を示している。また、b1,b2,b3は準安定状態の他方（例えばねじれ角360度の状態）が出現する領域（|Ve|＞V0かつ|Vw|＜|Vth1|又は、||Ve|＞V0かつ|Vw|＞|Vth2|）を示す。ここでVth1とVth2は選択パルスの電圧値に対する閾値である。以下の説明では、Vth1を閾値として液晶駆動を行っている。
図２の駆動波形の説明
次に、図２に示す駆動波形の詳細について説明する。この第１実施例では、計８レベルの電圧レベルを用いてカイラル・ネマチック液晶を駆動している。
この８レベルの電圧レベルを、低電圧側の第１群の４レベル（V1、V2、V3、V4:V1＜V2＜V3＜V4）と高電圧側の第２群の４レベル（V5、V6、V7、V8:V4＜V5＜V6＜V7＜V8）とで構成している。
さらに、本実施例では、mH（図２ではｍ＝４）ごとに、走査信号及びデータ信号はそれぞれ、第１群又は第２群の電圧レベルに交互に設定される。
走査信号のリセット期間T1は、数10H分（例えば１〜2ms）の時間に設定される。このリセット期間T1は反転時間mHより長いため、リセット期間T1中では、mHごとに電圧レベルが変化する。図２では、走査信号のリセット期間T1では、V1またはV8の電圧レベルが交互に繰り返される波形となる。
次に、走査信号の遅延期間T2は1H以上とされ、図２の場合にはT2＝2Hに設定される。T2＜mHであるから、走査信号の遅延期間T2では一定電圧レベルとなるが、mHごとの反転に従って異なる電圧レベルとなり、本実施例ではV3又はV6のいずれかの電圧レベルとなる。ここで、本実施例では、リセット期間T1の最後のパルス幅が2Hであり、この最後のパルス期間とは位相の異なる遅延期間T2も2Hとなっている。そこで、リセット期間T1と比較して、選択期間T3以降は、走査信号波形のmHごとの反転位相を180゜変化させている。
選択期間T3＝1H＜mHであり、選択期間T3では一定電圧となるが、mHごとの反転に従って異なる電圧レベルとなり、本実施例ではV1とV8のいずれかの電圧レベルとなる。
非選択期間T4＞mHであり、１フレーム期間内でmHごとに異なる電圧レベルとなる。本実施例では、走査信号の非選択期間T4では、V3、V6の電圧レベルを持つ波形となる。
一方、データ信号もmHごとに電圧レベルが変化する波形となり、しかも液晶に書き込む電圧に依存してon電圧又はoff電圧となる。on電圧は、走査信号の選択期間T3の電圧がV1である時はV4、V8である時はV5となる。off電圧は、走査信号の選択期間T3の電圧がV1である時はV2、V8である時はV7とされる。
このような走査信号、データ信号をそれぞれ走査信号ライン、データ信号ラインに供給すると、各ラインの交点である画素（ｉ、ｊ）には、図２（ｄ）に示す差信号の電圧が印加される。すなわち、リセット期間T1ではリセット電圧130として、比較的大きな電圧（V1−V7）あるいは（V8−V2）が得られる。しかも、従来の電圧平均化法と同じon電圧、off電圧、バイアス電圧の関係が得られる。
特に、V4−V3＝V3−V2＝V7−V6＝V6−V5とすれば、非選択期間T4のバイアス電圧が等しくかかるように設定できる。この条件下でon電圧を大きくしたい時には、V1、V2間とV7、V8間の電圧差を大きくすれば良い。ただし、この時同時に非選択期間T4中のバイアス電圧も増加するので注意を要する。また、リセット電圧を大きくしたい時には、V4、V5間の電位差をさらに広げれば良い。さらには、これにリセット電圧印加後の遅延期間の長短をつけるには、選択期間のタイミングを1H単位でシフトさせればよい。
ちなみに、V1＝0V、V2＝1V、V3＝2V、V4＝3Vの第１群と、V5＝23V、V6＝24V、V7＝25V、V8＝26Vの第２群、または、V1＝−13V、V2＝−12V、V3＝−11V、V4＝−10Vのマイナス電圧第１群と、V5＝10V、V6＝11V、V7＝12V、V8＝13Vのプラス電圧第２群に各々の電圧を設定すると、リセット電圧＝±25V、ON電圧＝±3V、OFF電圧＝±1V、バイアス電圧＝±1Vが得られる。第１群の電圧V4と第２群の電圧V5間の電位差をさらに広げるように設定すれば、30V、40Vのリセット電圧とバイアス電圧1Vということも実現できる。
このように、図２の駆動法によれば、カイラルネマチック液晶の駆動に必要な大電圧と小電圧を同居させ、単純マトリクス駆動を合理的に実現できる。即ち、図２の駆動法を用いれば、比較的小さな回路電圧で20Vを越える大きなリセット電圧と、1V近辺のバイアス電圧（非選択電圧）と、数Ｖのデータon,off電圧を両立させ、しかも液晶に印加される電圧を最適反転時間で交流化する事ができる。また、実際の駆動回路を作製する上では、データ信号と走査信号とで、それぞれの駆動電圧が接近するので、回路部品の選択の自由度が広がる。さらには、この様な駆動電圧のアンバランスの解消は、駆動回路のIC化にも有効となる。
なお、上記説明ではリセット電圧の組を（V1、V8）としたが、（V2、V7）あるいは（V3、V6）あるいは（V4、V5）としてもよい。リセット電圧の組を（V4,V5）とした例は、図６を用いて後述する。また、図２の駆動法は、遅延期間T2がない場合にも有効である。
mH反転と表示特性との関係
図２の駆動法にて採用したmHごとの交流駆動は、単に液晶の長寿命化に寄与するだけでなく、カイラルネマチック液晶を用いた液晶表示装置での表示特性をも向上させることができる。その理由について以下に説明する。
図16は、カイラルネマチック液晶の閾値Vth、飽和電圧Vsatと温度との負の相関を示す特性図であり、閾値Vth、飽和電圧Vsatは温度依存性を有する。ここで、Vsを選択期間T3中の走査信号の電圧レベルの絶対値とし、Vdを選択期間T3中のデータ信号の電圧レベルの絶対値とすると、液晶のオン・オフ駆動の条件は、|Von|＝|Vs＋Vd|≧|Vsat|、かつ、|Voff|＝|Vs−Vd|≦|Vth|である。設計上、Vonの絶対値はVsatの絶対値よりもあるマージンを越えて大きく設定し、Voffの絶対値はVthの絶対値よりもあるマージンを下回る値に設定する必要があるが、温度に依存してマージンが少なくなり、表示特性が悪化する恐れがある。
また、この閾値Vth、飽和電圧Vsatは、液晶パネルの面内にてばらつくことも分かっている。
ところで、飽和電圧と閾値電圧との差の絶対値|Vsat−Vth|が小さければ、閾電圧、飽和電圧に温度依存性があっても、あるいは面内での非均一性があっても、on電圧、off電圧のためのマージンを常に確保することが可能となる。
本発明者等は、|Vsat−Vth|が反転時間mHに依存して変化することを発見した。図17は、横軸に反転時間mHをとり、縦軸に閾値Vth、飽和電圧Vsatをとり、実験により得られた閾値Vth、飽和電圧VsatのmH依存特性を示すものである。なお、この実験は、デューティー比＝1/240、リセット期間T1＝1.5mS、リセット電圧＝±25V、バイアス電圧Vd＝±1Vとして常温下で測定したものである。
図18〜図21の特性図によれば、|Vsat−Vth|が反転時間mHに依存することをより明確に理解できる。
図18は、図17と同じ実験をmHを1H〜8H（1H＝80μＳ）に変化させて行ったものである。実験条件は、デューティー比＝1/240、リセット期間T1＝1.0mS、リセット電圧＝±25V、バイアス電圧Vd＝±1.3Vとし、常温下で測定したものである。図18によれば、Vth1、飽和電圧Vsat1は、2H〜4Hの間で低くなることが分かる。
図19は、図18のデータに基づき、縦軸を|Vsat−Vth|とした特性図であり、2H〜4Hの間で|Vsat−Vth|が低下していることが分かる。
図20は、図19と同じ実験を、デューティー比＝1/480の液晶パネルにて実施した結果を示している。1H＝40μＳである。図20によれば、Vth1、飽和電圧Vsat1は、4H〜16Hの間で低くなることが分かる。
図21は、図20のデータに基づき、縦軸を|Vsat−Vth|とした特性図であり、4H〜16Hの間で|Vsat−Vth|が低下していることが分かる。
このように、mHを2H以上とすると、mH＝1Hの場合と比較すれば、|Vsat−Vth|を小さくでき、マージンを大きく確保した状態でon電圧、off電圧を液晶に印加することができ、表示特性が向上することが分かる。
しかも、mHを2H以上とすると、mH＝1Hの場合と比較すれば閾値Vth、飽和電圧Vsat自体を低くでき、駆動電圧を低くできる効果もある。
このように、図２の駆動方法によれば、反転時間mHと表示特性の依存性が確認されているので、反転動作によって液晶の寿命と関係の深い直流の連続印加を極力抑えると同時に、表示特性の改善も出来る。
図５の駆動波形の説明
図５は図２と同じように、mH（ｍ＝４）のパルス幅のFR（図５（ａ）参照）を用い、液晶に印加される電圧極性をmHごとに反転させる方法であるが、走査信号とデータ信号の波形の各電圧レベルを変更してある。
走査信号は、図５（ｂ）に示すように、リセット期間T1の電圧はV4、V5、遅延期間T2の電圧はV2、V7、選択期間T3の電圧はV4、V5、非選択期間T4の電圧はV2、V7としている。
データ信号は、図５（ｃ）に示すように、on電圧をV1、V8、off電圧をV3、V6としている。
この結果、マトリクス表示の画素（i,j）には、図５（ｄ）に示すように、液晶に印加される電圧が、プラス・マイナスに交互に変化したものとなる。この図５の駆動波形を用いると、V1〜V8を図２の電圧レベルと同じに設定した場合には、リセット電圧は（V4−V8）又は（V5−V1）となり、±23Vとなって図２の場合より低くなるが、リセットに必要な大きな電圧を確保できる。他の電圧は、ON電圧＝±3V、OFF電圧＝±1V、バイアス電圧＝±1Vとなり、図２と同じ電圧が得られる。さらには、データ信号の電位を、グランド電圧V1と最高電圧V8に設定できるので、バイアス電圧が安定し、表示の安定性を増す事ができる。
なお、図５の場合には、V3−V2＝V2−V1＝V8−V7＝V7−V6とすれば、非選択期間T4のバイアス電圧が等しくかかるように設定できる。また、図２と同様に、on電圧を大きくしたい時には、V1、V2間とV7、V8間の電圧差をそれぞれ大きくすれば良い。リセット電圧を大きくしたい時には、V4、V5間の電位差をさらに広げれば良い。さらには、これにリセット電圧印加後の遅延期間の長短をつけるには、選択期間のタイミングを1H単位でシフトさせればよい。
図６の駆動波形の説明
図６は、図２、図５と同じmH（ｍ＝４）ごとの反転動作に、フレーム単位の反転動作を重ねた変形例である。
即ち、走査信号及びデータ信号の電圧レベルをmHごとに反転させていくと、１フレームが終わる段階では、液晶にかかる電圧が１フレーム内ではプラス・マイナスのバランスが取れていないので、直流分が残留する。そこで、次のフレームでは、走査信号、データ信号の電圧レベルを前フレームと反転させ、フレーム単位で反転させている。即ち、液晶に印加される駆動波形の第ｎフレーム（ｎは整数）の始まりの電圧が、電圧レベルの第１群（V1〜V4）にある時は、第（ｎ＋１）フレームの始まりは第２群（V5〜V8）とする。また、第ｎフレームの始まりの電圧が第２群の時は、第（ｎ＋１）フレームの始まりは第１群とし、mHごとの反転にフレーム単位の反転を重ねて繰り返すようにする。これはフレームごと反転とmHパルス反転を組み合わせたものといえる。
この図６の駆動波形によれば、１フレーム内では解消できない直流分を、２フレームに渡って完全解消できるので、液晶の長寿命化に効果が大である。
なお、本実施例は図２の実施例と同一電圧設定としたが、図５の実施例２と同一電圧設定としてもよい。図５の駆動法にフレーム反転を付加した駆動波形は、図７に示す通りとなる。
液晶駆動回路の説明
図８から12に、図２、５、６、７の駆動波形を実現するための実際の液晶駆動回路の構成、並びにタイムチャートを示す。図８は液晶パネルおよびその駆動回路を含む表示装置の全体構成図である。液晶パネル10は320×320画素を有し、この液晶パネル10を駆動するために、第１、第２のＹドライバ回路11A、11Bおよび第１、第２のＸドライバ12A、12Bが設けられている。
第１、第２のＹドライバ回路はそれぞれ同一の構成を有し、その詳細が図９に示されている。
Ｙドライバ回路11Aについて図９を参照して説明する。Ｙドライバ回路11Aは、リセット用シフトレジスタ13A、セレクト用シフトレジスタ13Bの２つのシフトレジスタを有し、それぞれには160段のレジスタがある。リセット用レジスタ13Aにはリセット期間T1を指定したリセット信号RIが入力され、この信号はシフトクロックYSCKにより次段のレジスタに逐次シフトされていく。なお、160段目のレジスタの内容は出力端子ROを介して出力され、第２のＹドライバ回路の入力RIとなるカスケード接続がなされる。セレクト用シフトレジスタ13Bについても同様で、セレクト期間T3を指定した信号SIがシフトレジスタ13Bに入力され、これらの信号はシフトクロックYSCKにより次段のレジスタに次々に伝達されていく。最終段160のレジスタの内容は出力端子SOを介して次の第２のＹドライバ回路11Bの入力信号SIとなり、カスケード接続がなされる。
各シフトレジスタ13A、13Bの内容は160チャネル同時に並列出力され、出力コントローラ14に入力される。この出力コントローラ14はリセット信号Ｒ、セレクト信号Ｓおよび交流化信号FRの入力状態によって６つの状態、即ち、R,S、FR＝（０、０、０）または（０、０、１）または（０、１、０）または（０、１、１）または（１、０、０）または（１、０、１）を区別した信号を出力する。この信号は、レベルシフタ15を介してＹドライバ16に入力される。
このＹドライバ16には４種類の駆動電圧（V1,V3,V6,V8）または（V2,V4,V5,V7）が入力されており、出力コントローラ14で区別された６つの状態に基づき、図24を示す真理値表に従っていずれか１つの駆動電圧を各チャネルごとに出力する。なお、図24において、Yout1は、図２、６に対応した駆動波形を得るときの選択を、また、Yout2は図５、７に対応した駆動波形を得るときの選択を示した。
図11はＹドライブ回路に入出力される各信号の状態を一部示したタイミングチャートである。図11に示すタイミングチャートの場合、選択期間T3の長さを1Hとしたとき、シフトクロックYSCKは1HごとにH/Lを繰り返す信号となっており、交流化信号FRはmHとなているので、図２、５のようにmHごとに液晶に印加される電圧の極性が反転する走査信号ＹKとなる。
次に、第１のＸドライバ回路12Aの詳細について図10を参照して説明する。Ｘドライバ回路12Aは、160段のレジスタから構成されるシフトレジスタ17有し、入力信号EIをシフトクロックXSCKに従って次段のレジスタに逐次シフトしていく。160番目のレジスタの内容はEO出力端を介して外部に出され、第２のＸドライバ回路12Bとカスケード継続が可能である。シフトレジスタ17に入力される信号EIは、図12に示すように一水平走査期間（1H）に１回論理の１となる信号である。従って、シフトレジスタ17の各レジスタより論理の１が逐次出力されることで、第１のラッチ回路18は各レジスタと対応するアドレスに画像データをラッチする事になる。この第１のラッチ回路18の160チャンネルのデータは、ラッチパルスLPが入力するタイミングにて第２のラッチ回路19に同時にラッチされる。交流化信号FRおよび第２のラッチ回路19からのデータを入力する出力コントロール回路20は、データＤと交流化信号FRの入力状態によって４つの状態（D,FR）＝（０、０）または（０、１）または（１、０）または（１、１）を区別した信号を、レベルシフタ21を介在して各チャンネルごとにＸドライバ22に入力させる。Ｘドライバ22は４種類の駆動電圧すなわち（V2,V4,V5,V7）または（V1,V3,V6,V8）を入力とし、出力コントロール回路20からの情報に基づいてこの内の１つの電圧を選別出力する。図25にその真理値表を示す。なお、図25においてＸOUT１は図２、６に、ＸOUT２は図５、７の実施例に対応している。
電源回路の説明
図８から図12に示した回路で使用する電源回路の実施例について説明する。本発明では走査信号、データ信号の各種電圧レベルを設定するために、計８レベルの電位を用いている。このうちV1＝GND、V8＝最大基準駆動電圧（VH）とすると、残りの中間のV2〜V7について各々の電位を決めれば良い事になる。以下に説明する各電源回路は、多数の電圧レベルに分かれた駆動電位を、１つのボリュームによって全て同時に可変とする事ができ、表示の最適調整には最も簡便な電源回路である。
まず、電圧平均法で非選択期間中のバイアス電圧となる基準電位差ＶBを、データ信号のVon、Voffより次のように定義し、一定となるようにする。
ＶB＝|Von−Voff|/2
この基準電位差ＶBを基準に電源回路を実現したものが図13である。
ＶBは数Ｖあれば充分であるので、例えば高電圧のＶHからツェナーダイオード30によって電位を落とし、更に、この電位からバリアブル抵抗32の中点の電位を任意に引き出し、基準電位差ＶBとする。必要な電圧V2、V3、V4は、このVBを１〜数倍に増幅したものをV1に加えればよいので、図13のように正の増幅回路をオペアンプにより構成し、V1＝0V（グランド）であることを考慮すると、V2＝VB、V3＝2VB,V4＝aVB（ａは増幅率）とする。増幅率ａは、V4の電圧を出力するオペアンプのフィードバック抵抗34により決定され、この抵抗値を可変とすれば、増幅率ａを任意に設定できる。
次に、これらの出力と最高電位ＶHの引き算回路をオペアンプにより構成し、V7＝ＶH−V2、V6＝ＶH−V3、V5＝ＶH−V4とすれば、ＶBを変えるだけで全電圧レベルが連動して変わるバイアス一定の電源となる。実際には、走査信号およびデータ信号のドライバー回路に入力させる前に、バッファを介在させれば、このバッファにより各電圧レベルを増幅できる。
本電源回路は、増幅率ａを変更することでV4、V5を最適に調整でき、図５、図７の実施例のon電圧（V1−V4またはV8−V5）を所望に調整できる。なお、増幅の倍率を（ａ−２）、（ａ−１）、ａとなるようにV2、V3、V4を決めると、図２、６の実施例に好適となる。
図14は、V3＝bVB、V2＝（ｂ−１）ＶB、V4＝（ｂ＋１）ＶBとなるようにオペアンプにより演算回路を組み、V2〜V4の電位を作成したものである。ただし、ｂは増幅率であり、ｂは１以上の数値、さらに好ましくは２以上の数値である。V5〜V7については図13と同様に、ＶH（V8）からそれぞれV4、V3、V2を、オペアンプにより構成した減算回路によって減算して作成している。ここで、図14では、V3の電圧を出力するオペアンプのフィードバック抵抗34を可変抵抗とし、増幅率ｂの値を自由に変えられるようにしている。この結果、V4、V5の各電圧レベルを調整できる。従って、図２、図６の実施例のon電圧（V1−V4またはV8−V5）を所望に調整できる。このように、液晶に印加されるon電圧を簡単に操作する事ができ、これも駆動回路調整に有効となる。
図15は、本発明のさらに他の電源回路を示している。同図において、７個の抵抗器（R1、R2…R7）が設けられ、このラインの一端には最大電圧レベルV8を生成する電圧発生回路40が接続され、他端がグランド電圧レベルV1となっている。そして、隣接する２つの抵抗器の間には、抵抗器（R1、R2…R7）にて順次電圧降下されて得られる電圧レベルV7〜V2を出力する６個の電圧出力端子0UT7〜OUT2が設けられている。V5の電圧出力端子OUT5と、V4の電圧出力端子0OT4との間の抵抗器R4は可変抵抗器であり、その抵抗値を外部より変更することができる。
この電源回路では、抵抗器R4の抵抗値の変更によって、各抵抗器R1〜R7を流れる電流値を変更でき、降下電圧の大きさを変更できるので、グランド電圧レベルV1と最大電圧レベルV8を除く各電圧レベル（V2〜V7）を同時に調整可能となる。なお、電圧発生回路40にてV8の大きさも変更すれば、V2〜V8を任意に変更することが可能となる。なお、図14、図15において、V2〜V7の電圧レベルが出力されるOUT2〜OUT7には、それぞれ増幅用のオペアンプが接続されることもある。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、図２、図６に示す実施例では、反転時間を決定する値ｍと、ディスプレイの走査ライン数ｎの間に最大公約数が無い様に設定すると反転位置が自然にずれていき、反転による波形なまりやクロストークを目立たなくする事が可能である。また、ｍを適当に大きくすれば、電圧反転で発生するクロストーク位置が少なくなる効果もある。
【図２５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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