JP2004233968A - 液晶装置及びその駆動方法並びに電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】横電界及び縦クロストークの悪影響を回避する。
【解決手段】液晶表示部に対してゲート信号をゲート線に順次供給するYドライバ401と、フィールドを時間軸上で複数に分割した各サブフィールドを制御単位とし、表示データに基づいてオン電圧を印加するサブフィールドとオフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号を生成するデータ信号生成手段(301,500)と、データ信号に基づいてオン電圧又はオフ電圧を生成し、生成したオン電圧又はオフ電圧のレベルを液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転させると共に、生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を液晶表示部の全ラインの画素を駆動する期間毎に極性反転させて、生成したオン電圧又はオフ電圧をソース線にソース電圧として供給するXドライバ手段500とを具備したことを特徴とする
【選択図】 図1
【解決手段】液晶表示部に対してゲート信号をゲート線に順次供給するYドライバ401と、フィールドを時間軸上で複数に分割した各サブフィールドを制御単位とし、表示データに基づいてオン電圧を印加するサブフィールドとオフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号を生成するデータ信号生成手段(301,500)と、データ信号に基づいてオン電圧又はオフ電圧を生成し、生成したオン電圧又はオフ電圧のレベルを液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転させると共に、生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を液晶表示部の全ラインの画素を駆動する期間毎に極性反転させて、生成したオン電圧又はオフ電圧をソース線にソース電圧として供給するXドライバ手段500とを具備したことを特徴とする
【選択図】 図1
Description
本発明は、縦クロストークを軽減するようにしたパルス幅変調方式の液晶装置及びその駆動方法並びに電子機器に関する。
電気光学装置、例えば、電気光学物質として液晶を用いた液晶表示装置は、陰極線管(CRT)に代わるディスプレイデバイスとして、各種情報処理機器の表示部や液晶テレビ等に広く用いられている。
このような液晶表示装置は、例えば、マトリクス状に配列した画素電極と、この画素電極に接続されたTFT(Thin Film Transistor : 薄膜トランジスタ)のようなスイッチング素子等が設けられた素子基板と、画素電極に対向する対向電極が形成された対向基板と、これら両基板との間に充填された電気光学物質たる液晶とによって構成される。
このような構成における液晶表示装置の表示モードには、電圧が加わらない状態で白表示するモードであるノーマリーホワイトと、黒表示するモードであるノーマリーブラックとがある。
次に、液晶表示装置において画像を階調表示する動作について説明する。
スイッチング素子は走査線(ゲート線)を介して供給される走査信号(ゲート信号)によって導通する。走査信号を印加してスイッチング素子を導通状態にした状態で、データ線(ソース線)を介して画素電極に、階調に応じた電圧の画像信号を印加する。そうすると、画素電極と対向電極に、画像信号の電圧に応じた電荷が蓄積される。電荷蓄積後、走査信号を取り去りスイッチング素子を非導通状態にしても、各電極における電荷の蓄積状態は、液晶層の容量性や蓄積容量等によって維持される。
このように、各スイッチング素子を駆動させ、蓄積させる電荷量を階調に応じて制御すると、画素毎に液晶の配向状態が変化して光の透過率が変わり、画素毎に明るさを変化させることができる。こうして、階調表示することが可能となる。
液晶層及び蓄積容量の容量性を考慮すると、各画素の液晶層に電荷を印加するのは一部の期間のみでよい。従って、マトリクス状に配設された複数の画素を駆動する場合には、同一走査ラインに接続された画素に各走査線によって同時に走査信号を印加し、画像信号をデータ線を介して各画素に供給し、また画像信号を供給する走査線を順次切換えればよい。即ち、液晶表示装置では、走査線及びデータ線を複数の画素について共通化した時分割マルチプレックス駆動が可能となる。
なお、液晶装置では、印加信号の直流成分の印加などによって、例えば、液晶成分の分解、液晶セル中の不純物による汚染が発生し、表示画像の焼き付き等の現象が現れる。そこで、一般的には、各画素電極の駆動電圧の極性を、例えば画像信号におけるフレーム毎に反転させる反転駆動が行われる。フレーム反転駆動等の面反転駆動は、画像表示領域を構成する全画素電極の駆動電圧の極性を全て同じにして、一定周期で駆動電圧を反転させる方式である。
上述したように、液晶装置では、容量性を考慮して、画素には一部の期間にのみ駆動電圧が印加される。しかし、駆動電圧が印加されない期間においても、結合容量の影響及び電荷のリークによって、画素に印加される電圧が変化する。このような電位変動によって、特に、中間調領域では画質の劣化が目立ってしまう。
図17はこのような問題点を説明するための説明図であり、図18及び図19は図17に対応した液晶駆動電位を説明するための波形図である。図18及び図19のVsはソース線に印加される電位を示し、図18及び図19のVA(実線),VB(1点鎖線)は夫々図中のA点及びB点における画素電極の印加電位を示している。図18は容量結合による縦クロストーク現象を示しており、図19は電流リークによる縦クロストーク現象を示している。
いま、画面の中央に矩形の黒を表示すると共に、その他の画面の領域に中間調のグレー表示を表示するための画像信号を液晶パネルに与えるものとする。図17はこの場合における液晶パネルの画面全域の表示を示している。図17に示すように、この場合には、黒表示部分の上方において、本来のグレー表示よりも暗い画像部分が表示され、黒表示部分の下方において、本来のグレー表示よりも明るい画像部分が表示されてしまう。
図18及び図19のVsは、このような画像の左右方向の中央、例えば図17の点A,Bを通過する縦線の位置に対応するソース線に印加されるソース電位波形を示している。図18及び図19のNフレームは液晶の正極性駆動時の波形であり、(N+1)フレームは液晶の負極性駆動時の波形である。図17の黒部分の表示に対応する期間T1 ,T2 において、ソース電位は対向電極の電位(対向電位 )との差が大きくなっており、C点等のグレー表示に対応する期間では、対向電位との差が小さくなっている。
図18のVA,VBにおいて、期間T1 ,T2 を破線に変えた波形は、縦クロストークが生じていない理想的な画素電極の印加電位波形を示している。第NフレームのA点の画面垂直位置に対応するタイミングt1で、A点の画素のTFTがオンとなってA点の画素電極に中間調のグレー表示に対応したレベルの画像信号(駆動電位)が印加される。A点の次のラインの画素に画像信号が供給されるタイミングでは、A点の画素のTFTはオフであり、A点の画素電極の駆動電位は、液晶容量及び付加容量によって保持される。第N+1フレームにおいてA点の画面垂直位置に対応するタイミングになると、A点の画素には負極性の駆動電位が印加される。この駆動電位も次のN+2フレームまで保持される。B点についても同様であり、B点の画素の画素電極に印加される駆動電位は、液晶容量及び付加容量によって、次のフレームまで保持される。
しかしながら、結合容量及び電荷のリークによって、画素電極はTFTがオフの期間においても、ソース線電位の影響を受ける。即ち、図18及び図19のVA,VBに示すように、期間T1においては、A点及びB点の画素の駆動電位は、画像信号に基づくレベルよりも高くなり、期間T2においては、A点及びB点の画素の駆動電位は、画像信号に基づくレベルよりも低くなる。結局、A点の画素の駆動電位はVAに示すものとなり、B点の画素の駆動電位はVBに示すものとなる。T1期間及びT2期間にはA点では駆動電位と対向電位との差が大きくなってグレー表示よりも暗くなり、B点では駆動電位と対向電位との差が小さくなってグレー表示よりも明るくなってしまう。
なお、上述した説明では、データ線に印加される画像信号は、階調に対応する電圧、即ちアナログ信号である。従って、液晶装置の周辺回路として、D/A変換回路やオペアンプ等が必要となるので、装置全体のコスト高を招いてしまう。
加えて、これらのD/A変換回路、オペアンプ等の特性や、各種の配線抵抗等の不均一性に起因して、表示ムラが発生するので、高品質な表示が極めて困難であり、特に、高精細な表示を行う場合にこれらの問題が顕著となる。
加えて、これらのD/A変換回路、オペアンプ等の特性や、各種の配線抵抗等の不均一性に起因して、表示ムラが発生するので、高品質な表示が極めて困難であり、特に、高精細な表示を行う場合にこれらの問題が顕著となる。
そこで、液晶装置においては、画素の駆動をディジタル的に行うサブフィールド駆動方式が提案されている。サブフィールド駆動方式においては、1フィールドを時間軸上で複数のサブフィールドに分割し、各サブフィールド毎に、各画素に対して階調に応じてオン電圧又はオフ電圧を印加する。
このサブフィールド駆動方式は、液晶に印加する電圧のレベルを変化させるのではなく、液晶に印加する電圧パルスの印加時間によって、液晶に与える電圧(実効電圧)を変化させ、これにより、液晶パネルの透過率を制御するようになっている。従って、液晶の駆動に必要な電圧レベルはオンレベルとオフレベルの2値のみである。なお、サブフィールド駆動については、特許文献1によって開示されている。
このようなサブフィールド駆動においても、結合容量の影響及び電荷のリークによって、画素に印加される電圧が変動して、縦クロストークが生じる。
縦クロストークによる画質劣化の問題を回避するために、液晶装置においては、1フレーム毎の反転駆動処理と共に、例えばライン毎に駆動電位の極性を異ならせるライン反転駆動等とを組み合わせた反転駆動が採用される。
このようなライン反転駆動を行う装置としては特許文献2に開示のもの等がある。
しかしながら、ライン反転駆動等では、極性が相異なる電圧が印加される列方向又は行方向において、同一基板上の相隣接する画素電極間で電界(以下、横電界という)が生じてしまう。この横電界によって、液晶分子はチルト方向の回動が影響を受けてしまう。即ち、ライン反転をすると隣接画素との間で電位差が生じ隣接画素間に電界が生じる。この電界の影響によって、画素電極と対向電極との間で発生する電界により液晶の配向状態を制御する液晶装置においては、画質の劣化が生じてしまうという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、1/2選択期間毎の極性反転駆動によって、結合容量、電荷のリーク及び横電界等の影響を回避することを可能にして、画質を向上させることができる液晶装置及びその駆動方法並びに電子機器を提供することを目的とする。
本発明に係る液晶装置は、格子状に配設された複数のソース線及び複数のゲート線の各交差に対応して画素が構成され、前記ゲート線に供給されるゲート信号によって前記画素に設けられたスイッチング素子がオンされることによって前記ソース線に供給されたソース電圧が前記スイッチング素子を介して各画素の画素電極に与えられて液晶が駆動される液晶表示部に対して、前記ゲート信号を前記ゲート線に順次供給するYドライバと、前記液晶の透過率を飽和させることが可能なオン電圧又は非透過状態にさせることが可能なオフ電圧を供給することにより、前記液晶の単位時間における光の透過状態と非透過状態との状態及び時間比に応じて階調表現を行うサブフィールド駆動を行うためのデータ信号であって、フィールドを時間軸上で複数に分割した各サブフィールドを制御単位とし、表示データに基づいて前記オン電圧を印加するサブフィールドと前記オフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号を生成するデータ信号生成手段と、前記データ信号に基づいて前記オン電圧又はオフ電圧を生成し、生成したオン電圧又はオフ電圧を前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転させて、前記生成したオン電圧又はオフ電圧を前記ソース線に前記ソース電圧として供給するXドライバ手段とを具備したことを特徴とする。
このような構成によれば、液晶表示部は、格子状に配設された複数のソース線及び複数のゲート線の各交差に対応して画素が構成され、Yドライバからゲート線に供給されるゲート信号によって画素に設けられたスイッチング素子がオンされ、これにより、ソース線に供給されたソース電圧がスイッチング素子を介して各画素の画素電極に与えられて液晶が駆動される。ソース電圧としては、液晶の透過率を飽和させることが可能なオン電圧又は非透過状態にさせることが可能なオフ電圧が用いられ、液晶の単位時間における光の透過状態と非透過状態との状態及び時間比に応じて階調表現が行われる。データ信号生成手段は、表示データに基づいて、オン電圧を印加するサブフィールドとオフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号を生成する。Xドライバ手段は、データ信号に基づいてオン電圧又はオフ電圧を生成する。更に、Xドライバ手段は、生成したオン電圧又はオフ電圧を、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転させる。最終的には、液晶には液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間の後半において印加されたレベルのソース電圧が書込まれる。フレーム反転と組み合わせた場合、液晶表示部の全画素の液晶は同一極性で書込みが行われることになり、横電界は生じない。また、ソース電圧は、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転されているので、画素電極がソース電圧の影響を受ける場合でも、ソース電圧の影響は液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間で平均化され、スイッチング素子のオフ期間における実効電圧の変動は小さい。これにより、ソース電圧の影響による縦クロストークが軽減される。
また、前記Yドライバは、前記Xドライバ手段によって極性反転された前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングの前の期間及び後の期間の少なくとも一方の期間に、前記ソース電圧を前記画素電極に供給するためのゲート信号を発生することを特徴とする。
このような構成によれば、液晶には、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間の後半において印加されたレベルのソース電圧、又は前半において印加されたレベルのソース電圧が書込まれる。フレーム反転と組み合わせた場合、液晶表示部の全画素の液晶は同一極性で書込みが行われることになり、横電界は生じない。
また、前記Xドライバ手段は、前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングを前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する前記選択期間の1/2のタイミングに設定することを特徴とする。
このような構成によれば、高いレベルでの駆動期間と低いレベルでの駆動期間とが等しく、ソース電圧の影響を効果的に抑制することができる。
また、前記Xドライバ手段は、前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングを前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する前記選択期間の1/2以外のタイミングに設定することを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
このような構成によれば、高いレベルでの駆動期間と低いレベルでの駆動期間とを適宜設定することができ、Xドライバ手段の駆動能力に応じた設定が可能である。
また、前記Yドライバは、前記Xドライバ手段によって極性反転された前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングの前の期間又は後の期間のいずれか一方の期間に、前記ソース電圧を前記画素電極に供給するためのゲート信号を発生し、前記Xドライバ手段は、前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する前記選択期間と前記ソース電圧を前記画素電極に供給するためのゲート信号が発生している期間との割合に応じて、前記オン電圧又はオフ電圧の極性を変化させることを特徴とする。
このような構成によれば、高いレベルでの駆動期間と低いレベルでの駆動期間とが異なる場合でも、これらの期間同士の割合に応じた極性のオン電圧又はオフ電圧が画素電極に供給されるので、ソース電圧の影響を効果的に抑制することができる。
また、前記Xドライバ手段は、前記生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を前記液晶表示部の全ラインの画素を駆動する期間毎に極性反転させて、前記ソース線に前記ソース電圧として供給することを特徴とする。
このような構成によれば、ソース線に供給されるソース電圧は、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転されているので、画素電極がソース電圧の影響を受ける場合でも、ソース電圧の影響は液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間で平均化され、スイッチング素子のオフ期間における実効電圧の変動は小さい。これにより、ソース電圧の影響による縦クロストークが軽減される。
また、本発明に係る液晶装置の駆動方法は、格子状に配設された複数のソース線及び複数のゲート線の各交差に対応して画素が構成され、前記ゲート線に供給されるゲート信号によって前記画素に設けられたスイッチング素子がオンされることによって前記ソース線に供給されたソース電圧が前記スイッチング素子を介して各画素の画素電極に与えられて液晶が駆動される液晶表示部に対して、前記ゲート信号を前記ゲート線に順次供給する処理と、前記液晶の透過率を飽和させることが可能なオン電圧又は非透過状態にさせることが可能なオフ電圧を供給することにより、前記液晶の単位時間における光の透過状態と非透過状態との状態及び時間比に応じて階調表現を行うサブフィールド駆動を行うためのデータ信号であって、フィールドを時間軸上で複数に分割した各サブフィールドを制御単位とし、表示データに基づいて前記オン電圧を印加するサブフィールドと前記オフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号を生成する処理と、前記データ信号に基づいて前記オン電圧又はオフ電圧を生成し、生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転させて、前記生成したオン電圧又はオフ電圧を前記ソース線に前記ソース電圧として供給する処理とを具備したことを特徴とする。
このような構成によれば、ゲート線に供給されるゲート信号によって画素に設けられたスイッチング素子がオンとなる。これにより、ソース線に供給されたソース電圧がスイッチング素子を介して各画素の画素電極に与えられて液晶が駆動される。ソース電圧としては、液晶の透過率を飽和させることが可能なオン電圧又は非透過状態にさせることが可能なオフ電圧が用いられ、液晶の単位時間における光の透過状態と非透過状態との状態及び時間比に応じて階調表現が行われる。表示データに基づいて、オン電圧を印加するサブフィールドとオフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号が生成される。そして、データ信号に基づいて、オン電圧又はオフ電圧が生成される。オン電圧又はオフ電圧は、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転される。フレーム反転と組み合わせた場合、液晶表示部の全画素の液晶は同一極性で書込みが行われ、横電界は生じない。また、ソース電圧は、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転されているので、画素電極がソース電圧の影響を受ける場合でも、ソース電圧の影響は液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間で平均化され、スイッチング素子のオフ期間における実効電圧の変化は小さい。これにより、ソース電圧の影響による縦クロストークが軽減される。
また、前記ソース線にソース電圧を供給する処理は、前記生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を前記液晶表示部の全ラインの画素を駆動する期間毎に極性反転させる処理を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、オン電圧又はオフ電圧は、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転されると共に、液晶表示部の全ラインの画素を駆動する期間毎に極性反転されてソース線に供給される。これにより、液晶表示部の全画素の液晶は同一フレーム期間では同一極性で書込みが行われ、横電界は生じない。また、ソース電圧は、液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転されているので、画素電極がソース電圧の影響を受ける場合でも、ソース電圧の影響は液晶表示部のゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間で平均化され、スイッチング素子のオフ期間における実効電圧の変化は小さい。これにより、ソース電圧の影響による縦クロストークが軽減される。
また、本発明に係る電子機器は、上記液晶装置を具備したことを特徴とする。
このような構成によれば、横電界及び縦クロストークの悪影響を回避した高画質の画像が得られる。
〔実施例1〕
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態に係る液晶装置を示すブロック図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は本発明の一実施の形態に係る液晶装置を示すブロック図である。
本実施の形態においては、液晶の駆動方法として、1フィールドを時間軸上で複数のサブフィールドに分割して制御単位とし、各画素を1サブフィールド期間に1回ずつ駆動するサブフィールド駆動を採用する。即ち、サブフィールド駆動では、各画素は1フィールド期間にサブフィールドの数だけ駆動電圧の書込み制御が行われる。そして、本実施の形態は結合容量、電荷のリークによる悪影響及び横電界による悪影響を回避するために、液晶の駆動電圧を(1/2)H(後述する選択期間)毎に極性反転させると共に、フレーム期間毎に極性反転させるようにしたものである。
先ず、サブフィールド駆動(パルス幅変調法)について説明する。
アナログ駆動においては、液晶の透過率を飽和させる駆動電圧(以下、液晶飽和電圧という)以下の電圧で液晶を駆動する。従って、液晶の透過率は、駆動電圧の実効値に略比例し、駆動電圧に比例した明るさの画面が得られる。
これに対し、サブフィールド駆動においては、液晶に液晶飽和電圧以上の駆動電圧(以下、オン電圧ともいう)を印加するか又は対向電極の電圧(以下、オフ電圧ともいう)を印加する。液晶の透過率は、駆動電圧の積分値(実効値)に略比例することから、画素電極に駆動電圧(オン電圧)が印加されている時間とオフ電圧が印加されている時間との割合によって、サブフィールド駆動における液晶の透過率が決定されることになる。なお、各サブフィールド毎に画面内の全画素にオン電圧又はオフ電圧を供給する必要があり、オン電圧及びオフ電圧は、サブフィールド期間及び表示領域のライン数に応じたパルス幅を有するパルス信号として各画素に与えられる。
液晶に印加されたオン電圧が、液晶の容量及び付加容量によって、オフ電圧を印加するまでは保持されるものとする。そうすると、サブフィールドが時間軸上で等間隔に設けられた場合には、画素にオン電圧を供給するサブフィールド数とオフ電圧を供給するサブフィールド数との割合によって、その画素の透過率が決定する。
更に、サブフィールドの時間軸上の長さに重み付けを付す方法も考えられる。
例えば、1フィールドを時間軸上で4つの第1乃至第4サブフィールドに分割した場合において、第1乃至第4サブフィールドの時間軸上の長さの比が、1:2:4:8である場合には、オン電圧又はオフ電圧を供給する第1乃至第4サブフィールドの各パルス信号は、夫々0〜15の16階調のうちの2番目、3番目、5番目、9番目の階調に対応する。例えば、透過率0〜100%を16階調で表した場合の4番目の階調表示を得るものとすると、第1及び第2サブフィールドのパルス信号によってオン電圧を、第3、第4サブフィールドのパルス信号によってオフ電圧を画素電極に供給すればよい。
例えば、1フィールドを時間軸上で4つの第1乃至第4サブフィールドに分割した場合において、第1乃至第4サブフィールドの時間軸上の長さの比が、1:2:4:8である場合には、オン電圧又はオフ電圧を供給する第1乃至第4サブフィールドの各パルス信号は、夫々0〜15の16階調のうちの2番目、3番目、5番目、9番目の階調に対応する。例えば、透過率0〜100%を16階調で表した場合の4番目の階調表示を得るものとすると、第1及び第2サブフィールドのパルス信号によってオン電圧を、第3、第4サブフィールドのパルス信号によってオフ電圧を画素電極に供給すればよい。
図1において、本実施の形態に係る液晶装置は、電気光学材料である液晶を用いた表示領域101aと、この表示領域101aの各画素を駆動するYドライバ401及びXドライバ500と、これらのYドライバ401及びXドライバ500に各種信号を供給する駆動回路301によって構成されている。
液晶装置は、素子基板としてガラス基板等の透明基板が用いられ、素子基板上に、画素を駆動するトランジスタと共に、周辺駆動回路等も形成されている。素子基坂上の表示領域101aには、複数本のゲート線(走査線)112が、図1のX(行)方向に延在して形成され、また、複数本のソース線(データ線)114が、Y(列)方向に沿って延在して形成されている。画素110は、ゲート線112とソース線114との各交差に対応して設けられて、マトリクス状に配列されている。
図2は図1中の画素の具体的な構成を示す説明図である。
各画素110は、スイッチング手段として、TFT116が設けられている。
TFT116はゲートがゲート線112に、ソースがソース線114に、ドレインが画素電極118に、それぞれ接続される。画素電極118と対向電極108との間には電気光学材料たる液晶105が挟持されて液晶層が形成されている。
対向電極108は、後述するように、実際には画素電極118と対向するように対向基板の全面に形成される透明電極である。
TFT116はゲートがゲート線112に、ソースがソース線114に、ドレインが画素電極118に、それぞれ接続される。画素電極118と対向電極108との間には電気光学材料たる液晶105が挟持されて液晶層が形成されている。
対向電極108は、後述するように、実際には画素電極118と対向するように対向基板の全面に形成される透明電極である。
対向電極108には対向電極電圧VLCCOMが印加されるようなっている。
また、画素電極118と対向電極108との間においては蓄積容量119が形成されて、液晶層を挟む電極と共に電荷を蓄積する。なお、図2の例では、蓄積容量119を画素電極118と対向電極108との間に形成したが、画素電極118と接地電位GND間や画素電極118とゲート線間等に形成してもよい。また素子基板側に対向電極電圧VLCCOMと同じ電位を持つ配線を配し、その間に形成することもできる。
また、画素電極118と対向電極108との間においては蓄積容量119が形成されて、液晶層を挟む電極と共に電荷を蓄積する。なお、図2の例では、蓄積容量119を画素電極118と対向電極108との間に形成したが、画素電極118と接地電位GND間や画素電極118とゲート線間等に形成してもよい。また素子基板側に対向電極電圧VLCCOMと同じ電位を持つ配線を配し、その間に形成することもできる。
各ゲート線112には後述するYドライバ401から夫々ゲート信号G1,G2,…Gmが供給される。各ゲート信号によって、各ラインの画素を構成する全てのTFT116が同時にオンとなり、これにより、後述するXドライバ500から各ソース線114に供給されたソース電圧(オン電圧又はオフ電圧)が画素電極118に書込まれる。ソース電圧が書き込まれた画素電極118と対向電極108との電位差に応じて液晶105の分子集合の配向状態が変化して、光の変調が行われ、階調表示が可能となる。
上述したように、本実施の形態においては、1フィールドを時間軸上で複数のサブフィールドに分割して、各サブフィールド期間毎に各画素110の書込みを制御する。
次に、表示領域を駆動する駆動系の構成について説明する。図3は図1中の駆動回路301の具体的な構成を示すブロック図である。
図3において、サブフィールドタイミングジェネレータ10には、外部から供給された垂直同期信号Vs、水平同期信号Hs及びドットクロックDCLKが入力される。サブフィールドタイミングジェネレータ10は、入力された水平同期信号Hs、垂直同期信号Vs、ドットクロックDCLKを基に、サブフィールド系で用いるタイミング信号を生成する。
即ち、サブフィールドタイミングジェネレータ10は、ディスプレイ駆動用の信号である転送クロックCLX、データイネーブル信号ENBX、極性反転信号FR,FHLを生成してXドライバ500に出力する。また、サブフィールドタイミングジェネレータ10は、走査スタートパルスDY、転送クロックCLYを生成してYドライバ401に出力する。また、サブフィールドタイミングジェネレータ10は、コントローラ内部で用いるデータ転送スタートパルスDS及びサブフィールド識別信号SFを生成して、データ・エンコーダ30に出力する。
極性反転信号FRは、1フィールド毎に極性が反転する信号である。また、極性反転信号FHLは、(1/2)H(選択期間)毎に反転する信号である。走査スタートパルスDYは、各サブフィールドの開始点で出力されるパルス信号であり、走査スタートパルスDYがYドライバ401に入力されることにより、Yドライバ401はゲートパルス(G1〜Gm)を出力する。
上述したように、1フィールドを時間軸上で複数のサブフィールドに分割し、階調データに応じて各サブフィールド期間毎に2値電圧を液晶層に印加するようになっている。スタートパルスDYは、この各サブフィールドの切り替わりを示す信号である。
転送クロックCLYは、走査側(Y側)の走査速度を規定する信号で、ゲートパルス(G1〜Gm)はこの転送クロックに同期して走査線毎送られる。データイネーブル信号ENBXは、Xドライバ500中の後述するXビットシフトレジスタ510に蓄えられたデータを水平画素数分並列に出力させるタイミングを決定するものである。転送クロックCLXは、Xドライバ500ヘデータを転送するためのクロック信号である。データ転送スタートパルスDSは、データ・エンコーダ30からXドライバ500ヘデータ転送を開始するタイミングを規定するものであり、サブフィールドタイミングジェネレータ10からデータ・エンコーダ30へ送られる。サブフィールド識別信号SFは、そのパルスが何番目のサブフィールドのパルスであるかを、データ・エンコーダ30へ知らせるためのものである。
図示しない駆動電圧生成回路は、ゲート信号を生成する電圧V2を生成してYドライバ401に与え、ソース線駆動信号を生成する電圧V1,−V1,V0を生成してXドライバ500に与え、対向電極電圧VLCCOMを生成して対向電極108に印加する。
電圧V1は、交流化駆動信号FR,FHLがハイレベル(以下、“H”という)のとき液晶層に電圧V0を基準にして正極性のハイレベル信号として出力されるオン電圧であり、電圧−V1は、交流化駆動信号FR,FHLがローレベル(以下、“L”という)のとき液晶層に電圧V0を基準にして負極性のハイレベル信号として出力されるオン電圧である。
一方、入力された表示データはメモリ・コントローラ20に供給される。書き込みアドレスジェネレータ11は、外部から入力される水平同期信号HS、垂直同期信号Vs、ドットクロックDCLKにより、そのときに送られているデータの画面上での位置を特定し、特定した結果に基づいて、表示データをメモリ22,23に格納するためのメモリアドレスを生成して、メモリ・コントローラ20に出力する。
読み込みアドレスジェネレータ12は、サブフィールドタイミングジェネレータ10によって生成されたサブフィールド系のタイミング信号から、そのときに表示する画面上での位置を決定し、決定した結果に基づいて、書き込み時と同一のルールに則って、メモリ22,23からデータを読み込むためのメモリアドレスを生成して、メモリ・コントローラ20に出力する。
メモリ・コントローラ20は、入力された表示データをメモリ22,23に書き込み、書込まれたデータをメモリ23,22から読み込むための制御を行う。
即ち、メモリ・コントローラ20は、外部から入力されたデータのメモリ22,23への書き込みは、タイミング信号DCLKに同期させて、書き込みアドレスジェネレータ11で生成されたアドレスに対して行う。また読み込みは、読み込みアドレスジェネレータ12で生成されたアドレスから、サブフィールドタイミングジェネレータ10で生成されたタイミング信号CLXに同期させて行う。メモリ・コントローラ20は、読み込んだデータをデータ・エンコーダ30に出力する。
即ち、メモリ・コントローラ20は、外部から入力されたデータのメモリ22,23への書き込みは、タイミング信号DCLKに同期させて、書き込みアドレスジェネレータ11で生成されたアドレスに対して行う。また読み込みは、読み込みアドレスジェネレータ12で生成されたアドレスから、サブフィールドタイミングジェネレータ10で生成されたタイミング信号CLXに同期させて行う。メモリ・コントローラ20は、読み込んだデータをデータ・エンコーダ30に出力する。
サブフィールド駆動においては、サブフィールド毎に画素への書き込みを行う。従って、表示データをフィールドメモリに保持し、各サブフィールド毎にフィールドメモリから読出した表示データに基づいて、サブフィールドのオン,オフを決定する2値データを生成する必要がある。この理由からメモリ22,23が設けられており、メモリ22,23は、いずれか一方が入力されているデータの書き込み用として用いられ、他方が読み込み用として用いられる。これらのメモリ22,23の役割は、メモリ・コントローラ20によって、フィールド毎に切り替えられるようになっている。
即ち、メモリ・コントローラ20は、タイミング信号に同期して、メモリ22,23のデータの読み込みを行い、読み出したデータをパラレルに次段のデータ・エンコーダ30に出力する。データ・エンコーダ30は、メモリ・コントローラ20から送られてきたデータと、サブフィールドタイミングジェネレータ10から送られてくるサブフィールド識別信号SFにより、コード格納用ROM31から必要なデータを読み出すためのアドレスを生成し、そのアドレスを用いてコード格納用ROM31からデータを読み出し、データ転送スタートパルスDSに同期してXドライバ500に出力する。
コード格納用ROM31は、各画素の表示すべき明るさのデータ(階調データ)に対して、各サブフィールド期間毎に画素をオン状態又はオフ状態にするための“H”又は“L”の2値信号Dsの組(1フィールド内の各サブフィールドについてオンにするかオフにするかを指定するコード)を格納している。コード格納用ROM31は、各画素に書き込むべきデータ(階調データ)と、書き込みを行うサブフィールドとをアドレスとして入力すると、そのサブフィールドに対応した1ビットのデータ(2値信号(データ)Ds)を出力するように構成されている。
図1において、Yドライバ401は、いわゆるYシフトレジスタと呼ばれるものであり、フレームの開始点で供給される走査スタートパルスDYを転送クロックCLYに従って転送し、各々のゲート線112にゲート信号G1、G2、G3、…、Gmとして順次排他的に供給する。
Xドライバ500は、ある水平走査期間において、2値データをソース線の本数に相当するn個順次ラッチした後、ラッチしたn個の2値データを、それぞれ対応するソース線114に上述したパルス信号(オン電圧又はオフ電圧)に相当するデータ信号d1,d2,d3,…,dnとして一斉に供給するものである。
図4は図1中のXドライバ500の具体的な構成を示すブロック図である。
Xドライバ500は、Xビットシフトレジスタ510、水平画素分の第1のラッチ回路520、第2のラッチ回路530、水平画素分の昇圧回路540から構成されている。
Xビットシフトレジスタ510は、水平走査期間の開始タイミングで供給されるデータイネーブル信号ENBXをクロック信号CLXに従って転送し、ラッチ信号S1,S2,S3,…,Snとして第1のラッチ回路520に順次排他的に供給するものである。第1のラッチ回路520は、2値データをラッチ信号S1,S2,S3,…,Snの立ち下がりにおいて順次ラッチするものである。第2のラッチ回路530は、第1のラッチ回路520によりラッチされた2値データの各々をデータイネーブル信号ENBXの立ち下がりにおいて一斉にラッチすると共に、昇圧回路540を介して、ソース線114の各々にデータ信号d1,d2,d3,…,dnとして供給するものである。
なお、上述したように、Xドライバ500においては、ある水平走査期間において、第1のラッチ回路520が点順次的に2値信号をラッチした後、次の水平走査期間において、第2のラッチ回路530が、データ信号d1,d2,d3,…,dnとして一斉に各ソース線114に供給する構成となっているので、データ・エンコーダ30は、Yドライバ401及びXドライバ500における動作と比較して、1水平走査期間だけ先行するタイミングで2値信号Dsを出力する構成となっている。
昇圧回路540は、極性反転機能と昇圧機能とを備える。昇圧回路540は、極性反転信号FR,FHLに基づいて昇圧する。即ち、本実施の形態においては、1フレーム期間毎に反転する極性反転信号FRによってデータ信号の極性をフレーム反転させると共に、(1/2)選択期間毎に反転する極性反転信号FHLによってデータ信号を(1/2)選択期間毎に極性反転させるようになっている。
図5は昇圧回路540の動作を説明するための説明図である。また、図6は横軸に時間をとり縦軸にデータ信号の電位をとって、(1/2)選択期間毎の極性反転駆動及びフレーム毎の極性反転駆動を説明するための波形図である。
例えば、極性反転信号FR,FHLが“H”である場合において、ある画素をオン状態にするデータ信号が昇圧回路540に入力された場合には、昇圧回路540は正極性の駆動電圧を出力する。また、昇圧回路540は、極性反転信号FR,FHLが“L”である場合において、ある画素をオン状態にするデータ信号が人力された場合には、負極性の駆動電圧を出力する。画素をオフ状態にするデータの場合には、極性反転信号FR,FHLの状態に拘わらず、VLCCOM電位(オフ電圧)を出力する。
そして、本実施の形態においては、昇圧回路540はフレーム期間毎にデータ信号の極性を反転させると共に、(1/2)選択期間毎にデータ信号の極性を反転させるようになっている。図6は例えば画面全域が全黒である場合の所定フレームにおける所定の1ソース線に供給するデータ信号を示している。図6の例は1フレームを時間軸上で3つのサブフィールド(SF1,SF2,SF3)に分割した例を示している。サブフィールドSF2はサブフィールドSF1の2倍の時間を有し、サブフィールドSF3はサブフィールドSF2の2倍の時間を有している。従って、図6の例は0〜7段階の8階調表示が可能である。各サブフィールドは、いずれも表示領域101aの各ゲート線に対応する数の選択期間(H)を有する。各サブフィールドの各選択期間の長さは相互に同一である。各サブフィールドのn番目の選択期間は表示領域101aのn番目のゲート線に対応する。
例えば、所定のソース線の5番目のゲート線の画素を8階調のうちの4番目の階調で表示させる場合には、各サブフィールドの5番目の選択期間のうちサブフィールドSF1,SF2の選択期間をオン電圧に、サブフィールドSF3の選択期間をオフ電圧にするデータ信号を、所定のソース線に供給すればよい。図6の例では全ての選択期間にオン電圧が供給されているので、所定のソース線に接続された全画素が黒表示されていることになる。
本実施の形態においては、図6に示すように、データ信号は、各選択期間において、正極性から負極性に又は負極性から正極性に極性反転している。即ち、図6の1フレーム目においては、各選択期間の前半は正極性の“H”で後半に負極性の“H”に変化し、次の2フレーム目において、各選択期間の前半は負極性の“H”で後半に正極性の“H”に変化する。即ち、データ信号は(1/2)H期間毎に極性反転されると共に、1フレーム期間毎に極性反転される。
なお、図6の1フレーム目では選択期間の前半に正極性で後半に負極性になるデータ信号を示したが、データ信号は1選択期間の間でレベルが反転していればよく、例えば前半に負極性で後半に正極性になるデータ信号であってもよい。
次に、このように構成された実施の形態の動作について図7乃至図9を参照して説明する。図7は所定のフィールド中の3つのサブフィールドSF1,SF2,SF3においてYドライバ401が出力するゲート信号(ゲートパルス)を示すタイミングチャートであり、図7(a)はソース電圧を示し、図7(b)乃至(d)はゲート信号の例を示している。なお、図7では、図面の簡略化のために、1サブフィールド期間のパルス数は実際よりも少なく記載してある。
いま、所定の画面においてレベルが一定の画像信号、例えば、画面全面で同色の表示(ベタ表示)を行う場合の表示データを駆動回路301に与えるものとする。表示データは駆動回路301内のデータ・エンコーダによって、2値データに変換されてXドライバ500に供給される。Xドライバ500は入力された2値データをソース線に対応させて順次ラッチし、ラッチした水平画素数分の各ソース線の2値データを、データイネーブル信号ENBXの立ち下がりにおいて昇圧回路540に供給する。昇圧回路540は、極性反転信号FR,FHLに基づいて、2値データを昇圧して、1フレーム期間毎に極性反転させると共に、(1/2)選択期間毎に極性反転させて各ソース線114にデータ信号d1,d2,d3,…,dnとして供給する。
図7(a)はこの場合に所定のソース線に印加されるソース電圧(データ信号)を示している。ソース電圧は、対向電位を中心電位として、(1/2)H期間で極性が反転している。
また、図7では、所定フレームのソース電圧(データ信号)は、各選択期間(H)の前半には負極性で後半に正極性となっている。また、所定フレームの次のフレームのソース電圧(データ信号)は、各選択期間(H)の前半には正極性で後半に負極性となっている。即ち、ソース電圧は、(1/2)選択期間で極性反転すると共に、フレーム毎にも極性が反転している。
一方、Yドライバ401は、駆動回路302からの各信号に基づいて1H周期のゲートパルスを発生する。図7(b)はゲートパルスの例を示している。図7(b)に示すゲートパルスは、各選択期間の前半及び後半のいずれの期間にも“H”の期間を有する。1H(選択期間)周期の各ゲートパルスは、1H毎に順次表示領域101aの各ゲート線112に供給される。こうして、表示領域101aの各ラインは1H毎に順次“H”となる。
各ラインのTFT116が、ゲートパルスの“H”でオンになるものとすると、各ゲート線に接続された各ラインのTFT116は、ゲートパルスの“H”期間にオンとなって、ソース線114に供給されている表示データをドレインに接続された画素電極に供給する。こうして、各ラインのTFT116は、1フレーム期間中の1H期間だけ、ソース電圧を画素電極に供給する。
本実施の形態においては、ソース電圧は(1/2)H期間毎に極性反転している。そして、所定フレームにおいては、各選択期間の後半にはソース電圧は正極性になっており、最終的には液晶は正極性で駆動される。逆に、所定フレームの次のフレームにおいては、各選択期間の後半にはソース電圧は負極性になっており、最終的には液晶は負極性で駆動される。即ち、図7の(a),(b)の例では、同一フレームでは全ての画素は同一極性で駆動され、隣接する上下の画素間での横電界が生じることはない。
図7(b)の例は、サブフィールド駆動に対応した一般的なYドライバによるTFT116の駆動法をそのまま採用したものである。即ち、図7(b)の例では、選択期間の前半と後半とでは、画素に印加される駆動電圧のレベルが変化した。これに対し、ソース電圧の極性反転に応じて、ゲートパルスを変化させる方法も考えられる。
図7(c)はこの場合の1例を示している。図7(c)の例は、各選択期間の前半はローレベル(以下、“L”という)で後半が“H”のゲートパルスを示している。即ち、この場合には、各ラインのTFT116は、選択期間の後半にのみオンとなり、各ラインの画素電極には、選択期間後半のソース電圧のみが供給される。
また、図7(d)のゲートパルスを採用することもできる。図7(d)の例は、各選択期間の前半は“H”で後半が“L”のゲートパルスを示している。即ち、この場合には、各ラインのTFT116は、選択期間の前半にのみオンとなり、各ラインの画素電極には、選択期間前半のソース電圧のみが供給される。
即ち、所定のフレームにおいては、図7の(a),(c)の例を採用することにより、各選択期間の後半の正極性のソース電圧が駆動電圧として画素電極に印加され、所定フレームの次のフレームにおいては、図7の(a),(d)の例を採用することにより、各選択期間の前半の負極性のソース電圧が駆動電圧として画素電極に印加される。
従って、液晶は所定フレームにおいて正極性駆動され、所定フレームの次のフレームにおいて負極性で駆動される。即ち、液晶には、フレーム反転駆動時と同様の駆動電圧が印加されることになり、同一フレームでは全ての画素は同一極性となり、隣接する上下の画素間での横電界が生じることはない。
次に、図8及び図9を参照して本実施の形態による縦クロストークの軽減効果について説明する。図8は画面の中央が矩形の黒表示でその他の画面の領域が中間調のグレー表示である画像を示している。図9は本実施の形態における液晶駆動電圧を説明するための波形図である。なお、ソース波形の波数はゲート線数と同数であるが、図9では、図面の簡略化のために、1フレーム期間のパルス数は実際より少なく記載してある。
図9(b)はソース線に印加される電圧を示し、図9(a)のVA(太線),VB(1点鎖線)は夫々図中のA点及びB点における画素電極の印加電圧を示している。なお、図9は容量結合が生じた場合の駆動電圧波形を示している。また、図9(c),(d)は夫々図9(a),(b)のサブフィールドSF1の時間軸を拡大して示している。
図9(d)に示すように、画像の左右方向の中央、例えば図8の点A,Bを通過する縦線の位置に対応するソース線に印加されるソース電圧波形は、(1/2)H期間毎に極性反転している。図9のNフレームは、例えば図7(d)の例に対応させた場合には、液晶の正極性駆動時の波形であり、(N+1)フレームは液晶の負極性駆動時の波形である。図8の黒部分の表示に対応する位置において、ソース電位は対向電極の電位(対向電位 )との差が大きくなっており、C点等のグレー表示に対応する部分では、対向電位との差が小さくなっている。
図9(a)は図8の点A,Bの画素の印加電圧を示している。第NフレームのA点の画面垂直位置に対応する各サブフィールドの選択期間では、A点の画素のTFTがオンとなってA点の画素電極に中間調のグレー表示に対応してオン電圧又はオフ電圧に変化するパルス信号(駆動電圧)が印加される。なお、図9の例は、グレー表示として、第0〜第7階調のうちの下から4番目(第3階調)の表示を行う場合の例である。即ち、先ず、サブフィールドSF1のA点に対応する選択期間TSF1 においてオン電圧のパルス信号がA点の画素電極に印加される。
A点の次のラインの画素に表示データが供給される選択期間にはA点の画素のTFTはオフとなり、A点の画素電極の駆動電圧は、液晶容量及び付加容量によって次のサブフィールドの対応する選択期間TSF2 まで保持される。次の選択期間TSF2 においてもオン電圧のパルス信号がA点の画素電極に印加され、このオン電圧はサブフィールドSF3の対応する選択期間まで保持される。そして、サブフィールドSF3の対応する選択期間にはオフ電圧のパルス信号がA点の画素電極に印加される。
A点の次のラインの画素に表示データが供給される選択期間にはA点の画素のTFTはオフとなり、A点の画素電極の駆動電圧は、液晶容量及び付加容量によって次のサブフィールドの対応する選択期間TSF2 まで保持される。次の選択期間TSF2 においてもオン電圧のパルス信号がA点の画素電極に印加され、このオン電圧はサブフィールドSF3の対応する選択期間まで保持される。そして、サブフィールドSF3の対応する選択期間にはオフ電圧のパルス信号がA点の画素電極に印加される。
他の点の画素電極についても同様であり、各サブフィールドの対応する選択期間においてデータ信号に基づくオン又はオフ電圧が印加され、次のサブフィールドの対応する選択期間まで保持される。
第N+1フレームにおいてA点の画面垂直位置に対応する各サブフィールドの選択期間になると、A点の画素には負極性の駆動電圧が印加される。即ち、最初のサブフィールドSF1の対応する選択期間TSF1 ′に負極性の駆動電圧が印加され、この駆動電圧は次のサブフィールドの対応する選択期間TSF2 ′まで保持される。B点についても同様であり、B点の画素の画素電極に印加される各サブフィールドの駆動電圧は、次のサブフィールドの対応する選択期間まで保持される。こうして、A点及びB点においても、図8のC点と同様に、中間調のグレー表示が行われる。
本実施の形態においては、上述したように、各画素の画素電極には、(1/2)H期間毎に極性反転するソース電圧が供給される。
容量結合が生じている場合には、各画素電極はソース線電圧の影響を受ける。
図9(c)はこの状態を示しており、各画素電極はソース電圧の変化の影響によって、ソース電圧のレベルに応じたレベルで変動する。しかし、この変動は、(1/2)H期間毎の短い周期で生じる。即ち、中間調表示期間においても黒表示期間においても画素電極の印加電圧は、比較的短い周期である(1/2)H期間毎に反転する。このため、ソース線に印加する電圧変動は、比較的小さい振幅となる。
図9(c)はこの状態を示しており、各画素電極はソース電圧の変化の影響によって、ソース電圧のレベルに応じたレベルで変動する。しかし、この変動は、(1/2)H期間毎の短い周期で生じる。即ち、中間調表示期間においても黒表示期間においても画素電極の印加電圧は、比較的短い周期である(1/2)H期間毎に反転する。このため、ソース線に印加する電圧変動は、比較的小さい振幅となる。
従って、オン電圧及びオフ電圧のいずれの変動も十分に小さく、中間調表示期間においても、理想的な電圧が画素に印加された場合の中間調の輝度とほぼ等しくなる。
なお、黒表示部分においても1Hの期間内で正極性と負極性の電圧が画素電極に印加される。この場合においても、画素印加電圧は比較的小さい振幅で変動するのみであり、液晶印加電圧の実効値は、ソース線の影響を受けない場合の印加電圧の実効値に略々等しい。
こうして、液晶には画素Cに対する駆動電圧と略同様の駆動電圧が印加されることになり、本来のグレー表示部分はいずれの画面領域においても略均一な明るさで表示される。
なお、電圧変調法ではソース電位は画像に応じたレベルに変動するが、パルス幅変調法では、ソース電圧は2値である。従って、パルス幅変調法では、縦クロストークの要因としては、ソース電極と画素電極間で発生する容量結合よりもトランジスタの電流リークの方が大きい。
このように、本実施の形態においては、液晶をフレーム毎に極性反転駆動すると共に、(1/2)H毎に極性反転駆動しており、横電界の影響を回避すると共に、縦クロストークを改善することができる。
なお、本発明は、重み付けをしていない均等間隔のサブフィールドを用いたサブフィールド駆動についても同様に適用可能であることは明らかである。
ところで、上記実施の形態においては、(1/2)H期間毎に極性反転して1フレーム期間毎に極性反転駆動する例について説明した。本発明においては、液晶を選択期間内において正極性と負極性とで極性反転駆動すればよく、必ずしも(1/2)選択期間毎に液晶を極性反転駆動する必要はない。例えば、Xドライバの駆動能力によっては、画素電極に最終的に印加する電圧レベルの時間を(1/2)選択期間よりも短く設定することも可能である。また、逆に、(1/2)選択期間よりも長く設定することも可能である。
図10はこの場合の例を示す波形図である。図10はゲートパルスとソース電位との関係を示す波形図であり、図7に対応させて上側にソース電位を示し、下側にゲートパルスを示している。図10(a)は上記実施の形態と同様の(1/2)H反転駆動を示し、図10(b)は(3/4)H反転駆動を示し、図10(c)は(1/4)H反転駆動を示している。なお、図10では、図面の簡略化のために、1フレーム期間のパルス数は実際よりも少なく記載してある。
図10(a)は図7(a),(b)と同様のゲートパルス及びソース電圧を示している。図10(b)は図7(b)と同様のゲートパルスに対して、昇圧回路540において1H期間の最初の1/4期間のタイミングで極性を反転させる例を示している。これにより、ソース電圧は、1H期間の最初の1/4の期間が負極性で、後の3/4の期間が正極性となる。各画素に印加される電圧は、最終的には、1H期間の後の3/4の期間の電圧によって決定される。従って、この場合には、Xドライバの駆動能力が低い場合でも、液晶に十分な書き込みを行うことが可能である。
一方、図10(c)は図7(b)と同様のゲートパルスに対して、極性反転回路302において1H期間の最初の3/4期間のタイミングで極性を反転させる例を示している。これにより、ソース電圧は、1H期間の最初の3/4の期間が負極性で、後の1/4の期間が正極性となる。各画素に印加される電圧は、最終的には、1H期間の後の1/4の期間の電圧によって決定される。
このように、1H期間内で極性反転させればよく、(1/2)H期間毎に限らず、1H期間の任意の分割比で極性を反転させてもよい。
ところで、図10(b),(c)の例のように、ソース線に供給する電圧が非対称である場合には、図9における電圧変動も非対称となり、液晶に印加する実効電圧が理想的な値から変化してしまう。そこで、液晶に印加する実効電圧を理想的な値に近づけるために、ソース線に印加する電圧を変化させることが考えられる。図11はこの場合の例を示すものである。
図11はゲートパルスとソース電位との関係を示す波形図であり、図7に対応させて上側にソース電位を示し、下側にゲートパルスを示している。図11(a)は上記実施の形態と同様の(1/2)H毎の極性反転駆動を示し、図11(b)は図7(c)及び図10(c)に対応した(1/4)H反転駆動を示している。なお、図11では、図面の簡略化のために、1フレーム期間のパルス数は実際よりも少なく記載してある。
図11(a)は図7(a),(c)と同様のゲートパルス及びソース電圧を示している。図11(b)は図7(c)及び図10(c)に対応させたゲートパルスを示している。即ち、図11の例では、(1/4)H反転駆動を採用すると同時に、1H期間の後の1/4の期間にTFT116をオンにして、この期間にTFT116からソース電圧を画素電極に供給するためのゲートパルスを発生する。更に、図11(b)の例では、1H期間の後の1/4の期間においては、ソース電圧を(1/2)H反転駆動時のソース電圧(−V1〜+V1)よりも大きいソース電圧(−V2〜+V2)に設定する。
液晶の応答によっては、画素電極の書込み時間が短い場合には、液晶が表示データに対応した所望の書込み電圧まで上昇しないことがある。この場合でも、図11(b)の例のように、表示データのレベル及び画素電極への書込み時間に応じてソース電圧を高くすることで、液晶を表示データに対応した所望の書込み電圧で駆動することが可能となる。
次に、上述した実施形態や応用形態に係る液晶装置の構造について、図12及び図13を参照して説明する。ここで、図12は液晶装置100の構成を示す平面図であり、図13は、図12におけるA−A'線の断面図である。
これらの図に示すように、液晶装置100は、画素電極118等が形成された素子基板101と、対向電極108等が形成された対向基板102とが、互いにシール材104によって一定の間隙を保って貼り合わせられると共に、この間隙に電気光学材料としての液晶105が挟持された構造となっている。なお、実際には、シール材104には切欠部分があって、ここを介して液晶105が封入された後、封止材により封止されるが、これらの図においては省略されている。
対向基板102は、ガラス等から構成される透明な基板である。また、上述した説明では、素子基板101は透明基板からなると記載したが、反射型の液晶装置の場合は、半導体基板とすることもできる。この場合、半導体基板は不透明なので、画素電極118はアルミニウム等の反射性金属で形成される。
素子基板101において、シール材104の内側かつ表示領域101aの外側領域には、遮光膜106が設けられている。この遮光膜106が形成される領域内のうち、領域130aにはYドライバ401が形成され、また、領域140aにはXドライバ500が形成されている。
即ち、遮光膜106は、この領域に形成される駆動回路に光が入射するのを防止している。この遮光膜106には、対向電極108と共に、対向電極電圧VLCCOMが印加される構成となっている。
また、素子基板101において、Xドライバ500が形成される領域140a外側で、あって、シール材104を隔てた領域107には、複数の接続端子が形成されて、外部からの制御信号や電源等を入力する構成となっている。
一方、対向基板102の対向電極108は、基板貼合部分における4隅のうち、少なくとも1箇所において設けられた導通材(図示省略)によって、素子基板101における遮光膜106及び接続端子と電気的な導通が図られている。即ち、対向電極電圧VLCCOMは、素子基板101に設けられた接続端子を介して、遮光膜106に、さらに、導通材を介して対向電極108に、それぞれ印加される構成となっている。
また、対向基板102には、液晶装置100の用途に応じて、例えば、直視型であれば、第1に、ストライプ状や、モザイク状、トライアングル状等に配列したカラーフィルタが設けられ、第2に、例えば、金属材料や樹脂等からなる遮光膜(ブラックマトリクス)が設けられる。なお、色光変調の用途の場合には、例えば、後述するプロジェクタのライトバルブとして用いる場合には、カラーフィルタは形成されない。また、直視型の場合、液晶装置100に光を対向基板102側もしくは素子基板側から照射するライトか必要に応じて設けられる。くわえて、素子基板101及び対向基板102の電極形成間には、それぞれ所定の方向にラビング処理された配向膜(図示省略)等が設けられて、電圧無印加状態における液晶分子の配向方向を規定する一方、対向基板102の側には、配向方向に応じた偏光子(図示省略)が設けられる。ただし、液晶105として、高分子中に微小粒として分散させた高分子分散型液晶を用いれば、前述の配向膜や偏光子等が不要となる結果、光利用効率か高まるので、高輝度化や低消費電力化等の点において有利である。
次に、上述した液晶装置を具体的な電子機器に用いた例のいくつかについて説明する。
まず、実施形態に係る液晶装置をライトバルブとして用いたプロジェクタについて説明する。図14はこのプロジェクタの構成を示す平面図である。この図に示されるように、プロジェクタ1100内部には、偏光照明装置1110がシステム光軸PLに沿って配置している。この偏光照明装置1110において、ランプ1112からの出射光は、リフレクタ1114による反射で略平行な光束となって、第1のインテグレータレンズ1120に入射する。これにより、ランプ1112からの出射光は、複数の中間光束に分割される。この分割された中間光束は、第2のインテグレータレンズを光入射側に有する偏光変換素子1130によって、偏光方向が略々揃った一種類の偏光光束(s偏光光束)に変換されて、偏光照明装置1110から出射されることとなる。
偏光照明装置1110から出射されたs偏光光束は、偏光ビームスプリッタ1140のs偏光光束反射面1141によって反射される。この反射光束のうち、青色光(B)の光束がダイクロイックミラー1151の青色光反射層にて反射され、反射型の液晶装置100Bによって変調される。また、ダイクロイックミラー1151の青色光反射層を透過した光束のうち、赤色光(R)の光束は、ダイクロイックミラー1152の赤色光反射層にて反射され、反射型の液液晶装置100Rによって変調される。
一方、ダイクロイックミラー1151の青色光反射層を透過した光束のうち、緑色光(G)の光束は、ダイクロイックミラー1152の赤色光反射層を透過して、反射型の液晶装置100Gによって変調される。
このようにして、液晶装置100R、100G、100Bによってそれぞれ色光変調された赤色、緑色、青色の光は、ダイクロイックミラー1152、1151、偏光ビームスプリッタ1140によって順次合成された後、投射光学系1160によって、スクリーン1170に投射されることとなる。なお、液晶装置100R、100Bおよび100Gには、ダイクロイックミラー1151、1152によって、R、G、Bの各原色に対応する光束が入射するので、カラーフィルタは必要ない。
なお、本実施形態においては、反射型の液晶装置を用いたが、透過型表示の液晶装置を用いたプロジェクタとしても構わない。
次に、上記液晶装置を、モバイル型のパーソナルコンピュータに適用した例について説明する。図15はこのパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。同図において、コンピュータ1200は、キーボード1202を備えた本体部1204と、表示ユニット1206とから構成されている。この表示ユニット1206は、先に述べた液晶装置100の前面にフロントライトを付加することにより構成されている。
なお、この構成では、液晶装置100を反射直視型として用いることになるので、画素電極118において、反射光が様々な方向に散乱するように、凹凸が形成される構成が望ましい。
さらに、上記液晶装置を、携帯電話に適用した例について説明する。図16はこの携帯電話の構成を示す斜視図である。同図において、携帯電話1300は、複数の操作ボタン1302のほか、受話口1304、送話口1306と共に、液晶装置100を備えるものである。
この液晶装置100にも、必要に応じてその前面にフロントライトが設けられる。また、この構成でも、液晶装置100が反射直視型として用いられることになるので、画素電極118に凹凸が形成される構成が望ましい。
なお、電子機器としては、図15、図16を参照して説明した他にも、液晶テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等等が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に対して、上記各実施形態や応用形態に係る液晶装置が適用可能なのは言うまでもない。
また、上記実施の形態においては、1H期間内の反転駆動とフレーム反転駆動とを組み合わせた例について説明したが、1H期間内の反転駆動と1H反転、ソース反転又はドット反転駆動との組み合わせにも適用可能である。
101a…表示領域、301…駆動回路、401…Yドライバ、500…Xドライバ。
Claims (9)
- 格子状に配設された複数のソース線及び複数のゲート線の各交差に対応して画素が構成され、前記ゲート線に供給されるゲート信号によって前記画素に設けられたスイッチング素子がオンされることによって前記ソース線に供給されたソース電圧が前記スイッチング素子を介して各画素の画素電極に与えられて液晶が駆動される液晶表示部に対して、前記ゲート信号を前記ゲート線に順次供給するYドライバと、
前記液晶の透過率を飽和させることが可能なオン電圧又は非透過状態にさせることが可能なオフ電圧を供給することにより、前記液晶の単位時間における光の透過状態と非透過状態との状態及び時間比に応じて階調表現を行うサブフィールド駆動を行うためのデータ信号であって、フィールドを時間軸上で複数に分割した各サブフィールドを制御単位とし、表示データに基づいて前記オン電圧を印加するサブフィールドと前記オフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号を生成するデータ信号生成手段と、
前記データ信号に基づいて前記オン電圧又はオフ電圧を生成し、生成したオン電圧又はオフ電圧を前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転させて、前記生成したオン電圧又はオフ電圧を前記ソース線に前記ソース電圧として供給するXドライバ手段とを具備したことを特徴とする液晶装置。 - 前記Yドライバは、前記Xドライバ手段によって極性反転された前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングの前の期間及び後の期間の少なくとも一方の期間に、前記ソース電圧を前記画素電極に供給するためのゲート信号を発生することを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 前記Xドライバ手段は、前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングを前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する前記選択期間の1/2のタイミングに設定することを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 前記Xドライバ手段は、前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングを前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する前記選択期間の1/2以外のタイミングに設定することを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。
- 前記Yドライバは、前記Xドライバ手段によって極性反転された前記オン電圧又はオフ電圧の一方極性から他方極性又は他方極性から一方極性への切換りタイミングの前の期間又は後の期間のいずれか一方の期間に、前記ソース電圧を前記画素電極に供給するためのゲート信号を発生し、
前記Xドライバ手段は、前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する前記選択期間と前記ソース電圧を前記画素電極に供給するためのゲート信号が発生している期間との割合に応じて、前記オン電圧又はオフ電圧の極性を変化させることを特徴とする請求項1に記載の液晶装置。 - 前記Xドライバ手段は、前記生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を前記液晶表示部の全ラインの画素を駆動する期間毎に極性反転させて、前記ソース線に前記ソース電圧として供給することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の液晶装置。
- 格子状に配設された複数のソース線及び複数のゲート線の各交差に対応して画素が構成され、前記ゲート線に供給されるゲート信号によって前記画素に設けられたスイッチング素子がオンされることによって前記ソース線に供給されたソース電圧が前記スイッチング素子を介して各画素の画素電極に与えられて液晶が駆動される液晶表示部に対して、前記ゲート信号を前記ゲート線に順次供給する処理と、
前記液晶の透過率を飽和させることが可能なオン電圧又は非透過状態にさせることが可能なオフ電圧を供給することにより、前記液晶の単位時間における光の透過状態と非透過状態との状態及び時間比に応じて階調表現を行うサブフィールド駆動を行うためのデータ信号であって、フィールドを時間軸上で複数に分割した各サブフィールドを制御単位とし、表示データに基づいて前記オン電圧を印加するサブフィールドと前記オフ電圧を印加するサブフィールドとを指定するデータ信号を生成する処理と、
前記データ信号に基づいて前記オン電圧又はオフ電圧を生成し、生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を前記液晶表示部の前記ゲート線方向の1ラインの画素を駆動する選択期間内において極性反転させて、前記生成したオン電圧又はオフ電圧を前記ソース線に前記ソース電圧として供給する処理とを具備したことを特徴とする液晶装置の駆動方法。 - 前記ソース線にソース電圧を供給する処理は、前記生成したオン電圧又はオフ電圧の極性を前記液晶表示部の全ラインの画素を駆動する期間毎に極性反転させる処理を含むことを特徴とする請求項7に記載の液晶装置の駆動方法。
- 請求項1乃至6のいずれか1つに記載の液晶装置を具備したことを特徴とする電子機器。
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JP2003362074A JP2004233968A (ja) | 2003-10-22 | 2003-10-22 | 液晶装置及びその駆動方法並びに電子機器 |
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