JP2005010803A - ネマティック液晶の高速化駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ネマティック液晶の高速な応答速度が得られ、動画表示に最適なネマティック液晶の高速化駆動方法を提供する。
【解決手段】 このネマティック液晶の高速化駆動方法は、ネマティック液晶に印加する電圧を画像データに応じた第１の電圧と、第１の電圧と関係のない一定の第２の電圧に１フレーム内で変化させるステップと、ネマティック液晶に第１の電圧を印加してネマティック液晶の光透過率を画像データに応じた値とするステップと、ネマティック液晶に第２の電圧を印加して画像データに応じた値に変化した光透過率を変化前の元の値に戻すステップとを含むものである。
【選択図】 図２

Description

本発明は液晶の高速化駆動方法、殊にネマティック液晶の高速化駆動方法に関するものである。

透明電極を有する２枚の透明な平板の間にネマティック液晶を挟んで、２枚の偏光板の間に置くと、前記２つの透明電極に印加する電圧に応じて、前記２枚の偏光板を通る光の透過率が変化することが知られている。

この原理を用いた液晶表示装置は、厚さが薄く、電力消費が少ないなどの特徴を備え、腕時計や電子式卓上計算器をはじめとして広く使われている。

また、近年ではカラーフィルタと組み合わせて、ノートパソコンや小型の液晶テレビなどのカラー表示ディスプレイ装置に使われている。

また、カラーフィルタと組み合わせて、カラー表示を可能とした液晶表示装置においては、赤、緑、青の３色のドットを組み合わせてカラー表示を行っているが、このカラーフィルタは非常に高価で、パネルに張り合わせる作業も高い精度が要求される。

さらに、白黒の液晶表示パネルと同等の解像度を出すためには、３倍のドット数が必要となるため、通常の液晶パネルでは、水平方向の駆動回路の数が３倍となってしまい、コストがかかるとともに、パネルと駆動回路の接続点数も３倍となるため、接続作業も困難になってしまう。

従って、液晶パネルを使ってカラー表示をする方法として、カラーフィルタを使う方式は、コスト的には高価になる要素が多く、安価に製造することが困難であった。

そこで、カラーフィルタを使用しないカラー液晶表示装置として、例えば特開平１−１７９９１４号公報記載の様に、白黒液晶パネルと３色バックライトを組み合わせてカラー表示を行う方法が提案されており、カラーフィルタ方式に較べ、安価に高精細のカラー表示を実現出来る可能性があるが、従来の液晶駆動方法では、液晶を高速に駆動することが困難で実用化に至っていない。

また、従来の液晶表示装置では、液晶の応答速度が遅いため、テレビなどの動画再生をする場合や、パソコンなどのマウスカーソルを高速で動かした場合などでは、ブラウン管を使用したディスプレイに較べ、性能的に劣っていた。

本発明が解決しようとする課題は、駆動方法の変更により、従来から用いられているＴＮ型やＳＴＮ型のネマティック液晶の応答速度を速め、前述の３色バックライトによるカラー化や、動画再生においてブラウン管を使用したディスプレイと同等以上の性能を得ることを可能とすることであり、即ち、応答速度が速いネマティック液晶の高速化駆動方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決するため、ネマティック液晶に印加する電圧を画像データに応じた第１の電圧と、前記第１の電圧と関係のない一定の第２の電圧に１フレーム内で変化させるステップと、前記ネマティック液晶に前記第１の電圧を印加して前記ネマティック液晶の光透過率を前記画像データに応じた値とするステップと、前記ネマティック液晶に前記第２の電圧を印加して前記画像データに応じた値に変化した前記光透過率を変化前の元の値に戻すステップとを含むことを特徴とするネマティック液晶の高速化駆動方法を提供する。
また、本発明は、上記課題を解決するため、コモン電極とセグメント電極とに挟まれたネマティック液晶を２枚の偏光板の間に置いた液晶表示装置において、前記コモン電極に選択パルスを印加する手段と、前記選択パルスに応じて、表示すべき画像データに応じた電圧を前記セグメント電極に印加する手段を備え、前記コモン電極の前記選択パルスが印加されていない期間に、前記セグメント電極に、前記画像データに応じた電圧と異なる電圧を印加することを特徴とするネマティック液晶の高速化駆動方法を提供する。
また、本発明は、上記課題を解決するため、コモン電極とセグメント電極とに挟まれたネマティック液晶を２枚の偏光板の間に置いた液晶表示装置において、前記コモン電極に選択パルスを印加する手段と、前記選択パルスに応じて、表示すべき画像データに応じた電圧を前記セグメント電極に印加する手段と、前記セグメント電極に前記画像データに関係なく所定の電圧を印加する手段を備え、前記コモン電極に前記選択パルスを印加する周期に合わせて、前記セグメント電極に印加する電圧を切り替えることを特徴とするネマティック液晶の高速化駆動方法を提供する。
すなわち、前記の課題を解決するためになされた本発明は、従来の液晶の駆動回路と異なるタイミングで液晶に電圧を印加することにより、液晶の応答速度を速めることを特徴とするものである。
前記液晶に印加される電圧の極性が、前記コモン電極に前記選択パルスを印加した場合に反転する様に、前記コモン電極および前記セグメント電極に印加する電圧を設定してもよい。

通常のネマティック液晶の電気光学特性は図１の様になっており、図１における印加電圧は極性に関係なく、実効値が問題となる。

近年ＳＴＮ液晶パネルでＴＦＴ液晶パネル並の画質を実現する駆動方法として、複数の走査線を同時に選択するアクティブ駆動法が提案されている。

このアクティブ駆動方法は同時に複数の走査線を選択することにより、１フレーム期間中の走査線の選択回数を増やすことにより、コントラスト比と応答速度を改善しており、ネマティック液晶の光透過率が印加電圧の実効値により決まるという特性を使うという点においては従来の駆動方式と変わりはなかった。

従来、ネマティック液晶の応答速度は数十ミリセカンドから数百ミリセカンドかかっており、３色バックライトによるカラー化を実現できる応答速度を得ることは困難だと思われていた。

本発明人は、３色バックライトによるカラー化を実現できる応答速度を持つ液晶パネルを開発するために、ネマティック液晶の印加電圧波形と光透過率の動的な特性の測定を行ったところ、印加電圧の波形によっては、印加電圧が変化した時に、光透過率が高速に変化する状態が存在することがわかった。

この光透過率が高速に変化する状態を、繰り返し発生させることにより、従来の駆動方法に較べて応答速度が遥かに速く、コントラスト比のよい特性を得ることが可能となった。

以上のように本発明においては、液晶パネルに画像を描きその画像が完全に消えるまでが、１フレーム期間中に行われるため、非常に高速な応答速度が得られ、動画再生に最適な方式である。

さらに、この駆動方式をＴＦＴ方式の液晶パネルに応用することにより、ＴＦＴ方式の液晶パネルの動作速度を改善することも可能である。

従来のアクティブ駆動方法では駆動に必要な電圧の種類が多く、コントローラも複雑になるため、駆動回路が高価格になってしまうのに対して、本発明では、駆動に必要な電圧の種類が少なく、駆動タイミングも簡単であるため、従来の単純マトリックス駆動方式の駆動回路と同等のコストで実現できる。

さらにまた、本発明は液晶パネルに画像を描きその画像が完全に消えるまでが、１フレーム期間中に行われる方式であるため、３色バックライトを使用したカラー表示方法に最適の方法であり、高性能でしかも低価格なカラー表示ディスプレイを実現できる。

図２は本発明の実施の形態におけるネマティック液晶の印加電圧の変化に対する光透過率の時間的変化を示すものであり、単純マトリックス方式のネマティック液晶パネルの１つのドットに対するセグメント電極とコモン電極に印加する電圧波形と、前記１つのドットの光透過率を表している。

ここで、コモン電極に印加する電圧はコモン電極を選択する期間だけパルスを出力し、選択されたコモン電極に対するパルスが出力されている期間、セグメント電極に印加する電圧がＶｓｅｇ１の場合には、対応するドットの光透過率が瞬間的に変化し、セグメント電極に印加する電圧がＶｓｅｇ０の場合には、対応するドットの光透過率が変化しないことがわかる。

従って、コモン電極に印加するパルスのタイミングに応じて、表示したい画像データに応じた電圧を、セグメント電極に印加することにより、画像を表示することが出来る。

本発明の実施の形態における駆動タイミングの特徴は、１フレーム期間内でコモン電極が選択されている期間のセグメント電圧がＶｓｅｇ１の場合に、コモン電極が選択されていない期間の中でセグメント電圧をＶｓｅｇ０にしていることである。

図３および図４は、従来の電圧印加の方法を行った場合と、本発明の実施の形態との比較を示しており、印加する電圧の波形の違いは、図３および図４ではセグメント電極に印加する電圧が一定値であるということだけである。

図２、図３および図４で使用している液晶材料は、ネマティック液晶の中でも電気光学特性の変化が比較的緩やかな図１の様な特性を示す、一般的なＴＮ型の液晶を使用している。

従って、従来技術の考え方では、液晶の光透過率はコモン電極の選択時の印加電圧の実効値によって決定されるので、図３および図４の様に、セグメント電圧がＶｓｅｇ０およびＶｓｅｇ１のいずれかの値で一定の場合にも、光透過率が低い状態で一定であれば、図２に示したように、セグメント電圧をＶｓｅｇ０とＶｓｅｇ１の間で切り替えても光透過率は変化しないはずである。

しかしながら、ごく一般的なＴＮ型の液晶材料を用い、ギャップを５〜６μｍとそれほど薄くないパネルを用いても、図２の様に光透過率が変化しており、光透過率がコモン電圧の変化に応じて変化を開始し元にの光透過率に戻るまでに要する時間は、１５〜２０ｍＳと非常に高速に動作している。

ここで、図２の様に光透過率が高速に変化する特性がもっとも顕著に出るのは、Ｖｃｏｍ０がＶｓｅｇ０より低く、Ｖｃｏｍ１がＶｓｅｇ１より高い場合であり、すなわちコモン電極が選択されている期間は、コモン電極が選択されていない期間に対して、印加されている電圧の極性が反転している場合である。

また、図２において、コモン電圧の選択周期を半分にし、１フレーム期間の中でセグメント電圧がＶｓｅｇ０の時に必ずコモン電極を選択するようにした場合でも、光透過率の変化の様子にはそれほど差は発生しない。

ただし、図２に示した本発明の実施の形態においては、黒を表示する場合のセグメント電圧を１フレーム期間でＶｓｅｇ０に固定しているが、黒を表示する場合にはコモン電極が非選択の期間のセグメント電圧をＶｓｅｇ１にした方が黒はよくなるが、前述のように選択周期を半分にすると、セグメント電圧がＶｓｅｇ１の時にコモン電極が選択されるため白が表示されてしまう。

図５は、本発明の実施の形態において、セグメント電圧の変化の周期のみを変更した場合の、光透過率の変化の様子を示しており、１フレーム期間毎にセグメント電圧を変化させた場合には、１フレーム期間内でセグメント電圧を変化させた場合に比べて光透過率の変化の速度がかなり遅くなっていることがわかる。

従って、セグメント電圧を早い周期で変化させることにより、液晶の光透過率が高速に変化する様になることがわかる。

本発明の実施の形態において、コントラスト比の高い表示を行うためには、コモン電極にパルスが印加され、液晶の光透過率が瞬間的に変化した後、光透過率が元の値に戻ってから、次のパルスを印加する方がよい。

従って、本発明の実施の形態においては、フレーム周期を速くするとコントラスト比が低くなり、一方、フレーム周期を遅くすればフリッカーが発生するなど、不具合が発生してしまう。

本発明の実施の形態において、非選択時のセグメント電圧の変化の周期が光透過率の変化の速度に大きく影響することは示したが、光透過率が元の値に戻る時間は、液晶材料の特性、特に液晶材料の粘性などにより大きく変化する。

従って、光透過率が元の値に戻る時間の短い液晶材料を選択することにより、フリッカーの発生を押さえながら、コントラスト比の高い表示を行うことが可能となる。

また、光透過率が元の値に戻る時間が液晶材料の粘性などに大きく影響を受けることから、液晶パネルの温度を上げることにより、液晶材料を変更しなくてもコントラスト比の高い表示を行うことも可能である。

尚、本発明の実施例では単純マトリックス方式の液晶パネルへの応用例を示したが、単純マトリックス方式の液晶パネルを使用して、ＴＦＴ方式の液晶パネルよりも遥かに高速な応答速度を実現できる他、コントラスト比も同等に実現でき、視野角も良好であり、ＴＦＴ方式の液晶パネルと同等あるいはそれ以上の性能を実現できる。

また、本発明は単純マトリックス方式の液晶パネルへの応用だけでなく、単純マトリックス方式の液晶パネルを使用して、ＴＦＴ方式の液晶パネルよりも遥かに高速な応答速度を実現できる他、コントラスト比も同等に実現でき、視野角も良好であり、ＴＦＴ方式の液晶パネルと同等あるいはそれ以上の性能を実現できる。

ネマティック液晶の電気光学特性を示す関係図である。 本発明の実施の形態におけるネマティック液晶の印加電圧の変化に対する光透過率の時間変化を示す説明図である。 ゼグメント電圧を変化させない場合のネマティック液晶の印加電圧の変化に対する光透過率の時間変化を示す説明図である。 ゼグメント電圧を変化させない場合のネマティック液晶の印加電圧の変化に対する光透過率の時間変化を示す説明図である。 本発明の実施の形態におけるゼグメント電圧を変化の周期を２倍にした場合のネマティック液晶の印加電圧の変化に対する光透過率の時間変化を示す説明図である。

Claims (1)

1. ネマティック液晶に印加する電圧を画像データに応じた第１の電圧と、前記第１の電圧と関係のない一定の第２の電圧に１フレーム内で変化させるステップと、
   前記ネマティック液晶に前記第１の電圧を印加して前記ネマティック液晶の光透過率を前記画像データに応じた値とするステップと、
   前記ネマティック液晶に前記第２の電圧を印加して前記画像データに応じた値に変化した前記光透過率を変化前の元の値に戻すステップとを含むことを特徴とするネマティック液晶の高速化駆動方法。