JP2002287112A

JP2002287112A - 液晶ディスプレイ及びその駆動方法

Info

Publication number: JP2002287112A
Application number: JP2001092491A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Minamino; 裕南野; Koji Senda; 耕司千田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】デジタル（２値）の信号のみで多階調表示可
能なシーケンシャルカラー照明方式を具現化できる液晶
パネルを提案する。【解決手段】フィールドシーケンシャル方式におい
て、副画素の分割とＬＥＤの輝度変調を組み合わせてデ
ジタル化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スマートフォン、
携帯端末、テレビジョン、コンピュータのモニタ等電子
表示装置一般に多用される液晶ディスプレイに関し、詳
しくは、シーケンシャルカラー照明方式に好適な液晶デ
ィスプレイに関するものであり、特にバックライトユニ
ットとしてＬＥＤを使うことが容易な携帯電話（スマー
トフォン）、携帯端末などに有効な発明である。

【０００２】

【従来の技術】液晶ディスプレイ（以下、適宜ＬＣＤと
略記）は、液晶セル内の各画素に赤、緑、青のマイクロ
カラーフィルタを付けてそれぞれの色の画素の透過率を
液晶によって制御する方式（マイクロカラーフィルタ方
式）が開発され、任意の色を表示することができるよう
になった。

【０００３】しかし、マイクロカラーフィルタ方式には
次のような問題がある。

【０００４】(1)各色のカラーフィルタは入射光の２／
３以上のスペクトルの光を吸収して無駄にしている。例
えば赤のカラーフィルタは青、緑のスペクトルを吸収す
るために光のエネルギーの７０〜９０％を無駄にしてい
る。

【０００５】(2)赤、緑、青の３つの画素のセットによ
って本来の１画素を表示するために、解像度の点でも駆
動回路の点でも３倍のロスを伴う。

【０００６】(3)カラーフィルタつきの対向基板が必要
となりパネルのコストがアップする。

【０００７】これらの問題を解決する技術として、各画
素にカラーフィルタを付けずに、１画素で３色の画像を
順次表示するシーケンシャルカラー照明方式（フィール
ドシーケンシャル方式）がある（松本正一：液晶ディス
プレイ技術(1996), p.50, 産業図書）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図６に従来のフィール
ドシーケンシャル方式のカラー液晶パネルのタイミング
チャートを示す。

【０００９】以下この方式について説明する。前記シー
ケンシャルカラー照明方式で、色の切り替えによる目の
ちらつき（フリッカ）を生じさせないようにするには、
３色を１フレーム時間（３色で１セットの画面表示時
間）である約１／６０ｓ、すなわち１色当たり約１／１
８０ｓ、すなわち約５．５ｍｓで切り替える必要があ
る。なお、この例では各色の画像の切り替え、すなわち
画面の電気的書込と液晶の応答に例えばこの時間の６０
％を割り当て、残りの４０％の時間でバックライトを点
灯させることにすると、画面の電気的書込に１ｍｓを割
り当てれば液晶の応答時間は凡そ２．５ｍｓ以内とする
必要がある。なおそれぞれのＬＥＤの発光を終了させた
後、パネル全面のアクティブ素子をＯＮ状態として、全
面黒書き込みを行っている。これは次の色の情報を書き
込んで応答させる際に、それぞれの画素のイニシャル電
圧を同一とすることにより、書き込み時間の均一化を図
っている。しかしながら、液晶の応答時間に余裕があれ
ば、必ずしもこの全面黒書き込みが必要ではない。

【００１０】このような高速応答を実現する手段として
は、一般的に用いられる液晶の配向モードとしてツイス
テッドネマティック（ＴＮ）配向のセルギャップを薄く
して応答速度を早くする方法や、特開平１１−１４９８
８号公報に示されるようにベンド配向させる方法、μｓ
ｅｃの極めて高速応答が実現可能な強誘電性液晶あるい
は反強誘電性液晶を用いて高速応答を実現させる方法が
ある。

【００１１】ＴＮ配向あるいはベンド配向の液晶を用い
る場合、階調を表示させる方法としては、液晶に印加す
る電圧を制御して表示する。図７はこのベンド配向セル
の応答速度を図示したものである。図中（立ち上がり）
と記した軸は無印加より液晶に電圧を印加した場合の階
調間の応答速度を表しており、（立下り）と記したもの
は電圧印加状態より、電圧を無印加とした場合の液晶の
応答速度を示している。この図より、階調の変化が大き
い、すなわち液晶に印加される電圧の振幅が大きい場合
は応答速度が速いが、中間調間の応答に関しては、立ち
上がり、立下りとも応答が遅い事がわかる。従ってアナ
ログ的に階調を表示させる方法では中間調表示における
応答速度が遅くなり、そのためにＬＥＤの発光時間を短
くする必要がある。

【００１２】また、液晶パネルの階調を表示させる方法
が、液晶に印加する電圧をアナログ的に変化させる方法
であるため、そのためのアナログ電圧を生成する必要が
あるが、携帯電話や携帯端末などでは、階調のデータは
すべてデジタル信号で送られるため、このデジタルデー
タをアナログデータに変換するためのＤ／Ａコンバータ
が液晶ドライバに必要となり、そのために液晶ドライバ
のコストアップ、消費電力の増加などが課題となる。一
方強誘電性液晶は電圧による階調表示が困難であり、こ
の場合は単位フィールドを複数の長さの異なるサブフィ
ールドに分割しサブフィールドの組み合わせにより階調
を表示させている。しかしながらこの方法では最小のサ
ブフィールドの時間が極めて短くなり、たとえば１６階
調を表示させる場合、最小のサブフィールドの長さは３
００μｓｅｃ程度となる。このサブフィールド内で液晶
パネルの書き込み、液晶の応答ならびにＬＥＤの発光を
行う必要があり、アクティブ素子にかかる負担ならびに
ＬＥＤの実効的な発光時間の制限が極めてきつくなる。

【００１３】そこで、本発明は、デジタル（２値）の信
号のみで多階調表示可能なシーケンシャルカラー照明方
式を具現化できる液晶パネルを提案するものである。こ
れにより信号側の液晶ドライバにＤ／Ａコンバータが不
要となり、ドライバの構成が簡単なりコストダウンが図
れると共に、２値の電圧のみを液晶パネルに印加するた
め、中間調表示においても液晶の応答速度が早く従っ
て、ＬＥＤの発光時間を従来より長く設定することが可
能な液晶ディスプレイを提案するものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、走査線に走査
信号を供給する走査側駆動回路と、信号線にデジタル画
像信号を供給する表示側駆動回路とを備え、単位画素が
マトリクス状に配置された構造のアクティブマトリクス
型液晶表示装置において、前記各単位画素は複数の副画
素に分割されるとともに、表示パネルの背面に赤、青、
緑の三原色を順次照射する光源を備えていることを特徴
とする液晶ディスプレイを用いることにより、デジタル
信号のみで階調表示を実現すると共に、中間調時での応
答が速いフィールドシーケンシャル方式の液晶パネルを
実現するものである。

【００１５】デジタル化が容易なメリットは、応答速度
の速い強誘電性液晶あるいは反強誘電性液晶をもちいた
場合においても共通である。なお前記副画素はその電極
面積が前記デジタル画像信号の重み付けに対応した大き
さに形成することにより、最小のスイッチング素子数で
階調を表示させることが出来るが、より滑らかな表示が
必要な場合はこれに応じて分割する画素数を増加しても
よい。

【００１６】フィールドシーケンシャル方式の背面光源
としては、ＬＥＤあるいは陰極管などがあるが、背面光
源とをＬＥＤで構成することにより、光源の立ち上がり
を早くすることが出来、色われが起こらず、さらにＬＥ
Ｄの光量を発光時間あるいはＬＥＤに流す電力で調整す
ることにより、液晶での変調と、バックライトの光量変
調を組み合わせることで、多階調の液晶表示素子を作成
することが可能となる。

【００１７】このような面積階調とフィールドシーケン
シャルを組み合わせる場合、画素に対して早い書き込み
スピードが必要となるので、画素のスイッチング素子の
材料としてはｐ−Ｓｉを用いることが望ましい。さらに
ｐ−Ｓｉを用いることで、駆動回路を内蔵することが可
能となる。この場合、動作周波数の早い表示側駆動回路
は単結晶シリコンで形成され、走査側駆動回路は画素を
分割することによる、出力ピン数の増大のコストアップ
を防ぐため、及び走査側回路の狭ピッチ化に対応するた
めに多結晶シリコンで形成されていることが望ましい。

【００１８】これら液晶表示装置の駆動方法としては、
信号線にデジタル画像信号を与えることでドライバーの
低コスト化をはかり、合わせて低消費電力化を達成する
ものである。

【００１９】なお、信号線にデジタル画像信号を与える
とともに、背面光源の明るさを調整することにより階調
を変化させることによりより多階調の表示を行うと共
に、高い開口率を実現することが可能となる。

【００２０】また液晶の配向モードをベンド配向とする
場合は、前記デジタル信号の振幅が７Ｖ以上の振幅を持
たせることにより、黒レベルから白レベルまで確実に表
示させることが可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本実施例は、画素の分割数を２と
し、それぞれの副画素の面積比を１：２としており、サ
ブフィールドを２分割として各サブフィールドでの背面
光源のＬＥＤの明るさを１：４として１６階調を表示さ
せているが、これに限定されるものではなく、より高い
階調表示が必要とされる場合あるいは、より滑らかな表
示が必要とされる場合は、必要に応じてサブフィールド
の分割数を増やす、あるいは画素の分割数を増やすこと
で対応することが可能である。

【００２２】図１に本発明の実施例を示す。本発明が備
える表示パネルの概念図である。同図に示すように、こ
の表示パネルはアクティブマトリックス基板１と、比較
的応答速度の速いベンド配向液晶セルを用いた（図中表
示無し）。アクティブマトリックス基板の単位画素３
は、２つの副画素４及び５に分割されており、副画素４
及び５はそれぞれその電極面積を１：２の割合で分割さ
れている。また、表示パネルの背面に赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）の３色光を順次照射する面光源２（バ
ックライト）である。色の切り替えは発光ダイオードを
用いたものであり、この発光を順次赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）に切り替える。

【００２３】図２は、セルギャップ４μｍのベンドセル
の透過率と電圧の関係を示す。印加電圧を７Ｖ以上とす
ることで、黒表示と白表示で安定した状態で表示するこ
とが可能である。

【００２４】本方式は、画素を構成する副画素をすべて
安定した黒表示あるいは白表示のみを表示し、中間調は
副画素の表示の組み合わせで表示される。ベンド配向液
晶セルの場合、ベンド配向がほぼ７Ｖ以上で生じる。従
って、中間調時の応答時間も、すべて液晶セルには７Ｖ
の電位差が印加されているため、すべての階調間におけ
る応答速度は図７の０Ｖ→７Ｖ及び７Ｖ→０Ｖの応答速
度のみで決まる。

【００２５】なお本実施例では液晶の配向モードとして
高速応答が達成されやすいベンド型配向を例にとって説
明したが、配向モードとして従来のツイステッドネマテ
ィック配向を用い、セルギャップ薄くすることによって
高速応答を実現させる方法をとることも可能である。

【００２６】さらに高速応答が実現可能な液晶材料とし
て、強誘電性液晶あるいは反強誘電性液晶を用いること
も可能である。本発明に係る表示パネルを用いてＬＣＤ
を構成する場合、光源を液晶パネルの背面に配設し、透
過型とした例を示したが、光源を液晶パネルの側面に配
置し、導光板をパネル全面に配置するフロントライト方
式にも適用できる。

【００２７】次に、本発明におけるＬＣＤの構成を図３
に示す。走査行電極（ゲートバス、走査線）Ｘ1 ，Ｘ2
，…，Ｘ_2n は縦画素数ｎに画素の分割数２をかけた数
である。本実施例では、走査側駆動回路２を画素のスイ
ッチング素子３と同一の材料であるポリシリコンで形成
した。ポリシリコンはアモルファスシリコンに比較して
移動度が高いため、高速書き込みが要求されるフィール
ドシーケンシャル方式に対して望ましいアクティブ素子
である。移動度が高いために、駆動回路も合わせてガラ
ス基板上に一体形成することが可能である。本実施例で
は信号側の駆動回路１は走査側駆動回路２に比較してよ
り高速動作が必要であるため、結晶半導体によるICを実
装した例を示したが、ポリシリコンの特性が満足される
ならば、信号側駆動回路も一体形成することはもちろん
可能である。線順次駆動方式の走査回路により順々に走
査し、一つのゲートバス上の全３端子素子を一時一斉に
導通（ｏｎ）状態にし、この走査に同期してホールド回
路から信号列電極（ドレインバス、信号線）Ｙ1 ，Ｙ
2，…，Ｙm を介し、この導通状態の３端子素子に結合
している全キャパシタに信号電荷を供給する。この信号
電荷は、次のフレームの走査時までこのゲートバス上の
全画素の液晶を励起し続ける。

【００２８】なおこれ以外に、ホールド回路を設ける代
わりに、ゲートバスに接続している走査回路に相当する
回路を設けて、各画素毎に順次書込を行う「点順次駆動
方式」を採用することもできる。

【００２９】次にこの駆動方式において、バックライト
のＬＥＤを副画素に分割した方式と組み合わせて中間調
を表示するタイミングチャートを図４に示す。

【００３０】まず、Ｒ、Ｇ、Ｂをそれぞれ１画面に書き
込むための時間を１フィールドとして、この単位フィー
ルドを複数のサブフィールドに分割する。本実施例では
サブフィールド数として２とした。なおこの場合サブフ
ィールドの時間は同一である。

【００３１】次におのおののサブフィールドにおけるＬ
ＥＤの電流を制御することによって、１番目のサブフィ
ールドの輝度を１とすると、２番目のサブフィールドで
の輝度が４となるように電流量を制御する。ＬＥＤは陰
極管に比較して、容易に電流量を制御でき、かつ電流印
加にたいする輝度の立ち上がりが極めて短いため、本発
明に適した光源である。

【００３２】図５にサブフィールドと副画素の黒／白の
組み合わせによって、２サブフィールド、単位画素２分
割によって１６階調を表示させる場合の組み合わせを示
す。

【００３３】また、上記のように書込時間が短くなるこ
とから、本発明の液晶ディスプレイに備えるＴＦＴの素
材としては、通常のカラーフィルタ付きＴＮセルで汎用
されているアモルファスシリコンに比べて動作速度の速
いポリシリコンを採用するのが好ましい。

【００３４】本実施例では、書き込んで発光した後にリ
フレッシュパルスを挿入した場合を示す。ここでは、各
色のサブフィールドの画像に対し、サブフィールドの表
示時間（約２．７８ｍｓ）の間に１回のリフレッシュ
（黒の書込）を行うようにした。このとき、１回の書込
時間は、すべての画素トランジスタをいっせいにオン状
態として書き込めばよいため、書込時間を２μｓに設定
した。

【００３５】なお、ここでリフレッシュを行うのは次の
ような理由による。すなわち、前記したように、液晶分
子の配向変化の応答時間は１〜２ｍｓ程度であり、上述
のような１走査線当たりの書込時間２μｓより大幅に遅
い。従って、必要な状態まで配向を変化させるのにリフ
レッシュを行った方がより正確に応答速度をそろえるこ
とが可能となる。なお、さらに書込時間を長くとる必要
がある場合は、光源の発光時間を短くして、例えば１ｍ
ｓとすれば、液晶の応答を同じ１ｍｓとした場合、全面
の書込時間は２ｍｓとなり、１走査線当たり４μｓと長
くとることができる。

【００３６】この結果、図３に示すように、液晶の透過
率は印加電圧に速やかに応答し、立ち上がり、立ち下が
りの合計が、１．５ｍｓを達成でき、画面に綺麗なＲの
単色表示が得られた。

【００３７】同様に、Ｇ、Ｂの各表示期間内のみシャッ
タ開とする実験も行ったが、夫々綺麗なＧ、Ｂの各単色
表示が得られた。なお、Ｒ、Ｇ、Ｂの２色以上の組み合
わせに対してシャッタ開とする実験を行い、中間調６の
各種合成カラー表示が得られること、ならびに、Ｒ、
Ｇ、Ｂのすべての組み合わせに対し中間調の初期レベ
ル、最終レベルを開、閉（中間調１、６）の組以外にも
種々変えて実験を行い、任意の強さの各種合成カラー表
示が得られることを確認した。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、従来のフィールドシー
ケンシャルＬＣＤに比べ、デジタル駆動方式を実現でき
て、低コストで消費電力の少ないより高速応答が実現可
能なフィールドシーケンシャル方式フルカラー液晶ディ
スプレイが実現するという格段の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が備える表示パネルの概念図

【図２】セルギャップ４μｍのベンドセルのは透過率と
電圧の関係を示す図

【図３】ＴＦＴによるフィールドシーケンシャル駆動回
路図

【図４】面光源（バックライト）の輝度変調と副画素の
変調を組み合わせた場合のタイミングチャート

【図５】面光源（バックライト）の輝度変調と副画素の
変調を組み合わせた場合の階調の表示例を示す図

【図６】従来のフィールドシーケンシャル方式のタイミ
ングチャート

【図７】中間調を含めたベンド配向セルの応答特性を示
すグラフ

【符号の説明】

１０１アクティブマトリックス基板１０２面光源１０３単位画素１０４副画素１１０５副画素２３０１信号側駆動回路３０２走査側駆動回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/139 Ｇ０２Ｆ 1/139 ５Ｃ０８０ 1/141 1/141 Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ｇ６４１Ｅ６４１Ｋ６４２６４２Ｊ６８０６８０Ｓ６８０Ｔ 3/34 3/34 Ｊ 3/36 3/36 Ｆターム(参考） 2H088 EA61 EA67 HA02 HA03 HA08 HA28 JA17 JA20 2H091 FA45Z GA11 HA12 LA15 2H092 GA13 KA04 2H093 NA54 NA55 NA58 NA65 NC09 NC11 NC14 NC42 NC43 NC54 NC56 5C006 AA12 AA14 AA17 AA22 AF44 AF51 BA12 BA13 BB16 BB29 BC03 BC12 BC20 EA01 EC01 FA56 5C080 AA10 BB05 CC03 DD03 DD22 DD27 EE29 EE30 FF11 JJ02 JJ04 JJ05 KK07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走査線に走査信号を供給する走査側駆動
回路と、信号線にデジタル画像信号を供給する表示側駆
動回路と、マトリクス状に配置された単位画素を有する
表示パネルと、アクティブ素子と、表示パネルに複数の
原色を照射する光源とを備えたフィールドシーケンシャ
ル方式の液晶ディスプレイであって、前記単位画素は、
面積の異なる複数の副画素又は、ほぼ同じ面積の複数の
副画素に分割されていることを特徴とする液晶ディスプ
レイ。
【請求項２】前記液晶ディスプレイの液晶の配向の方
式が、ベンド配向液晶セルであることを特徴とする請求
項１に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項３】前記液晶表示装置の液晶が、強誘電液晶
であることを特徴とする請求項１記載の液晶ディスプレ
イ。
【請求項４】前記液晶表示装置の液晶が、反強誘電液
晶であることを特徴とする請求項１記載の液晶ディスプ
レイ。
【請求項５】前記光源が、赤、青、緑の三原色を照射
する光源であることを特徴とする請求項１から請求項４
のいずれか１項に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項６】前記副画素は、前記副画素の面積が前記
信号線に供給される前記デジタル画像信号の重み付けに
対応した大きさに形成される請求項１から請求項５のい
ずれか１項に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項７】前記光源がＬＥＤからの出射光であるこ
とを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に
記載の液晶ディスプレイ。
【請求項８】前記信号線に前記デジタル画像信号を与
えることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか
１項に記載の液晶ディスプレイの駆動方法。
【請求項９】前記信号線に前記デジタル画像信号を与
えるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂ、それぞれの画素を表示する
フィールドを有し、前記フィールドを複数のサブフィー
ルドに分割し、各サブフィールドで背面光源の明るさを
調整することにより階調を変化させることを特徴とする
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液晶ディ
スプレイ。
【請求項１０】前記信号線に前記デジタル画像信号を
与えるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂ、それぞれの画素を表示す
るフィールドを有し、前記フィールドを複数のサブフィ
ールドに分割し、各サブフィールドで背面光源の明るさ
を調整することにより階調を変化させることを特徴とす
る請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の液晶デ
ィスプレイの駆動方法。
【請求項１１】前記信号線に前記デジタル画像信号を
与えるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂ、それぞれの画素を表示す
るフィールドを有し、前記フィールドを複数のサブフィ
ールドに分割し、各サブフィールドでの背面光源の明る
さが異なることを特徴とする請求項１から請求項７のい
ずれか１項に記載の液晶ディスプレイ
【請求項１２】前記信号線に前記デジタル画像信号を
与えるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂ、それぞれの画素を表示す
るフィールドを有し、前記フィールドを複数のサブフィ
ールドに分割し、各サブフィールドでの背面光源の明る
さが異なることを特徴とする請求項１から請求項７のい
ずれか１項に記載の液晶ディスプレイの駆動方法。
【請求項１３】７Ｖ以上の振幅を有するデジタル画像
信号を信号線に与えることを特徴とする請求項２に記載
の液晶ディスプレイの駆動方法。
【請求項１４】前記アクティブ素子が、少なくともポ
リシリコンからなることを特徴とする請求項１から請求
項７のいずれか１項に記載の液晶ディスプレイ。
【請求項１５】請求項１から請求項７のいずれか１項
に記載の液晶ディスプレイを用いた携帯用電話。
【請求項１６】請求項１から請求項７のいずれか１項
に記載の液晶ディスプレイを用いた携帯用表示端末。