JP2005249862A

JP2005249862A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2005249862A
Application number: JP2004056439A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Miyaki; 宏明宮木
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2004-03-01
Filing date: 2004-03-01
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】フリッカー現象を目立たせずにフレーム周波数を低下させる。
【解決手段】液晶表示装置は各々一対の電極Ｐ１，Ｐ２，Ｓ間に液晶組成物を挟持した構造で互いに隣接する第１および第２副画素ＰＸ１，ＰＸ２を含む複数の表示画素ＰＸと、複数の表示画素ＰＸを駆動する駆動回路２とを備える。駆動回路２は共通の画素電圧を互いに逆極性で第１および第２副画素ＰＸ１，ＰＸ２に保持させるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶組成物を保持する複数の表示画素を有する液晶表示装置に関し、特に各表示画素内の液晶分子配列を周期的に極性反転される画素電圧によって制御する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、薄型、軽量かつ低消費電力という特性からパソコン、テレビ、ゲーム機等の機器で幅広く使用されている。

図４は典型的な液晶表示装置の等価回路を示す。この液晶表示装置は、マトリクス状に配置される複数の表示画素、複数の表示画素の行に沿って配置される複数の走査線、複数の表示画素の列に沿って配置される複数の信号線、これら信号線および走査線の交差位置近傍に配置される複数の画素スイッチを有する。複数の走査線は走査線ドライバから１水平走査期間ずつ出力される走査信号により順次駆動され、複数の信号線は１水平走査期間において信号線ドライバから映像信号に対応して１行分の表示画素に対して出力される表示信号によりそれぞれ駆動される。各画素スイッチは対応走査線からの走査信号により駆動される間に対応信号線上の表示信号を対応表示画素に供給する。各表示画素は画素電極、共通電極、およびこれら電極間に挟持される液晶層を含む。液晶分子配列は表示信号の電位Ｖsigに設定される画素電極と基準電位Ｖcomに設定される共通電極との電位差である画素電圧によって制御され、表示画素の光透過率を設定する。表示画素は１水平走査期間後に画素スイッチにより信号線から電気的に切り離されるが、画素電圧は画素スイッチが再び駆動される１垂直走査期間（＝１フレーム期間）後まで画素電極および共通電極間に得られる静電容量によって保持される。

ところで、画素電圧は液晶分子の偏在化を抑制するために周期的に極性反転される必要がある（例えば、特許文献１を参照）。この極性反転は一般に１フレーム期間毎に行われ、この結果として画素電圧が時間軸に対して矩形波状となる。しかしながら、現実には、電荷のリークが画素スイッチや液晶自身で生じるため、画素電圧が理想的な矩形波とはならず、図５に示すように歪んだ矩形波状になる。電荷のリークの度合いは正極性と負極性とで異なるため、このように歪んだ画素電圧の波形は１フレーム期間の倍の周期で繰り返され、液晶分子の配列が画素電圧に応答して変化する表示画素の光学応答波形も同様に１フレーム期間の倍の周期で繰り返される。
特開平１１−２４６３４号公報

現在、液晶表示装置のフレーム周波数は一般に６０Ｈｚであり、フレーム期間はこの周波数に対応した１６．６ｍｓである。この場合、表示画素の光学応答波形の周波数および周期はそれぞれ３０Ｈｚ、３３．２ｍｓとなる。この値は、液晶表示装置の使用者にフリッカーを感じさせない限界の駆動条件である。しかし、液晶表示装置の画素数は高精細化の要求からますます増大し、映像信号源から液晶表示装置に供給される映像信号の周波数もこれに伴って増大する傾向にある。例えば画素数＝３２００×２４００であるＧＵＸＧＡクラスの液晶表示装置を製造しようとすれば、６０Ｈｚというフレーム周波数を維持して全表示画素分の映像信号を伝送することが困難である。このような問題の解決策として例えばフレーム周波数をこの６０Ｈｚよりも低下させた場合には、フリッカー現象が目立つようになってしまう。

本発明の目的は、フリッカー現象を目立たせずにフレーム周波数を低下させることが可能な液晶表示装置を提供することにある。

本発明によれば、一対の電極間に液晶組成物を挟持した構造で互いに隣接する第１および第２副画素を各々含む複数の表示画素と、複数の表示画素を駆動する駆動回路とを備え、第１および第２副画素は互いに逆極性の画素電圧を保持するように構成される液晶表示装置が提供される。

この液晶表示装置では、第１および第２副画素は互いに逆極性の画素電圧を保持するように構成される。これにより、逆方向の電界が第１および第２副画素内の液晶分子に作用し、第１および第２副画素の光学応答波形の位相を互いに１８０°反転したものにする。観察者は第１および第２副画素を同時に観察することになるため、フリッカーによる刺激が観察者の目において相殺されてしまい、観察者がフリッカーを感じなくなる。従って、フリッカー現象を目立たせずにフレーム周波数を低下させることが可能である。

以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。

図１はこの液晶表示装置の概略的な構造を示す。この液晶表示装置は、複数の表示画素ＰＸがマトリクス状に配置される表示パネル１と、これら表示画素ＰＸを駆動する駆動回路２とを備える。表示パネル１は光透過性のアレイ基板ＡＲと、このアレイ基板ＡＲに対向する光透過性の対向基板ＣＴ、およびアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間に保持される液晶層ＬＱを有する。各表示画素ＰＸは表示パネル１において互いに隣接する一対の副画素ＰＸ１およびＰＸ２を含む。

アレイ基板ＡＲは、複数の表示画素の行に沿って配置される複数の走査線Ｙ（Ｙ1〜Ｙm）、複数の表示画素の列に沿って配置され複数の走査線Ｙに交差する複数の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、これら信号線Ｘおよび走査線Ｙの交差位置近傍に配置される複数の画素スイッチＳＷ、および複数の画素スイッチＳＷに接続される複数の画素電極Ｐを有する。各画素スイッチＳＷは、例えばアモルファスシリコン薄膜トランジスタからそれぞれ構成される一対の副スイッチＳＷ１，ＳＷ２を含み、各画素電極Ｐは図２に示すように互いに隣接して電気的に絶縁される一対の副電極Ｐ１，Ｐ２を含む。

対向基板ＣＴは複数の画素電極Ｐに対向する単一の共通電極Ｓを含む。画素電極Ｐおよび共通電極Ｓはそれぞれ図示しない配向膜でそれぞれ覆われる。アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴはこれらの外縁に沿って付加されるシール材により所定のギャップを維持して接着される。液晶層ＬＱはアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間においてシール材で囲まれた空間に液晶組成物を注入し、封止することにより得られる。また、液晶層ＬＱとは反対側において、一対の偏光板がアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴに接着される。

ここで、副画素ＰＸ１は副電極Ｐ１、この副電極Ｐ１に対向する共通電極Ｓの一部、並びにこの共通電極Ｓの一部と副電極Ｐ１との間に配置された液晶層ＬＱの一領域により構成される。副画素ＰＸ２は副電極Ｐ２、この副電極Ｐ２に対向する共通電極Ｓの一部、並びにこの共通電極Ｓの一部と副電極Ｐ２との間に配置された液晶層ＬＱの一領域により構成される。

駆動回路２は例えば表示パネル１の外縁に接続される集積回路チップである走査線ドライバ３および信号線ドライバ４を含む。走査線ドライバ３は１水平走査期間ずつ複数の走査線Ｙに順次走査信号を出力し、信号線ドライバ４は１水平走査期間において映像信号に基づいて１行分の表示画素ＰＸに対する表示信号を複数の信号線Ｘにそれぞれ出力する。各画素スイッチＳＷの副スイッチＳＷ１およびＳＷ２は対応走査線Ｙからの駆動信号によって駆動される間にそれぞれ対応信号線Ｘ上の表示信号を対応表示画素ＰＸの副電極Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ供給する。液晶分子配列は互いに共通な表示信号の電位Ｖsigに設定される副電極Ｐ１，Ｐ２と例えば０Ｖの基準電位Ｖcomに設定される共通電極Ｓとの電位差である画素電圧によって制御され、副画素Ｐ１，Ｐ２の光透過率をそれぞれ設定する。

この実施形態において、走査線ドライバ３は走査信号を基準レベルとは異なる第１および第２レベルのいずれかに設定することにより第１および第２副スイッチＳＷ１，ＳＷ２の一方または両方を導通させるように構成される。ここでは、第１レベルは第２レベルよりも高く設定され、第２レベルは例えば０Ｖである基準レベルよりも高く設定されている。この場合、走査線ドライバ３は例えば各水平走査期間の前半において走査信号を第１レベルに設定し、その後半において表示信号を第２レベルに設定する。さらに、副スイッチＳＷ１は走査信号が第１レベルであるときだけ導通するように構成され、副スイッチＳＷ２は走査信号が第１レベルであるときおよび第２レベルであるときの両方で導通するように構成される。具体的には、副スイッチＳＷ１，ＳＷ２の薄膜トランジスタが互いに異なるスレッショルド電圧に設定される。ここでは、副スイッチＳＷ１の薄膜トランジスタのスレッショルド電圧が副スイッチＳＷ２の薄膜トランジスタのスレッショルド電圧よりも高くなっている。他方、信号線ドライバ４は１／２水平走査期間毎に表示信号の極性を反転するように構成される。これにより、信号線ドライバ４は各水平走査期間の前半において表示信号を正極性で出力し、その後半においてこの表示信号を負極性で出力する。このような動作が例えば奇数フレーム期間毎に行われる場合、信号線ドライバ４は各水平走査期間の前半において表示信号を負極性で出力し、その後半においてこの表示信号を正極性で出力する動作を偶数フレーム期間毎に行う。

次に、上述の液晶表示装置の動作を説明する。図３に示すように、走査線ドライバ３が１水平走査期間の前半において第１レベルの走査信号を例えば走査線Ｙ１に出力すると、副スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両方がこの走査線Ｙ１に接続された１行分の画素スイッチＳＷの各々において導通する。この間、表示信号が正極性で信号線ドライバ４から信号線Ｘ１〜Ｘｎの各々に出力され、副スイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して副電極Ｐ１，副電極Ｐ２にそれぞれ供給される。副電極Ｐ１および副電極Ｐ２の電位はいずれもこの正極性の表示信号に依存して設定され、副電極Ｐ１および共通電極Ｓ間の画素電圧は副電極Ｐ２および共通電極Ｓ間の画素電圧に等しく設定される。

続いて、走査線ドライバ３が１水平走査期間の後半において第２レベルの走査信号を走査線Ｙ１に出力すると、副スイッチＳＷ１が走査線Ｙ１に接続された１行分の画素スイッチＳＷの各々において非導通になり、副スイッチＳＷ２が走査線Ｙ１に接続された１行分の画素スイッチＳＷの各々において導通する。この間、表示信号が負極性で信号線ドライバ４から信号線Ｘ１〜Ｘｎの各々に出力され、副スイッチＳＷ２を介して副電極Ｐ２に供給される。これにより、副電極Ｐ２の電位はこの負極性の表示信号に依存して設定され、副電極Ｐ２および共通電極Ｓ間の画素電圧が副電極Ｐ１および共通電極Ｓ間の画素電圧に対して極性反転される。

副スイッチＳＷ２は上述の水平走査期間後非導通になる。副電極Ｐ１および共通電極Ｓ間の画素電圧並びに副電極Ｐ２および共通電極Ｓ間の画素電圧は、副スイッチＳＷ１，ＳＷ２が再び駆動される１垂直走査期間（＝１フレーム期間）後まで副電極Ｐ１および共通電極Ｓ間の静電容量ＬＣ，副電極Ｐ２および共通電極Ｓ間の静電容量ＬＣによって互いに逆極性のまま保持される。

本実施形態の液晶表示装置では、電荷のリークが副スイッチＳＷ１，ＳＷ２や液晶層ＬＱ自身で生じ、副電極Ｐ１および共通電極Ｓ間の画素電圧並びに副電極Ｐ２および共通電極Ｓ間の画素電圧が歪んだ矩形波状となる。図５に示すように、これら画素電圧の歪み波形はそれぞれ１フレーム期間の倍の周期で繰り返され、副画素ＰＸ１，ＰＸ２の光学応答波形も同様に１フレーム期間の倍の周期で繰り返される。しかしながら、ここでは、共通の画素電圧が互いに逆極性で副画素ＰＸ１，ＰＸ２に保持される。これにより、逆方向の電界が第１および第２副画素ＰＸ１，ＰＸ２内の液晶分子に作用し、第１および第２副画素の光学応答波形の位相を互いに１８０°反転したものにする。観察者は第１および第２副画素ＰＸ１，ＰＸ２を同時に観察することになるため、フリッカーによる刺激が観察者の目において相殺されてしまい、観察者がフリッカーを感じなくなる。従って、フリッカー現象を目立たせずにフレーム周波数を低下させることが可能である。これにより、高精細な液晶表示装置での信号電送が容易になる。また、駆動周波数を下げられることから、消費電力を低減する効果も得られる。

また、各走査線Ｙおよび各信号線Ｘは第１および第２副画素ＰＸ１，ＰＸ２に対して共通に用いられるため、開口率を低下させずに逆極性の画素電圧を副画素ＰＸ１，ＰＸ２に供給することができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。

上述の実施形態では、表示画素ＰＸの開口率を確保するために、共通の信号線Ｘが正極性または負極性の表示信号を副画素ＰＸ１，ＰＸ２に供給するために用いられたが、２本の信号線が正極性の表示信号と負極性の表示信号とを独立に副画素ＰＸ１，ＰＸ２に供給するために設けられてもよい。また、同様に表示画素ＰＸの開口率を確保するために、共通の走査線Ｙが第１または第２レベルの走査信号を副スイッチＳＷ１，ＳＷ２に供給するために用いられたが、２本の走査線が第１レベルの走査信号と第２レベルの走査信号とを独立に副スイッチＳＷ１，ＳＷ２に供給するために設けられてもよい。

さらに、上述の実施形態では、副スイッチＳＷ１，ＳＷ２がアモルファスシリコン薄膜トランジスタで構成されたが、例えばポリシリコン薄膜トランジスタで構成されてもよい。この場合には、さらに走査線ドライバ３および信号線ドライバ４の少なくとも一部を副スイッチＳＷ１，ＳＷ２のポリシリコン薄膜トランジスタと同一製造プロセスで形成されるポリシリコン薄膜トランジスタを用いて構成し、アレイ基板ＡＲと一体化させてもよい。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の概略的な構造を示す図である。図１に示す第１および第２副電極の配置を示す図である。図１に示す液晶表示装置の動作を説明するための波形図である。従来の液晶表示装置の等価回路を示す図である。図４に示す液晶表示装置の動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１…表示パネル、２…駆動回路、３…走査線ドライバ、４…信号線ドライバ、
ＡＲ…アレイ基板、ＣＴ…対向基板、ＬＱ…液晶層、Ｐ…画素電極、Ｐ１，Ｐ２…副電極、ＰＸ表示画素、ＰＸ１，ＰＸ２…副画素、Ｓ…共通電極、ＳＷ…画素スイッチ、ＳＷ１，ＳＷ２…副スイッチ、Ｙ…走査線、Ｘ…信号線。

Claims

一対の電極間に液晶組成物を挟持した構造で互いに隣接する第１および第２副画素を各々含む複数の表示画素と、前記複数の表示画素を駆動する駆動回路とを備え、前記第１および第２副画素は互いに逆極性の画素電圧を保持するように構成されることを特徴とする液晶表示装置。
前記駆動回路は複数の走査線と、前記複数の走査線に交差する複数の信号線と、前記複数の走査線と前記複数の信号線との交差位置近傍に配置される複数の画素スイッチと、前記複数の走査線を駆動する走査線ドライバと、前記複数の信号線を駆動する信号線ドライバとを含み、各画素スイッチは前記信号線ドライバから対応信号線に正極性および負極性で交互に出力される表示信号をそれぞれ前記第１および第２副画素に供給するように対応走査線からの走査信号により選択的に駆動される第１および第２副スイッチを含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記信号線ドライバは１／２水平走査期間毎に表示信号の極性を反転するように構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記第１および第２副スイッチは互いに異なるスレッショルド電圧を有する薄膜トランジスタにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
前記走査線ドライバは走査信号を基準レベルとは異なる第１および第２レベルのいずれかに設定することにより前記第１および第２副スイッチの一方または両方を導通させるように構成されることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。