JP2004537752A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

従来の２つの電極に代わって、ピクセルごとに３つの電極（８、９、１０）が使用される。このように、液晶分子（３）の配向の変化が自由に調整されるので、より高速なスイッチングを得ることができる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの基板間におけるネマチック液晶材料と、少なくともスイッチング素子と、選択電極及びデータ電極を駆動するための駆動手段とを有し、２つの基板の一方が選択電極及びデータ電極の交差部の領域にピクセルを有する選択電極及びデータ電極のマトリックスを備える液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなアクティブマトリックス表示装置の例として、ＴＦＴ−ＬＣＤ又はＡＭ−ＬＣＤが挙げられる。これらは、ラップトップコンピュータ及び電子手帳（オーガナイザ）に使用されており、ねじれネマチック効果、インプレーンスイッチング（in plane switching、IPS）効果又は例えば垂直配向効果のようなネマチック効果に基づく。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような表示装置における問題は、ピクセルのスイッチング速度が比較的遅いことである。電界を切り換えるとき、液晶分子に関する一般的なスイッチング期間は１０−１００ミリ秒である。スイッチオフ時間は緩和時間によってほぼ完全に決定されるので、電界がオフにされるとき、上述の期間は通常は一層長くなる。これは、動画を表示するときに特に不利益となる。
【０００４】
本発明の目的は、冒頭の段落に記述されたタイプの一層高速にスイッチングする表示装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って本発明による表示装置において、ピクセルは、少なくとも３つの電極を有し、駆動手段は、動作中、互いに異なる２つの方向に電界を生じさせるための手段を備える。
【０００６】
好適には、互いに実質的に垂直な２つの電界が生成される。
【０００７】
本発明は、ピクセルのスイッチング速度が、電界により液晶分子（のダイレクタ）に及ぼされるトルクに依存するという認識に基づく。駆動手段を用いて、当該時点で大きいトルクを生じさせる電界を生成することにより、高いスイッチング速度を常に達成することが可能であり、このスイッチング速度は、１ピクセルにつき２つの電極がある場合のスイッチング速度より高い。このようなトルクはスイッチがオフの間にも生成されることが可能であるので、スイッチオフ時間は、緩和時間に関係がなく又はほとんど依存しない。
【０００８】
必要であれば、駆動手段は、２つの駆動期間の間にピクセルを規定された状態（リセット）にするための手段を有する。
【０００９】
第１の好適な装置は、２つの基板間にピクセルを有し、第１の基板は、ピクセルの位置に、或る角度をなす長手方向をもつ２つの電極を有する。この実施例は、負の誘電率異方性をもつ液晶材料が使用されるインプレーンスイッチング効果に適している。このケースでは、好適には上述の角度はほぼ９０度であり、第１の基板は更にピクセルの位置に実質的にＬ字型の電極を備える。
【００１０】
ねじれネマチック効果（正の誘電率異方性）に適した他の実施例において、第１の基板はピクセルの位置に２つの電極を有し、第２の基板は少なくとも他の電極を備える。
【００１１】
第２の電極に電圧を印加する（異なる時点又は異なる値に関する）さまざまな可能性がある。
【００１２】
例えば、第１の基板は、ピクセルの位置に２つの電極を有し、各電極は、共通して選択電極を有する個別のスイッチング素子を備える。必要であれば、スイッチング素子は異なるスイッチング電圧をもつ。
【００１３】
代替例として、第１の基板は、ピクセルの位置に２つの電極を有し、各電極は、異なる選択電極に接続された個別のスイッチング素子を備えることもできる。
【００１４】
本発明のこれらの及び他の見地は明白であり、以下に述べる実施例を参照して解明されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図面は、概略的であり一定の縮尺で描かれていない。対応する構成要素は概して同じ参照数字により示されている。
【００１６】
２つの基板の間にネマチック材料を有する液晶表示装置において、液晶分子は電界の影響下で回転するので、透過（伝播）又は反射の変化が得られる。電界は、基板を横断する方向又は基板に平行な方向（インプレーンスイッチングと呼ばれる）に印加されることができる。このような表示装置のスイッチング期間は、とりわけ、使用される液晶材料の粘性及び使用される電界の強度に依存する。
【００１７】
大きな影響を及ぼす別のファクタは、電界によって液晶分子（のダイレクタ）に及ぼされるトルクである。その値は、存在する電界の方向２と、液晶分子３の方向との間の角度θ（図１参照）に依存する。例えばインプレーンスイッチング効果に基づくセルにおいて、負の誘電率異方性Δε(Δε=ε_II-ε_⊥)をもつ液晶材料の場合、このトルクはｓｉｎ（２θ）に比例する。
【００１８】
電界がオンにされ、分子がこの電界と実質的に平行であるとき、これらの分子は、この電界の影響下においてこの電界に対して垂直な方向を向く。従って最初角度θは小さく、トルクは小さい。また、電界はほとんど影響を及ぼさず、液晶材料で満たされた表示セルの透過（又は反射）がただゆっくりと変化するだけである（このようなセルについて時間に関する透過の変化が示されている図２の領域４）。約４５度の角度θにおいて、電界は最も効果的であり、透過は高速に変化する（図２の領域５）。これは、角度θが９０度の値に近づくとゆっくりと変化する（図２の領域６）。
【００１９】
図３ａは、基板上の画素電極７、８の平面図であり、電極８は、インプレーンスイッチング効果に関する従来の表示装置において、例えばアースのような固定電圧に接続されている。このような表示装置では、基板に実質的に平行な方向に向けられた電界によって異なる光学的な状態の間でスイッチングが行われ、従って上述した効果が生じる「水平電界ディスプレイ」と呼ばれる。
【００２０】
図３ｂは、基板上の画素電極８、９、１０の平面図である。電極８は、本発明による表示装置においても例えばアースのような固定電圧に接続される。この例において、画素電極８はＬ字形であり、電圧Ｖ_１、Ｖ_２は画素電極９、１０によって供給されることができる。電極９を電圧Ｖ_１＞０に接続し、電極１０をアースに接続することにより、ライン１１によって示される電界が生成される。電極１０を電圧Ｖ_２＞０に接続し、電極９をアースに接続することにより、ライン１２によって示される電界が生成される。異なる方向及び大きさの電界が互いに異なる電圧Ｖ_１、Ｖ_２によって印加されることができる。
【００２１】
図４は、本発明に従って加速された態様で分子３がどのようにスイッチングするかについて示す。
【００２２】
電界２がオンにされるとき（時間ｔ_１にＥ_１）、分子３は、ｘ軸に対して例えば１３５゜の角度αをなし、電界Ｅ_１は、９０゜（図３ｂにおいてＶ_２＞０、Ｖ_１＝０）の角度をなして印加される。角度θは４５゜であり、それゆえ上述のトルクは最大である。従って、分子３は、次式の状況へ高速に回転する。
【数１】

【００２３】
そののち、電圧Ｖ_１、Ｖ_２は、θが再び約４５゜であるとともにトルクが最大であるように（Ｖ_２＞０、Ｖ_１＞０）調節される（時間ｔ_３に電界２とＸ軸との間の角度は約６５゜である）。分子３は高速に回転し続ける。トルクが最大のままであるように電圧Ｖ_１、Ｖ_２を適時に調節することにより（時間ｔ_４に電界２とＸ軸との間の角度は約４５゜である）、分子３の９０゜の回転が完成される。
【００２４】
逆に、元の状況に戻るスイッチングが行われるとき、電圧Ｖ_１、Ｖ_２は、逆のトルクが最大のままであるように常に調節されることができる。それによって、この戻りのスイッチングは、液晶分子の緩和時間によってもはや決定されないアクティブに駆動されるプロセスになった。
【００２５】
図３ｂは、第１の基板上の電極を示している。液晶分子は、この基板と第２の基板との間に存在する。望ましければ、１つ又は複数の（トランスペアレントな）電極がこの第２の基板上に存在してもよい。
【００２６】
上述した動的な駆動は、インプレーンスイッチング効果に限定されず、例えばねじれネマチック効果（Δε＞０）又は垂直配向ネマチック効果（vertically aligned nematic effect;ＶＡＮ）に基づく表示装置１６（図５）において使用されてもよい。液晶材料１５は、２つの基板１４と１４’との間に存在する。基板１７上の電極８、９は、基板１４、１４’と平行な方向に電界１１を生成するのに適しており、電界１２は、これらの電極と、基板１４’上の１つ又は複数の対向電極１０とによって、これらの基板を横断する方向に印加されることが可能である。さまざまな電極に対する電圧を適切に選択することによって、オン及びオフのスイッチングは、上記と同様に速められる（動的な駆動）ことができる。
【００２７】
図６は、本発明が適用できる表示装置１の一部の電気的な等価回路を示す。これは、行又は選択電極１７及び列又はデータ電極１８、１９の交差部の領域にピクセル２０のマトリックスを有する。行電極は、行ドライバ２１によって連続的に選択され、列電極には、データレジスタ２２を通してデータが供給される。必要であれば、入力するデータ２３は、まず信号処理ユニット２５を用いてプロセッサ２４において処理される。行ドライバ２１とデータレジスタ２２との間の相互の同期は、駆動ライン２６を通して行われる。
【００２８】
行ドライバ２１からの駆動信号は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０、３１を通して画素電極９、１０（図３ｂ）を選択する。画素電極９、１０のソース電極は、列電極１８、１９に電気的に接続されている。列電極１８、１９における信号は、ＴＦＴ３０、３１を通して、ドレイン電極に結合されたピクセル２０の画素電極９、１０に送られる。この例では、ピクセル２０の第３の電極（図３の電極８）はアースに接続されているが、代替として可変電圧に接続されてもよい。複数のピクセル２０について、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０、３１及び関連する接続部は円３０’、３１’により概略的に示されている。
【００２９】
図７は、図３ｂに関連するピクセルの一部について、行電極１７によりゲート電極３２を通して関連するＴＦＴ３０、３１を選択することによって、電圧Ｖ_１、Ｖ_２が画素電極９、１０に関する列電極１８、１９にどのように印加されるかを示している。このケースにおいて、各電極には異なる電圧が供給されなければならないので、ＴＦＴに基づく従来のアクティブマトリックスドライブと比較すると２倍の数の列電極が設けられなければならない。
【００３０】
図８において、図３ｂに関連するピクセルの一部は、例えば選択期間の半分の期間中にそれぞれのすぐ後にゲート電極３２を通して個々に選択され、電圧Ｖ_１、Ｖ_２は、それぞれの選択中、画素電極９、１０に関して列電極１８に再び印加される。このケースでは、ＴＦＴに基づく従来のアクティブマトリックスドライブと比較すると２倍の数の行電極（１７、１７’）が設けられなければならない。表示装置における行の数は概して列の数より少ないので（一般には４分の１）、このケースでは追加の駆動電子回路又は素子の量が図７の構成より少なくてよい。いずれのケースも、同じタイプのトランジスタ、たとえばアモルファスシリコンＴＦＴで十分である。
【００３１】
行又は列の数が２倍であることの欠点は、図９及び図１０に示されているように、ＴＦＴ３０、３１に関してしきい値電圧の差をつくることによって回避することができる。
【００３２】
図９の例において、各画素電極９、１０（図３ｂ）は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０、３１を通して選択される。これらのトランジスタのゲート電極３２は、行電極１７に電気的に結合するような態様で接続され、ソース電極は、このケースでは列電極１８に接続されている。この例において、行選択信号は、ライン選択期間ｔ_ｓｅｌ中、異なる選択電圧Ｖｂ、Ｖａにより実質的に等しい２つの部分ｔ_ｓｅｌ１及びｔ_ｓｅｌ２に分けられる信号として示されている。代替例として、この行選択信号は、例えばランプ電圧として実現されてもよい。トランジスタは、スイッチング電圧の差により異なる行選択電圧でスイッチする。これは、ゲート酸化物層の厚さのバリエーション又はＴＦＴゲートの長さと幅との異なる比率によって技術的に達成されることができ、これは、アモルファスシリコン技術のみならず多結晶シリコン技術においても可能である。これは、例えばプロジェクションＬＣＤ装置において使用されるようなＬＣＯＳ回路に関する単結晶シリコン技術においても可能である。しかしながら、ここで（及び多結晶技術において）、所望の機能が、代替としてＣＭＯＳ回路において実現されることも可能である。
【００３３】
アドレッシング中、（この例では）行電圧はまず、双方のトランジスタがオンにされるような高い値をとる。この例では、電極１０が、行電極１７において最も高い選択電圧Ｖｂでオンにされるものとする。そののち双方の電極は電圧Ｖ_１をとる。非常に短い時間（図９のライン選択期間ｔ_ｓｅｌ１の半分、実際には約１０マイクロ秒）ののち、行電極１７及びゲート電極３２における電圧は、電極１０に関連付けられたトランジスタ３１がオフにされ又はほとんど導通しない値まで減少する。電極１０は絶縁され、電圧Ｖ_１を伝える。
【００３４】
データ電圧がＶ_２に変化し、（ｔ_ｓｅｌ２中、行電極１７における選択電圧Ｖａにより）トランジスタ３０のみがなおオンにされる。ｔ_ｓｅｌの後、電極９もまた絶縁され、電圧Ｖ_２を伝える。後続する（サブ）アドレス期間に、異なる電圧が電極９、１０に印加され、それにより図４に示されるプロセスが経験される。追加の電極を使用するため、分子が従来の駆動モードよりかなり高速に回転するので、選択期間は複数のサブ選択期間から構成されてもよく又はフレーム期間は複数のサブフレームから構成されてもよく、それにより図４に示されるプロセスの複数又はすべてのステージが、例えば従来の選択期間又はフレーム期間内に経験される。
【００３５】
当然ながらいくつかの変形例が本発明の範囲内で可能である。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３０、３１のしきい値電圧の差を使用する代わりに、ネットワーク３３によって図１０に概略的に示されるように抵抗性又は容量性の構成部分が利用されてもよい。
【００３６】
ピクセルのグレー値の小さい変化は、フレーム期間中に一度だけスイッチすれば十分であることがある。これは、損失を低減させる。電極９、１０に関して使用されるべき電圧は、ピクセルの以前の透過値及び新しい透過値、使用される液晶効果、温度並びに他のシステム特性に依存する。これらのファクタに基づいて、使用されるべき電圧は、例えばフレームメモリ、ルックアップテーブル、マイクロプロセッサ又は同様のものを使用して、プロセッサ２４における信号処理により決定されることができる。アプリケーションが許せば、信号処理はオン又はオフのスイッチングを速めるだけでもよい。
【００３７】
本発明は、当然ながら、反射型及び半透過型（トランスフレクティブ）の表示装置にも適用でき、いくつかの駆動モードのバリエーションも可能である。
【００３８】
効果の例及び説明は互いに実質的に垂直な電界に基づいているが、代替例として、駆動電界が異なる角度で生成され、曲げられてもよい。
【００３９】
本発明は、いずれの新しい特徴的な機能及び特徴的な機能のいずれの組み合わせにもある。請求項における参照数字は、それらの保護の見地を制限しない。「含む、有する」という動詞及びその活用の使用は、請求項に記載したもの以外の構成要素の存在を除外しない。単数で表現されている構成要素の使用は、そのような構成要素の複数の存在を除外しない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の基礎となる効果を示す図。
【図２】本発明の基礎となる効果を示す図。
【図３（ａ）】従来の表示装置及び本発明による表示装置における画素電極の平面図。
【図３（ｂ）】従来の表示装置及び本発明による表示装置における画素電極の平面図。
【図４】図３の装置における本発明の動作を示す図。
【図５】本発明による表示装置の変形例を示す図。
【図６】本発明による表示装置の一部の電気的な等価回路を示す図。
【図７】図６の等価回路の詳細図。
【図８】図７の変形例を示す図。
【図９】図７の変形例を示す図。
【図１０】図７の変形例を示す図。

Claims (9)

1. ２つの基板間におけるネマチック液晶材料と、少なくともスイッチング素子と、選択電極及びデータ電極を駆動するための駆動手段とを備えるとともに、前記２つの基板のうち一方が、前記選択電極と前記データ電極との交差部の領域にピクセルを有する前記選択電極及び前記データ電極のマトリックスを備える液晶表示装置であって、前記ピクセルが、少なくとも３つの電極を有し、前記駆動手段が、動作中、互いに異なる２つの方向に電界を生成するための手段を備える、液晶表示装置。
2. 互いに実質的に垂直な２つの電界が生成される、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記駆動手段が、２つの駆動期間の間にピクセルを規定された状態にするための手段を有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
4. ２つの基板間にピクセルを有する請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置であって、第１の基板が、前記ピクセルの位置に、或る角度をなす長手方向をもつ２つの電極を有する、液晶表示装置。
5. 前記角度がほぼ９０゜であり、前記第１の基板が更に、前記ピクセルの位置に実質的にＬ字形の電極を備える、請求項４に記載の液晶表示装置。
6. ２つの基板間にピクセルを有する請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置であって、第１の基板が、前記ピクセルの位置に２つの電極を有し、第２の基板が、少なくとも他の電極を備える、液晶表示装置。
7. 第１の基板が、前記ピクセルの位置に２つの電極を有し、各電極が、前記選択電極を共通に有する個別のスイッチング素子を備える、請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。
8. 前記スイッチング素子が異なるスイッチング電圧をもつ、請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 第１の基板が、前記ピクセルの位置に２つの電極を有し、各電極が、異なる選択電極に接続された個別のスイッチング素子を備える、請求項１又は請求項２に記載の液晶表示装置。