JP2005512133A - 通常モードおよび待機モードにおける液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

液晶表示装置を駆動する方法において、表示装置が待機モードで動作しているときに、液晶画素の電圧は一定の極性を有し、表示装置が動作モードで動作しているときに、液晶画素の電圧は交互の極性を有している。その結果、表示装置が待機モードで動作しているときのゲート電圧パルス列をより低い振幅を有するようにすることが可能となる。この駆動方法は、低減された画像保持特性とより低い電力消費とのそれぞれの要求を結合させる方策を提供する。

Description

本発明は、複数の電極間に配置された液晶材料を備え、画素電圧がこれら電極間に供給される液晶表示装置を駆動する方法に関する。

ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）における公知の現象は、液相におけるイオンの位置ずれであり、これが画像の保持特性に関する劣化やゴースト（manifesting）の原因となっている。長い時間区分の間に固定されたパターンを表示するＬＣＤ、例えば（電話機の表示部のような）待機モードに長い時間を費やす表示部は、画像の保持特性に苦慮しており、例えば、待機モードは、表示が動作（アクティブ―active―）モードへと切り換えられて新たな場面が表示されたときに、ゴースト画像として出現する。

従来、この問題の解決策は、イオンの静的な位置ずれを避けるために、電極間を超える交流の電圧によりＬＣ素子を駆動して行なわれていた。換言すれば、各電極には正および負の電圧が交互に供給されている。残念なことに、極性が交代する画素電圧は、より多くの電力を消費する。

ＡＭＬＣＤ（アクティブマトリックスＬＣＤ）においては、各画素が、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）のようなトランジスタ素子により活性化または非活性化される。トランジスタ素子は、ゲート電圧パルス列により制御される。電極画素電圧の極性が交代するときにこのトランジスタ素子の確実な働きを保証するために、ゲート電圧の振幅Ａ１は、通常凡そ２５Ｖ（図１ａにおける共通電極での反転）またはさらに３０Ｖ以上（図１ｂにおける４レベルでの反転）のように高くしておく必要がある。このタイプのゲート電圧は、さらに高い電力を消費する結果となっている。

電力消費を低減させる試みは、低い画像保持特性を維持しながらも、本出願の共同発明者の１人であるマーク・Ｔ・ジョンソンによる国際出願ＷＯ００／４１４６５に開示されている。この記載された文献において、液晶表示装置は、液晶材料および正しい方位を向く膜の材料における誘電率と抵抗率とのそれぞれの間の特定の関係について説明されている。この開示された表示装置は、一定の極性を伴う電圧により駆動されたときに、画像の保持特性がほとんど無いことを示している。

画素電圧が一定の極性を有するとき、ゲート電圧は、液晶材料のしきい値電圧（具体的は２Ｖ）プラス液晶材料の飽和電圧（具体的には６Ｖ）により低減することができる。上述した両方の場合とも、ゲート電圧の振幅Ａ２は、およそ１７Ｖにまで低減することができるであろう（図２ａおよび２ｂ参照）。

発明の概要

本発明は、液晶表示装置を駆動するための改善された方法を提供することを目的としている。

上記およびその他の目的は、この明細書の導入部分により説明された種類の方法であって、表示装置が待機モードで動作しているときに一定の極性を有する画素電圧を供給するように電極を制御し、表示装置が動作モードで動作しているときに極性が交代する画素電圧を供給するように電極を制御する過程を備えている。

画素電圧は通常、液晶材料の一方側の画素電極駆動電圧と、液晶材料の他方側の共通電極電圧との間の電位差として定義される。

表示部の動作モードに依存する画素電圧駆動の方策（scheme―スキーム―）を変更することにより、それぞれの駆動スキームの長所を組み合わせることが可能となる。動作モード、すなわち、画像信号の内容が素速く変化する場合においては、液晶材料に対して極性が交代する電圧を供給すること有利である（交流―ＡＣ―駆動）。待機モードすなわち、画像信号の内容が実質的に一定の場合においては、一定の極性による駆動スキームを採用することにより電力を節約することができる（直流―ＤＣ―駆動）。“一定の”極性とは極性が全く変化しない必要はなく、極性が連続する幾つかのフレームにわたって一定であることに注意すべきである。

ＤＣ駆動がまた、おそらくはこのＤＣ駆動における液晶（ＬＣ）層の異なる電気的抵抗のために、ＬＣＤ内で増進された画像保持力を低減させることができることは考慮されるであろう。特にこの発明が実施されたならば、表示部が活性化されたときに、ＡＣ駆動への切替は何れかの画像保持特性がマスクされる原因となる。

ＬＣパネル（液晶材料およびこれに含まれる基材）に向かう電圧はＤＣ駆動においては低減されているので、電力消費もまた低減されるであろう。

動作のモードは、例えばこの目的のために適合されるマニュアルスイッチを用いて、ユーザが選択することができる。しかしながら、この方法は好ましくは、表示装置が待機モードであるか活性化モードであるかを決定するステップを含んでいることが可能である。この決定は、その後、正しい駆動スキームを選択することを可能にする。

動作モードを決定するための簡単なやり方は、表示装置が接続されている対象の装置が使用されているときには活性化モードであるものと想定することである。動作モードを決定する他のやり方は、表示装置の電力源の電力レベルを決定することである。電力レベルが低いときは、電力源の寿命を長引かせるために、表示装置を待機モードに設定すべきである。動作のモードを決定するためのさらにその他のやり方は、表示装置へ供給された画像信号を解析することである。このような信号が表示内容を急速に変化させることを含んでいるときに、この信号は表示を変更させることを示しており、したがって動作モードが適切であろう。他方でこのような信号がゆっくりと変化するかまたは全く変化しないときには、この信号は一定の変化しない表示を示しており、待機モードをとることが適切であろう。

駆動方法はまた、個々の画素を活性化させたりまたは非活性化させたりするために、表示装置内のトランジスタ素子にパルス列の形状を有するゲート電圧を供給し、前記表示装置が動作モードで動作しているときに第１の最大振幅を有し、前記表示装置が待機モードで動作しているときに第２の最大振幅を有するように前記パルス列を調整することを備えている。

換言すれば、ゲート電圧の振幅は、交代する画素電圧極性が第１のゲート電圧の振幅に結合しているのに対して一定の画素電圧極性が第２のゲート電圧の振幅に結合している、液晶駆動スキームへと調整されている。

好ましくは、第１の振幅（動作モード）は、第２の振幅（待機モード）よりも大きい方が良い。これは、例えば、もしも表示が待機モードであるのならば、長い時間間隔に適することが可能である。上述したように、例えば各時間や各分で時々極性が切り替わる画素電圧は、極性が幾つかの連続するフレームにおいて一定であるので、一定の画素電圧となる。

さらに、ゲート電圧パルス列は、それぞれのフレームにおいて画素電圧が変化しないので、待機モードでは一定のパルス振幅を有することができる。上述したように、画素電圧の一定の極性が変化するのであればそのときに、ゲート電圧パルス列のオフセットを調整することができる。

発明の詳細な説明

本発明のこれらおよび他のアスペクトは、添付図面にしたがってより明瞭に説明される好適な実施形態から明らかとなるであろう。

図３に示すように、アクティブマトリックス液晶表示装置は、互いに対向する２つの基板１，２間に配置された液晶材料を含んでいる。複数の画素電極３は、基板１の液晶側にマトリックス状に配置されており、複数の信号線（データ線またはソース線）４および複数の走査線（ゲート線）５は、互いに交差するようにして各画素電極３の周囲に配置されている。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ―Thin Film Transistor―）６は、信号線４および走査線５の各交差点の近くに切換素子として設けられている。このＴＦＴ６は、画素電極３を駆動するために信号線４に接続されている。共通電極７は、もう１枚の基板２の液晶側に設けられている。この液晶は、共通電極７と画素電極３との間で容量（capacitance）を形成する。

ソース駆動部１０は、信号線４に接続されており、ゲート駆動部１１は走査線５に接続されている。画像信号、表示されている具体例においてはデジタル信号１２は、表示コントローラ１５に対して提供されており、ソース駆動部１０およびゲート駆動部１１の両方共がコントローラ１５からの出力信号１３および１４の供給をそれぞれ受けている。コントローラ１５からの第３の出力１６は、共通電極駆動部１７に供給されて、共通電極７を交代で制御する。

動作において、画素電極にはソース駆動部１０から駆動電圧が供給されており、共通電極には共通電極駆動部から共通電圧を供給されている。各画素は、画素電圧を必要としており、これは駆動電圧と共通電圧との電位差に等しい。

ここで図４を参照すると、このブロック図は本発明の実施形態による方法がコントローラ１５内でどのように実行されているのかを示している。このプロセスは、ステップＳ１において、表示装置が動作モードまたは待機モードの何れで動作させられているかを決定している。

第１のケース（ステップＳ２およびＳ３、並列に実行される）において、ソース駆動部１０および共通電極駆動部には極性が交代する画素電圧を生成するために出力信号１４および１６が供給され、ゲート駆動部１１には、例えば上述した図１ａまたは１ｂのように大きな振幅を有するゲートパルス列を生成するために出力信号１３が供給されている。表示装置が動作モードで動作するときに、隣接する画素のラインは反転された極性により駆動することができ、これはいわゆるライン反転駆動である。極性が交代する画素電圧は、その後、公知のライン反転スキーム、すなわち共通電極反転にしたがってライン毎に反転される。ライン毎の極性反転は、待機モード中に生成された何れかの画像特性がライン毎に反転された極性により隠されるであろうという長所を有している。この技術分野で公知の反転スキームの他の具体例は、フレーム毎の反転、カラム毎の反転およびドット毎の反転などである。

第２のケース（ステップＳ４およびＳ５、並列に実行される）において、ソース駆動部１０および共通電極駆動部には、極性が一定の画素電圧を生成するために出力信号１４および１６が供給され、ゲート駆動部１１には、例えば上述した図２ａおよび２ｂのように小さな振幅を有するゲートパルス列を生成するために出力信号１３が供給されている。プロセスは、例えば所定数のフレームの後にステップＳ１へ正規に戻り（ステップＳ６）、動作の現在のモードを規則正しく決定する。

第２実施形態によれば、プロセスの待機モードの一区間は、規則的な間隔での画素電圧の一定の極性を切り換えるために延長されている。図５に示されているように、これは、２値変数Ｘを含むことにより達成することができ、これは特定の時間の間隔（例えば毎分または毎時）で切り換えられる（ステップＳ７）。ステップＳ８において、画素電圧は、一定の極性の画素電圧がステップＳ９で生成される前に、変数Ｘにしたがって設定することができる。この場合、ステップＳ１０で生成されたゲート電圧は、画素電圧の切り換えを考慮しなければならず、これらの特性を有するパルス列の具体例は、図６に示されている。

図６の左側で、ゲート電圧パルス列におけるパルスは、画素電圧にとってはおよそ−４Ｖで充分であるのに対して、１７Ｖに等しい一定の振幅（Ａ２）を有している。画素電圧極性が＋４Ｖへと切り換わるとすぐに、ＴＦＴの現在の動作を保証するために、２５Ｖの振幅を有するゲートパルスが生成される。図６の右側すなわちこの大きなパルスの後で、振幅（Ａ２）は再び１７Ｖとなるが、全体のパルス列は値ｖ１＝８Ｖによりこの時点でオフセットされているので、ゲート電圧は８Ｖと２５Ｖの間で今や変化してる。このより高いオフセットレベルｖ１は（−４Ｖから＋４Ｖへと切り換えられた）画素電圧よりも高い８Ｖを必要としている。

この方法は、新たなハードウェアまたはソフトウェアの構成要素を有するコントローラ１５，ゲート駆動部１１，ソース駆動部１０および共通電極駆動部１７の１つまたは幾つかを提供することにより、従来のタイプのＡＭＬＣＤにおいて好ましくは実現することができる。

上述したように、表示の動作モードの決定は、選択スイッチ、手動活性化の検出、例えば表示装置に設けられた装置の使用、画像信号１２の検出、もしもその内容が急激に変化するならばその場合を決定するために（例えばバッテリのような）電力源２０の電力レベルの検出のような手段による手動の選択を含む、多くの異なるやり方において実行することが可能である。これらの決定方法の何れかは、本発明による表示装置に設けられた装置の分野における熟練者により容易に実現可能であろう。図３において、これは、モード選択信号１９を制御ユニット１５へと供給するために設けられた、モード選択部１８により示されている。モード選択部１８が表示装置の一部分であっても良く、表示装置がその中に設けられる機器の一部分であっても良いことは注目されるべきである。

ＤＣ待機モードおよびＡＣ動作モードの間の表示を切り換える概念は、待機モードにおける電力消費をさらに低減させるための他の方法を組み入れるために拡張することも可能であろう。複数の例がたくさんの中間（gray）レベルを低減させており、または、フレーム周波数を低減させている。

要するに、本発明は、表示装置が待機モードで動作しているときに液晶画素電圧が一定の極性を有し、表示装置が動作モードで動作しているときに液晶画素電圧が交代する極性を有しているような、液晶表示装置を駆動する方法を含んでいる。この方法の結果として、表示装置が待機モードで動作しているときに、より低い振幅を有するようにゲート電圧パルス列を調整することができる。この新規な駆動方法は、低減された画像保持特性と、より低い電力諸費とを結びつけるやり方を提供している。

図１（ａ）および図１（ｂ）は、交代する極性を有する液晶画素電圧に適用するゲート電圧パルス列を示す波形図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、一定の極性を有する液晶画素電圧に適用するゲート電圧パルス列を示す波形図である。 アクティブマトリックス液晶表示装置（ＡＭＬＣＤ）の概略断面図である。 この発明の一実施形態による駆動方法を示すブロック図である。 この発明の第２実施形態による駆動方法を示すブロック図である。 ゲート電圧パルス列の波形図である。

Claims (10)

1. ２つの電極間に配置された液晶材料を備える画素を有し、画素の電圧が２つの電極間に供給される液晶表示装置を駆動する方法であって、
   前記表示装置が待機モードで動作しているときに、一定の極性の画素電圧を供給するように前記電極を制御し、
   前記表示装置が動作モードで動作しているときに、交互の極性の画素電圧を供給するように前記電極を制御する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記動作モードは、ユーザによりマニュアルで選択される請求項１に記載の方法。
3. 前記表示装置が待機モードまたは動作モードの何れにより動作しているのかを検出するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
4. 前記検出するステップは、前記表示装置の電源の電力レベルを検出することを含む請求項３に記載の方法。
5. 前記検出するステップは、前記表示装置へ供給される画像信号を解析することを含む請求項３に記載の方法。
6. 個別の画素を活性化または不活性化させるために、前記表示装置内のトランジスタ素子に対して、パルス列の形状を有する、ゲート電圧を供給し、
   前記表示装置が動作モードで動作するときに第１の振幅を有し、前記表示装置が待機モードで動作するときに第２の振幅を有するように前記パルス列を調整する、
   ことをさらに備える請求項１ないし請求項５の何れかに記載の方法。
7. 前記第１の振幅は、前記第２の振幅よりも大きい、請求項７に記載の方法。
8. 前記表示装置が待機モードで動作するときに、前記パルス列は一定のパルス振幅を有する、請求項７または請求項８に記載の方法。
9. 前記一定の極性を有する前記画素電圧の極性はときどき切り換えられている、請求項１ないし請求項８の何れかに記載の方法。
10. 前記画素電圧の極性が変化するときに、前記パルス列のオフセットが調整される、請求項９に記載の方法。

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