JP2004295141A5

JP2004295141A5 -

Info

Publication number: JP2004295141A5
Application number: JP2004153915A
Authority: JP
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2005-06-16

Description

液晶表示装置

この発明は、液晶の傾斜方角を電界によって制御する電圧制御複屈折方式などの液晶表示装置、特にその駆動に関する。

一対の基板間に液晶を封入し、この液晶に電圧を印加して所望の表示を行う液晶表示装置は、小型、薄型であるという利点があり、また低消費電力化が容易であるため、現在、各種ＯＡ機器、ＡＶ機器或いは携帯用、車載用情報機器などのディスプレイ等として実用化が進んでいる。

このような液晶表示装置のうち、負の誘電異方性を有した液晶を用い、垂直配向膜を用いて液晶分子の初期配向を垂直方向に制御するＤＡＰ（deformation of vertically aligned phase）型の液晶表示装置が提案されている。ＤＡＰ型は、電圧制御複屈折（ＥＣＢ：electrically controlled birefringence）方式の一種であり、液晶分子の長軸と短軸との屈折率の差、つまり複屈折現象を利用して、液晶層へ入射した光の透過率及び表示色を制御するものである。ＤＡＰ型液晶表示装置では、一対の基板の外側にそれぞれその偏光方向が直交するように偏光板が配置され、液晶層への電圧印加時には、液晶層に一方の偏光板を通過して入射した直線偏光がその複屈折により楕円偏光、円偏光となり、一部が他方の偏光板から射出される。液晶層への印加電圧、即ち液晶層中における電界強度に従って、液晶層の複屈折量、つまり入射直線偏光の常光成分と異常光成分との位相差（リタデーション量）が決定するため、液晶層への印加電圧を各画素毎に制御することで、画素毎に第２の偏光板からの射出光量を制御でき、全体として所望のイメージ表示が可能となっている。

このようなＤＡＰ型液晶表示装置は、複屈折を利用しているため本来的に光の透過効率が良く、また表示装置のパネル構造等の改良を行うことによりラビング工程を省略することが可能であり、さらに表示装置の視野角向上を図ることも可能であるという特徴を有する。しかし、垂直配向した液晶に電圧を印加した場合に、液晶分子の傾斜角度は同じでもその傾斜方角にバラツキが生ずるため、１画素領域内の液晶分子の傾斜方角がそろうまでに多少の時間を有し、印加電圧に対する液晶分子の応答速度が劣るという問題があった。

上記課題を解決するために、この発明では、液晶の配向の垂直方向成分及び平面方向成分を電界によって制御する液晶表示装置において、液晶の応答速度を向上させることの可能な駆動回路の提供を目的とする。

上記目的を達成するためにこの発明は、液晶駆動用の電極を備えた第１基板と第２基板との間に挟持され、初期配向を垂直方向とする液晶の配向の垂直方向成分及び平面方向成分を電界によって制御する液晶表示装置であり、各画素には、各画素領域内での液晶の傾き方角を異なる複数の方角に分割する分割手段を有し、前記液晶駆動用の電極の内の一方は、複数の画素に共通で形成された共通電極であり、他方は画素毎に個別パターンに形成された画素電極であり、各画素を駆動するための駆動部には、前記画素電極に印加する駆動波形を、該波形のオフ側の電圧が所定の絶対値電圧以下にならないように制限する制限手段を備え、該制限手段により、前記液晶に印加する駆動電圧の最小絶対値を、常に０Ｖより大きく、かつ前記液晶の光学特性変化電圧以上に設定し、前記画素電極と前記共通電極との間に電圧を印加することで、該画素電極の各端部で斜め方向の電界を発生させ、前記液晶の配向の平面方向成分を制御する。

本発明の他の態様では、上記液晶表示装置において、前記液晶に印加する駆動電圧の最小絶対値の下限は、表示コントラスト５０以上を満たす電圧の範囲内である。

本発明の他の態様では、上記液晶表示装置において、制限された前記駆動電圧の最小絶対値であるオフ電圧印加時における前記液晶の透過率は、０Ｖ印加時における前記液晶の透過率とほぼ等しく、前記オフ印加電圧の配向状態からオン印加電圧の配向状態に変化するのに要する時間が３０msよりも短い。

本発明の他の態様では、上記液晶表示装置において、前記分割手段は、前記液晶駆動用の電極に形成された所定形状の電極不在領域であり、該電極不在領域における電極端部に発生する斜め方向の電界により、前記液晶の配向の方角を１画素内で分割する。

本発明の他の態様では、上記液晶表示装置において、前記駆動電圧の範囲の下限を液晶表示装置周囲の温度変化に応じて変動させる。

本発明の他の態様では、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号に基づいて液晶を駆動し、Ｒ光成分、Ｇ光成分、Ｂ光成分の透過率を制御することでカラー表示を行うカラー液晶表示装置であり、前記駆動部には、さらに、前記画素電極に印加する駆動波形のオン側の電圧を、Ｒ用、Ｂ用、Ｇ用の各透過率特性に応じ、Ｒ，Ｇ，Ｂ用でそれぞれ異なる最大透過率電圧に制御する制御手段を備える。

以上説明したように、この発明においては、垂直配向型の液晶層に印加する駆動電圧範囲の下限を０ボルトより大きい所望の範囲に設定することで、各画素に個別パターンの画素電極の各端部で斜め方向の電界を常時発生させることができ、この端部付近で液晶の傾く方角を規定できるため、オンとオフのコントラストを維持しながら、液晶のオフ状態からオン状態への応答速度を向上させることができる。さらに、１画素領域内に液晶の傾き方角を異なる複数の方角に分割する分割手段を設けるので、上記画素電極の端部でそれぞれ規定される液晶の異なる傾き方角の境界（ディスクリネーションライン）が画素内の不定の位置に発生することを防止でき、視野角の拡大と、表示品質の向上を図ることができる。

また、オフ表示のために液晶層に印加する電圧の下限を液晶の光学特性変化電圧以上に設定する場合に、表示装置の周囲温度に応じた光学特性変化電圧の変化に該下限を追従させることにより、様々な温度環境下においても常時、高品質な表示を行うことが可能となる。

さらに、カラー表示装置の場合、いわゆる液晶のオンレベルをＲ，Ｇ，Ｂ毎に制御することで、波長依存性のある透過率特性をどの色でも最適化することで、応答速度が速くかつ色再現性の高い液晶表示装置を実現できる。

以下、図面を用いてこの発明の好適な実施の形態（以下実施形態という）について説明する。本実施形態の液晶表示装置は、電界により液晶の配向を制御するＤＡＰ型の液晶表示パネルを駆動する場合に、電圧非印加における色表示（ここでは黒表示）のために液晶層に印加する駆動電圧の範囲の下限が０ボルトまで低下しないように制御することで、ＤＡＰ型液晶表示パネルの応答速度の向上を図っている。

［液晶表示パネルの構成］
まず、最初に、駆動対象であるＤＡＰ型の液晶表示パネルの構成について図１及び図２を用いて説明する。図１は液晶表示パネルの平面構成の一例、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った概略断面の一例を示している。この実施形態に係る液晶表示装置は、低温多結晶シリコンＴＦＴが形成され、画素電極２６がＴＦＴの上層に配置されたＴＦＴ基板（第１基板）１０を有し、さらに、間に液晶層４０を挟んでＴＦＴ基板１０と対向配置され、かつ配向制御窓３４を備えた共通電極３２が形成された対向基板（第２基板）３０を備え、各基板１０及び３０の外側にはそれぞれ互いにその透過偏光方向が直交するよう配置された偏光板４４、４６が設けられている。

ガラスなどからなるＴＦＴ基板１０上には、この例では、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ等の金属をパターニングして得られたゲート電極１２及びゲート電極１２と一体のゲート電極配線１２Ｌを備え、これらゲート電極１２、ゲート電極配線１２Ｌを覆うように、例えばＳｉＮｘ及びＳｉＯ₂の積層構造又はいずれか一方よりなるゲート絶縁膜１４が形成されている。ゲート絶縁膜１４上には、ＴＦＴの能動層として機能する多結晶シリコン薄膜２０が形成されている。この多結晶シリコン薄膜２０は、非晶質シリコン薄膜にレーザアニール及びランプアニールの組み合わせ又はいずれか一方のアニール処理などを用いた低温アニール処理を施すことによって多結晶化し、その後、島状にパターニングして得たものである。

多結晶シリコン薄膜２０上には、ＳｉＯ₂等からなる注入ストッパ２３が形成されている。この注入ストッパ２３は、ゲート電極１２をマスクとしてＴＦＴ基板１０の裏面（図２の下側）から露光することで、自己整合的にゲート電極１２とほぼ同一形状にパターニングして形成されている。そして、この注入ストッパ２３を利用して多結晶シリコン薄膜２０にリン、砒素等の不純物を低濃度に注入することにより、多結晶シリコン薄膜２０の注入ストッパ２３の直下領域の両側には、自己整合的にこれらの不純物を低濃度に含む低濃度ソース領域２０ＬＳ及び低濃度ドレイン領域２０ＬＤがそれぞれ形成されている。また、注入ストッパ２３の直下領域は、注入ストッパ２３がマスクとなって不純物が注入されないため、実質的に不純物を含有しない真性領域となり、この真性領域がＴＦＴのチャネル領域２０ＣＨとして機能する。低濃度ソース領域２０ＬＳ、低濃度ドレイン領域２０ＬＤの外側には、同じ不純物をさらに高濃度に注入することによりソース領域２０Ｓ、ドレイン領域２０Ｄが形成されている。

各領域（２０ＣＨ、２０ＬＳ、２０ＬＤ、２０Ｓ、２０Ｄ）が形成された多結晶シリコン薄膜２０及び注入ストッパ２３上にはこれらを覆うようにＳｉＮｘ等からなる層間絶縁膜２２が形成されている。この層間絶縁膜２２上には、Ａｌ、Ｍｏ等からなるソース電極１６、ドレイン電極１８及びドレイン電極１８と一体のドレイン電極配線１８Ｌが形成されている。また、ソース電極１６及びドレイン電極１８は、層間絶縁膜２２に設けられたコンタクトホールにおいて上記多結晶シリコン薄膜２０に形成されたソース領域２０Ｓ、ドレイン領域２０Ｄに接続されている。

本実施形態における低温多結晶シリコンＴＦＴは、上記ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１４、多結晶シリコン薄膜２０（２０ＣＨ、２０ＬＳ、２０ＬＤ、２０Ｓ、２０Ｄ）、ソース電極１６、ドレイン電極１８を備え、低温プロセスで形成された多結晶シリコン薄膜２０を能動層として有し、またゲート電極１２が素子下側に位置する逆スタガ型のＴＦＴによって構成されている。但し、ＴＦＴ形状は逆スタガ型に限定されることはなく、ゲート電極が多結晶シリコン薄膜よりも上層に配置されるスタガ型の構成であってもよい。

このような構成のＴＦＴ及び層間絶縁膜２２を覆うようにＴＦＴ基板１０のほぼ全面には、さらに平坦化のための平坦化層間絶縁膜２４が１μｍ程度或いはそれ以上の厚さに形成されている。平坦化層間絶縁膜２４は、例えばＳＯＧ（Spin On Grass）、ＢＰＳＧ（Boro-phospho-Silicate Glass）、アクリル樹脂等が用いられている。平坦化層間絶縁膜２４上には、表示装置が透過型の場合にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜を用いた液晶駆動用の画素電極２６がＴＦＴ形成領域上を覆うように形成され、この画素電極２６は、平坦化層間絶縁膜２４に設けられたコンタクトホールを介してソース電極１６に接続されている。なお、表示装置が反射型の場合にはこの画素電極２６としてＡｌ等の導電性反射材料が用いられる。

また、画素電極２６を覆うようにＴＦＴ基板１０のほぼ全面には、ラビング工程なしで液晶分子を垂直方向に配向させるための配向膜として、例えばポリイミド等を用いた垂直配向膜２８が形成されている。

以上のような各素子が形成されたＴＦＴ基板１０と液晶層４０を挟んで対向配置される対向基板（第２基板）３０は、ＴＦＴ基板１０と同様にガラス等から構成されており、ＴＦＴ基板１０との対向側表面にはＲＧＢのカラーフィルタ３８が形成され、さらにその上にはアクリル樹脂などの保護膜３６を介し、対向する画素電極２６とで液晶を駆動するためのＩＴＯなどからなる共通電極３２が形成されている。そして、本実施形態では、後述するように、この共通電極３２にはその各画素電極２６と対向する領域に配向制御窓３４として、例えば図１に示すようなＸ字状の電極不在部が形成されている。また、共通電極３２及びこの配向制御窓３４上にはこれらを覆うようにＴＦＴ基板１０側と同様の垂直配向膜２８が形成されている。

液晶層４０は、例えば３μｍ〜５μｍ程度に設定された基板間の間隙に封入され、液晶材料としては、液晶分子４２の長軸方向の誘電率よりも短軸方向の誘電率が大きい、いわゆる負の誘電率異方性を有する液晶材料が用いられている。本実施形態において液晶層４０に用いられている液晶材料は、側鎖にフッ素を有する下記化学式（１）〜（６）で示される構造を備えた液晶分子を所望の割合で混合して作製したものであり、少なくとも、これら化学式（１）〜（６）の内１種類の液晶分子を含むように混合されている。

現在、負の誘電異方性を有する液晶材料としては、移動度の低い非晶質シリコンを能動層に利用したＴＦＴ液晶表示装置用として、側鎖にシアノ（ＣＮ−）基を有する液晶分子が主に用いられている。しかし、シアノ基を側鎖に備える液晶分子は、低電圧駆動では残留直流電圧の影響が大きくなるため、十分高い電圧で駆動する必要があり、電圧保持率が低く、また液晶の焼き付きの可能性がある。しかし、本実施形態ではＴＦＴとして低温プロセスによって作製され、低電圧駆動可能な多結晶シリコンＴＦＴを用いている。従って、現在用いられているシアノ基を側鎖に備えた液晶材料を用いたのでは、低電圧駆動ができるという多結晶シリコンＴＦＴの特性を活かすことができないこととなる。そこで、液晶材料として上述のように側鎖にフッ素を有する液晶分子を配合することにより、液晶層４０は、例えば２Ｖ程度の低電圧での駆動が可能となり、さらに、多結晶シリコンＴＦＴによる低電圧駆動でも十分高い電圧保持率を備え、焼き付きが防止されている。また、液晶表示装置を低電圧で駆動することができるため、非晶質シリコンＴＦＴを用いた液晶表示装置と比較してより低消費電力の装置とすることを可能としている。

また、本実施形態では、上述のような負の誘電異方性を有するフッ素系液晶分子を含有する液晶材料を用い、かつ垂直配向膜２８を用いることにより、液晶分子の初期配向を垂直方向に制御するノーマリブラックモードのＤＡＰ型液晶表示装置を採用し、液晶分子の長軸と短軸における屈折率の差、つまり複屈折現象を利用して、液晶層へ入射した光の透過率を制御している。

さらに、本実施形態では、図１及び図２に示すように共通電極３２に電極不在部としての配向制御窓３４を設けることにより、液晶分子を配向制御窓３４を基準として所定の方角に傾け、液晶分子の応答性の向上を図ると共に、画素内で配向方向を分割することによって液晶表示の視角依存性を緩和し、広い視野角の表示装置を実現している。

液晶層４０への電圧印加時（白表示時）において、図１に示す画素電極２６の各辺のエッジ部分には、図２に点線で示すように共通電極３２との間にそれぞれ異なる方角に斜めの電界が発生し、画素電極２６の辺のエッジ部分において、液晶分子は垂直配向状態から斜め電界と反対の方向に傾く。液晶分子４２は連続体性を有しているため、画素電極２６のエッジ部分で斜め電界で液晶分子の傾き方角が決定すると（傾き角度は電界強度によって決定）、画素電極２６の中央付近の液晶分子の傾く方角は、該画素電極２６の各辺における液晶分子の傾き方角に追従して変化し、画素駆動時において、最終的に１つの画素領域内には、液晶分子の傾き方角の異なる複数の領域が発生することとなる。

一方、配向制御窓３４には常に液晶動作閾値未満の電圧しか印加されないため、図２に示すように配向制御窓３４に位置する液晶分子は、垂直配向したままとなる。このため、配向制御窓３４が、常に上記液晶分子の傾き方角の異なる領域の境界となる。例えば、図１に示すように配向制御窓３４をＸ字状とすれば、それぞれ傾き方角の異なる領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの境界は、このＸ字状の配向制御窓３４上に固定されることとなる。従って、一つの画素領域内で配向分割が行われると共に、複数の異なる方角に傾く領域の境界を配向制御窓３４の上に固定でき、優先視角方向を複数設けることができ（本実施形態の場合、上下左右の４つ）、広視野角の液晶表示装置とすることが可能となる。

また、上述のように画素電極２６が層間絶縁膜２２及び２４を介してＴＦＴ及びその電極配線（ゲート電極配線、ドレイン電極配線）等の形成領域上を覆うように形成することで、ＴＦＴ及び電極配線による電界が液晶層４０に漏れ、液晶分子の配向に悪影響を与えることが防止されている。さらに、平坦化層間絶縁膜２４により画素電極２６の表面の平坦性を向上させることが可能であるため、画素電極２６の表面の凹凸による液晶分子の配向の乱れも防止することが可能となっている。また、ＴＦＴや電極配線による電界の漏洩や画素電極２６表面の凹凸などを低減することが可能な構成であるため、画素電極２６のエッジ部と配向制御窓３４の電界作用により液晶分子の配向を制御することで、垂直配向膜２８に対するラビング工程は不要となっている。

また、画素電極２６がＴＦＴ及び各電極配線を覆うように形成することにより、ＴＦＴや配線との余分なアライメントマージンが不要となり、開口率をより高くすることを可能としている。

［駆動回路］
次に、上述のような構成のノーマリブラックモードのＤＡＰ型液晶表示パネルの応答速度向上のための駆動回路及びその駆動方法について説明する。

図３は、本実施形態の液晶表示装置の全体構成を示しており、装置は、液晶表示パネル５０とその駆動回路６０を備える。

液晶表示パネル５０は、図１及び図２に示すようにＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶層を挟持し、ＴＦＴ基板側に、表示部ＴＦＴとして、自己整合によってチャネル、ソース、ドレインを作製可能な低温多結晶シリコンＴＦＴが形成された表示部５２を有する。またパネル５０のＴＦＴ基板上の表示部５２の周囲には、各表示部ＴＦＴを水平方向に選択するＨドライバ５４と、該表示部ＴＦＴを垂直方向に選択するＶドライバ５６が形成されている。これらＨ、Ｖドライバ５４、５６は、表示部５２の多結晶シリコンＴＦＴとほぼ同一の工程で形成したＣＭＯＳ構造の多結晶シリコンＴＦＴが用いられている。なお、上述のようなパネル構造の特徴によって、これらのＴＦＴが密集したドライバ５４、５６の多結晶シリコンＴＦＴに悪影響を与えるラビング工程を省略可能としているため、液晶表示装置としての歩留まり向上が図られている。

液晶表示パネル５０の駆動回路６０は、ビデオクロマ処理回路６２、タイミングコントローラ６４などが集積されて構成されている。ビデオクロマ処理回路６２は、入力されるコンポジットビデオ信号からＲ、Ｇ、Ｂの映像信号を作成する。タイミングコントローラ６４は、入力されるビデオ信号に基づいてＶＣＯ６６の発生する基準発振信号から各種タイミング制御信号を形成し、これを上記ビデオクロマ処理回路６２や、ＲＧＢドライバ処理回路７０、レベルシフタ６８などに供給する。ＲＧＢドライバ処理回路７０は、ビデオクロマ処理回路６２から供給されるＲＧＢ毎の映像信号から、ＴＦＴＬＣＤの特性に応じたＲＧＢ毎の交流駆動信号を作成し、これを液晶表示パネル５０に出力する。

この発明では、ノーマリブラックモードの液晶表示パネルに対し、駆動電圧の範囲の下限、つまり黒表示のために液晶層に印加する駆動電圧を０ボルトより大きく設定するが、このような黒表示のための駆動電圧の制御は、例えば、後述するように上記ＲＧＢドライバ処理回路７０において行うことができる。

図４は、上記図１及び図２に示すごときＤＡＰ型液晶表示パネルにおける液晶層へのＯＦＦ印加電圧［Ｖ］とその時のコントラスト［ＴON（透過率オン時）／ＴOFF（透過率オフ時）］との関係、及びＯＦＦ印加電圧と、液晶の応答時間［ｍｓｅｃ］との関係を表している。ここで、ＯＦＦ印加電圧は液晶がＯＦＦ状態、すなわち非動作状態を維持する電圧であり、このＯＦＦ印加電圧が０Ｖから２Ｖ程度の範囲では、上記液晶分子は初期配向状態である垂直配向を維持するため透過率は十分に低く、コントラストは９００以上の高い値を示す。そして、液晶の光学特性が変化する電圧（以下光学特性変化電圧という）Ｖｔｈ（図４の例では印加電圧２Ｖ付近）を超えるとコントラストが低下し、図４の例では３．５Ｖ程度になると、コントラストは一般的な表示品質下限と考えられる５０程度まで低下する。

一方、印加電圧に対する応答時間は、図４に示されるように、黒表示状態から白表示状態に移行する場合（図中□）と、白表示状態から黒表示状態に移行する場合（図中△）とで、その特性が大きく異なる。白表示状態から黒表示状態へ移行する時、つまりノーマリブラックモードの液晶においてオン状態からオフ状態へ移行する時は、その応答時間は、５〜１０ｍｓｅｃと短時間である。ところが、黒表示状態から白表示状態へと移行させる場合、つまりオフ状態からオン状態への移行時においては、ＯＦＦ印加電圧が０Ｖから光学特性変化電圧Ｖｔｈ（図４では２Ｖ付近）の間の電圧範囲と、Ｖｔｈ以上の電圧範囲の場合とで、要する応答時間、つまり応答速度は大きく異なる。具体的には、０Ｖ〜Ｖｔｈ未満の電圧範囲では、液晶の応答時間は７５ｍｓｅｃ〜３０ｍｓｅｃと非常に長いが、Ｖｔｈ以上になると応答時間は２０ｍｓｅｃ程度以下となる。

以上のことから、黒表示における液晶層へのＯＦＦ印加電圧がＶｔｈ付近より低いと、黒表示から白表示への切替時に十分な応答速度が得られず、高い品質の表示を行うことが困難になることが予想される。しかし、ＤＡＰ型液晶表示パネルに対して、印加電圧の下限を０Ｖより大きく設定すれば、黒表示から白表示への移行時の応答速度を高めることが可能となる。十分速い応答速度として、例えば応答時間２０ｍｓｅｃ以下程度を満足するには、ＯＦＦ印加電圧は、液晶の光学特性変化電圧Ｖｔｈ以上の電圧とすることが好ましい。さらに、ＯＦＦ印加電圧の上限は、例えばコントラスト５０程度以上が満足できる電圧とすることが好適である。コントラストが５０以上あれば、ある程度の表示品質を満足することができるからである。そして、以上のようにＯＦＦ印加電圧を設定することにより、高コントラストで高速応答の液晶表示が可能となる。また、液晶の光学特性変化電圧Ｖｔｈは温度依存性を備えている。従って、液晶表示装置の環境温度の変化に適合させて常に最適な液晶表示を行うには、黒表示の印加電圧の下限をこのＶｔｈを基準として決定する場合、黒表示の印加電圧を温度変化によるＶｔｈの変化に追従させて変化させることが好ましい。

図５は、駆動電圧範囲の制御を行うＲＧＢドライバ処理回路７０のＲＧＢのいずれか一つについての構成例を示している。なお、ＲＧＢドライバ処理回路７０は、図５と同一構成をＲＧＢそれぞれについて備えている。図６は、図５のリミットレベル発生回路８４の一例を示している。また、図７は、図５のＲＧＢドライバ処理回路７０における信号波形を表している。

図５のビデオクロマ処理回路６２から出力されるＲＧＢ毎の映像信号は、それぞれ対応する差動出力アンプ７３に供給され、ここでバイアス回路７２の電圧に基づいたＤＣ電位となることでブライト調整される。差動出力アンプ７３からは第１バッファ７４、第２バッファ７５に非反転、反転出力信号がそれぞれ供給され、第１バッファ７４は図７（ａ）に点線で示すような非反転出力信号ａ’を出力し、第２バッファ７５は図７（ｂ）に点線で示すよう反転出力信号ｂ’を出力する。これらの非反転出力信号ａ及び反転出力信号ｂは、第１及び第２リミット回路７８及び８０でそれぞれの出力レベルの下限及び上限が１周期（Ｔ）毎に制限されてマルチプレクサ８２に供給される（図７（ａ）、（ｂ）の実線）。マルチプレクサ８２は、反転制御信号に基づいて１周期（期間Ｔ１、Ｔ２）毎に、非反転出力信号（ａ）と反転出力信号（ｂ）とを交互に選択し、これがバッファを介して液晶駆動用の交流駆動信号（ｃ）として液晶表示パネル５０に出力される。

第１リミット回路７８は、第１バッファ７４とマルチプレクサ８２との信号経路中に設けられたトランジスタＱ１と、第２バッファ７５とマルチプレクサ８２との信号経路中に設けられたトランジスタＱ２とからなる。トランジスタＱ１及びＱ２のベースには、後述するリミットレベル発生回路８４からの図７（ｄ）に示すような第１レベル制御信号（ｄ）が供給されている。また、第２リミット回路８０は、第１バッファ７４とマルチプレクサ８２との信号経路中に設けられたトランジスタＱ３と、第２バッファ７５とマルチプレクサ８２との信号経路中に設けられたトランジスタＱ４とからなる。トランジスタＱ３及びＱ４のベースには、図７（ｅ）に示すようなリミットレベル発生回路８４からの第２レベル制御信号（ｅ）が供給されている。そして、この第１及び第２レベル制御信号（ｄ）、（ｅ）によって決定される電圧に応じて、第１リミット回路７８のトランジスタＱ１及び第２リミット回路８０のＱ４が動作することで、非反転出力信号ａ及び反転出力信号ｂのレベルが制限され、液晶層に印加される電圧（絶対値）の黒レベルが０Ｖより大きい所定レベル未満にならないようにしている。

また、第１リミット回路７８のトランジスタＱ２と第２リミット回路８０のトランジスタＱ３が動作し、非反転出力信号ａ及び反転出力信号ｂのレベルが制限され、液晶層に印加される電圧（絶対値）の白レベルが所望のレベルを超えないようにしている。なお、第１、第２リミット回路７８及び８０のトランジスタＱ２とＱ３は本実施形態においては必ずしも必要ではないが、これらを設けて非反転、反転出力信号の上下レベルが所定範囲内となるように制御することで、白レベルが制御できると共にマルチプレクサ８２に過大な電圧が印加されることを防止すると共に、交流駆動信号（ｃ）の上下レベルの対称性を高めている。

次に、図６を参照してリミットレベル発生回路８４の構成について説明する。このリミットレベル発生回路８４は、端子１００に供給される１周期（Ｔ）毎にレベルの変化する反転制御信号に応じて、レベルが切り替わる第１レベル制御信号（ｄ）をトランジスタＱ１１のエミッタ側から出力し、また同様に第２レベル制御信号（ｅ）をトランジスタＱ１０のエミッタ側から出力する。

まず、端子１００に印加される反転制御信号の反転信号の電圧が基準電源８６の電圧Ｖref’より高いＨレベルの場合、トランジスタＱ１９がオンする。この際、端子２００に印加される反転制御信号がＬレベルであるので基準電源９０−２（Ｖref2）が選択される。したがって、第１カレントミラー回路ＣＣ１により、定電流源９２の流す定電流Ｉ₂とほぼ等しい電流Ｉが抵抗Ｒ１に流れ、トランジスタＱ１０のベース電位は「Ｖref2＋Ｒ₁・Ｉ₂」となり、トランジスタＱ１０のエミッタ側から対応する第２レベル制御信号（ｅ）が出力される。また、この際、トランジスタＱ１４がオフしているので、第２カレントミラー回路ＣＣ２には電流が流れず、トランジスタＱ１１のベース電位は基準電源９０−２と同じ「Ｖref2」となり、対応する第１レベル制御信号（ｄ）がトランジスタＱ１１のエミッタ側から出力される。

反対に、端子１００に印加される反転制御信号の反転信号の電圧が基準電源８６の電圧Ｖref’より低いＬレベルの場合、差動対を構成するＰＮＰトランジスタＱ１３及びＱ１４のうちのトランジスタＱ１４がオンする。そして、第２カレントミラー回路ＣＣ２により電流源８８から供給される電流Ｉ₁とほぼ等しい電流Ｉが抵抗Ｒ２に流れる。この際、端子２００に印加される反転制御信号がＨレベルであるので基準電源９０−１（Ｖref1）が選択され、抵抗Ｒ２に接続される。よって、この抵抗Ｒ２に接続されたトランジスタＱ１１のベース電位は、抵抗Ｒ２における電圧降下により「Ｖref1−Ｒ₂・Ｉ₁」となり（図７（ｄ））、トランジスタＱ１１のエミッタから対応する第１レベル制御信号（ｄ）が出力される。また、この際、差動対をなすＮＰＮトランジスタＱ１９及びＱ２０の内のトランジスタＱ１９がオフしているため、第１カレントミラー回路ＣＣ１には電流が流れておらず、この第１カレントミラー回路ＣＣ１の出力側トランジスタと抵抗Ｒ１との間に接続されたトランジスタＱ１０のベース電位は、抵抗Ｒ１の他端に接続されている基準電源９０−１と同じ「Ｖref1」となる。よって、トランジスタＱ１０のエミッタからは図７（ｅ）に示すような第２レベル制御信号（ｅ）が出力される。

ここで、第１及び第２レベル制御信号（ｄ）、（ｅ）の波形は、図７（ｄ）、（ｅ）の二点鎖線で波形であり、図７（ｄ）、（ｅ）の実線の波形は、トランジスタＱ１１、Ｑ１０のベース波形であってこれが非反転、反転信号（ａ）、（ｂ）のリミットレベルとなる。

反転制御信号がＬレベルでマルチプレクサ８２において非反転出力信号（ａ）が選択されているとき（図７の期間Ｔ１）、第１リミット回路７８のトランジスタＱ１のリミットレベルは「Ｖref2」であり、従って、非反転出力信号ａの下限レベル（期間Ｔ１における黒表示レベル）は「Ｖref2」より低くならないように制御されることとなる。一方、第２リミット回路８０のトランジスタＱ３のリミットレベルは、「Ｖref2＋Ｒ₁・Ｉ₂」であり、非反転出力信号ａの上限レベル（期間Ｔ１における白表示レベル）は「Ｖref2＋Ｒ₁・Ｉ₂」を超えないように制御される。また、この際、第１リミット回路７８のトランジスタＱ２がマルチプレクサ８２で選択されていない反転出力信号ｂに対して、そのレベルを「Ｖref2」に固定するため、マルチプレクサ８２の切替端子間に過大な電圧が発生することが防止される。

次に、反転制御信号がＨレベルでマルチプレクサ８２において反転出力信号（ｂ）が選択されているとき（図７の期間Ｔ２）、第１リミット回路７８のトランジスタＱ２のリミットレベルは「Ｖref1−Ｒ₂・Ｉ₁」であり、反転出力信号（ｂ）の下限レベル（期間Ｔ２における白レベルに対応）が「Ｖref1−Ｒ₂・Ｉ₁」より低くならないように制御される。第２リミット回路８０のトランジスタＱ４のリミットレベルは「Ｖref1」であり、反転出力信号ｂの上限レベル（期間Ｔ２における黒表示レベル）がこの「Ｖref1」を超えないように制御される。なお、この際、第２リミット回路８０のトランジスタＱ３が、マルチプレクサ８２で選択されていない非反転出力信号ａに対して、そのレベルが「Ｖref1」に固定されるため、この場合にも、マルチプレクサ８２の切替端子間に過大な電圧が発生することが防止される。

以上のような動作により、ＬＣＤパネル５０へバッファを介してマルチプロクサ８２から供給される信号は、図７（ｃ）に示すように、常にそれぞれ各期間Ｔ１、Ｔ２における黒表示レベルがＶref2以下となるか、またはＶref1以下になるように制御される。

本実施形態では、上述のように液晶駆動電圧の黒表示レベルが０Ｖより大きくなるように、より好ましくは該レベルがＶｔｈ〜Ｖc50（Ｖc50：コントラスト５０を満たす印加電圧）の範囲内になるように制御するが、これは、例えば、図６に示すリミットレベル発生回路８４、基準電源９０−１及び９０−２の電圧Ｖref1（＝Ｖcen−ΔＶ）、Ｖref2（＝Ｖcen＋ΔＶ）を所望の値に調整することにより達成することができる。また、温度変化によるＶｔｈの変化に黒表示レベルの電圧を追従させるためには、例えば、温度変化に応じて基準電源９０−１、９０−２の電圧Ｖref1、Ｖref2を変更するなどにより行うことができる。

なお、以上においては、駆動対象である液晶表示パネルとして垂直配向されたノーマリブラックモードのＤＡＰ型液晶表示パネルを例に挙げているが、液晶初期傾斜角０度で水平配向されたツイストネマティック型の液晶表示パネルやＮＷ（ノーマリホワイト）ＬＣＤなどであっても、液晶オフ状態とオン状態間の移行速度が遅い液晶表示パネルについても同様な効果を有する。即ち、液晶を駆動する印加電圧範囲の下限を０Ｖより大きく設定することによりその応答速度を向上することが可能となる。

また、本実施形態の装置を用いてカラー液晶表示装置を構成する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分に対し、液晶表示装置の印加電圧（液晶ＯＮ印加電圧、白表示レベル）と透過率と関係が異なるため、このような各成分毎の透過率の相違を補正するために第１リミット回路７８のトランジスタＱ２と上記第２リミット回路８０のトランジスタＱ３によって各色成分毎に白表示レベルを制御してもよい。図８は、液晶表示装置のＲＧＢ各色ごとの印加電圧［Ｖ］と透過率［Ｔ］との関係を表している。図８から理解できるように、ＥＣＢ型の液晶表示装置は波長依存性を有しており、ＲＧＢ各色成分の透過量を概ね等しくするためには、各色についての設定最大透過率に対する液晶駆動電圧レベル、つまり、ノーマリブラックモードの該当液晶画素をオン状態とするために設定する白表示電圧レベルを、例えば図８のような特性の場合に、Ｒ用は７．８Ｖ付近、Ｇ用は７Ｖ付近、Ｂ用は４．９Ｖ付近に設定する。これにより、ＲＧＢ光の合成により白色を表示するカラー表示の場合に、白色を忠実に表示することが可能となる。

本実施形態に係る液晶表示パネルの平面構成の一例を示す概念図である。図１の液晶表示パネルのＡ−Ａ線に沿った概略断面を示す図である。本実施形態の液晶表示装置の全体構成を示すブロック図である。本実施形態の液晶表示パネルにおける印加電圧とコントラスト及び応答時間の関係を示す図である。図３のＲＧＢドライバ処理回路７０の概略構成を示す図である。図５のリミットレベル発生回路８４の構成を示す図である。図５の回路における信号波形を示す図である。本実施形態の液晶表示パネルにおける印加電圧と透過率の波長依存性を示す図である。

符号の説明

１０ＴＦＴ基板（第１基板）、１２ゲート電極、１４ゲート絶縁膜、１６ソース電極、１８ドレイン電極、２０多結晶シリコン薄膜、２０Ｓソース領域、２０ＬＳ低濃度ソース領域、２０ＣＨチャネル領域、２０Ｄドレイン領域、２０ＬＤ低濃度ドレイン領域、２２層間絶縁膜、２３注入ストッパ、２４平坦化層間絶縁膜（ＳＯＧ）、２６画素電極、２８垂直配向膜、３０対向基板（第２基板）、３２共通電極、３４配向制御窓、３６保護膜、３８カラーフィルタ、４０液晶層、４２液晶分子、５０液晶表示パネル、６０駆動回路、６２ビデオクロマ処理回路、６４タイミングコントローラ、６６ＶＣＯ、７０ＲＧＢドライバ処理回路、７８第１リミット回路、８０第２リミット回路、８２マルチプレクサ、８４リミットレベル発生回路。

Claims

液晶駆動用の電極を備えた第１基板と第２基板との間に挟持され、初期配向を垂直方向とする液晶の配向の垂直方向成分及び平面方向成分を電界によって制御する液晶表示装置であり、
各画素には、各画素領域内での液晶の傾き方角を異なる複数の方角に分割する分割手段を有し、
前記液晶駆動用の電極の内の一方は、複数の画素に共通で形成された共通電極であり、他方は画素毎に個別パターンに形成された画素電極であり、
各画素を駆動するための駆動部には、前記画素電極に印加する駆動波形を、該波形のオフ側の電圧が所定の絶対値電圧以下にならないように制限する制限手段を備え、
該制限手段により、前記液晶に印加する駆動電圧の最小絶対値を、常に０Ｖより大きく、かつ前記液晶の光学特性変化電圧以上に設定し、前記画素電極と前記共通電極との間に電圧を印加することで、該画素電極の各端部で斜め方向の電界を発生させ、前記液晶の配向の平面方向成分を制御することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記液晶に印加する駆動電圧の最小絶対値の下限は、表示コントラスト５０以上を満たす電圧の範囲内であることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置において、
制限された前記駆動電圧の最小絶対値であるオフ電圧印加時における前記液晶の透過率は、０Ｖ印加時における前記液晶の透過率とほぼ等しく、
前記オフ印加電圧の配向状態からオン印加電圧の配向状態に変化するのに要する時間が３０msよりも短いことを特徴とする液晶表示装置。
請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の液晶表示装置において、
前記分割手段は、前記液晶駆動用の電極に形成された所定形状の電極不在領域であり、該電極不在領域における電極端部に発生する斜め方向の電界により、前記液晶の配向の方角を１画素内で分割することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の液晶表示装置において、前記駆動電圧の範囲の下限を液晶表示装置周囲の温度変化に応じて変動させることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の液晶表示装置は、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号に基づいて液晶を駆動し、Ｒ光成分、Ｇ光成分、Ｂ光成分の透過率を制御することでカラー表示を行うカラー液晶表示装置であり、
前記駆動部には、さらに、前記画素電極に印加する駆動波形のオン側の電圧を、Ｒ用、Ｂ用、Ｇ用の各透過率特性に応じ、Ｒ，Ｇ，Ｂ用でそれぞれ異なる最大透過率電圧に制御する制御手段を備えることを特徴とする液晶表示装置。