JP2006084554A

JP2006084554A - フィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JP2006084554A
Application number: JP2004267043A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Takei; 寿郎武井
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】駆動デューティを充分に高くして表示のちらつきを無くし、しかも色ずれの無い高品質のカラー画像を表示することができるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】単位色画像データの書込みに先立って、液晶表示素子の各行の画素に、前記単位色画像データの最大電圧値よりも高い予め定めた値の第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１と、前記単位色画像データの最大電圧値近傍の予め定めた値の第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２とを順次書込む。
【選択図】図２

Description

この発明は、フィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法に関する。

フィールドシーケンシャル液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の基板の対向面に行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の画素を形成する電極が設けられ、前記複数の画素に複数の単位色に対応する単位色画像データが各単位色毎に順次書込まれ、これらの単位色画像データに応じた単位色画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、前記複数の単位色の照明光を前記液晶表示素子に向けて選択的に出射する面光源とからなっている。

このフィールドシーケンシャル液晶表示装置には、ＴＮ型またはベント配向型、或いは強誘電性液晶を用いた液晶表示素子が広く用いられている。

このフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、１つのカラー画像を表示するための１フレームを、複数の単位色を表示する複数のフィールドに分割し、これらの分割された複数のフィールド毎に、前記液晶表示素子の各行の画素に前記複数の単位色画像データのうちの１色の単位色画像データを順次書込み、その単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させる駆動方法により駆動されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２２１７００号公報

前記フィールドシーケンシャル液晶表示装置は、１フレーム中に複数の色の単位色画像を順次表示してこれらの色の単位色画像を視角的に合成することにより、任意の色のカラー画像を表示するため、表示にちらつきを生じさせないように高速で時分割駆動しなければならない。

そのため、フィールドシーケンシャル液晶表示装置においては、液晶表示素子の高速応答を可能とするために非ツイストのホモジニアス配向型の液晶表示素子を用い、その駆動において、単位色画像データの書込に先立って、液晶表示素子の各行の画素に前記単位色画像データの最大電圧値近傍の値のリセット電圧を書込むことにより、各画素行の液晶液晶分子を一旦前記リセット電圧に対応した立上がり配向状態に配向させて前の書込み状態をリセットし、その後に、前記液晶表示素子の各行の画素に次の単位色画像データを順次書込んで前記液晶分子を前記単位色画像データに対応する書込み状態に配向させることが提案されている。

この駆動方法によれば、単位色画像データに対する液晶分子の配向動作を前記リセット状態からの倒伏動作として液晶の応答速度を速くすることができるため、前記単位色画像データに対する液晶分子の応答時間を短くし、駆動デューティを高くすることができる。

しかし、この駆動方法でも、液晶分子を前の書込み状態から前記リセット状態に確実に立上がり配向させるには、前記リセット電圧に対する液晶の応答時間を充分に確保しなければならないため、駆動デューティを充分に高くすることは難しい。

この発明は、駆動デューティを充分に高くして表示のちらつきを無くし、しかも色ずれの無い高品質のカラー画像を表示することができるフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法を提供することを目的としたものである。

この発明は、液晶分子が実質的に水平配向した液晶層を挟んで対向する一対の基板の対向面に行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の画素を形成する電極が設けられ、前記複数の画素に複数の単位色に対応する単位色画像データが各単位色毎に順次書込まれ、これらの単位色画像データに応じた単位色画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、前記複数の単位色の照明光を前記液晶表示素子に向けて選択的に出射する面光源とを備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法において、
複数の単位色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを複数分割し、前記複数の画素に前記単位色画像データを書き込んで前記単位色画像を表示するフィールド毎に、前記液晶表示素子の複数の画素に前記単位色画像データの書込みに先立って前記単位色画像データに対応する最大電圧値よりも高い予め定めた値の第１リセット電圧と、前記単位色画像データに対応する最大電圧値近傍の予め定めた値の第２リセット電圧とを順次書込み、その後前記各画素に、前記複数の単位色ののうちの１色の単位色に対応する単位色画像データを順次書込み、その単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させることを特徴とする。

この発明の駆動方法は、液晶表示素子への単位色画像データの書込みに先立って、前記液晶表示素子の各行の画素に、前記単位色画像データに対応する最大電圧値よりも高い予め定めた値の第１リセット電圧と、前記単位色画像データの最大電圧値近傍の予め定めた値の第２リセット電圧とを順次書込むものであるため、前記単位色画像データの書込み前に、前記液晶表示素子の各画素行の液晶分子を、単位色画像データに対応する電圧の範囲よりも高い電圧値の前記第１のリセット電圧によって高速で応答させ、引き続く前記第２リセット電圧により、この第２リセット電圧に対応した一定の立上がり角のリセット状態に確実に配向させることができ、その立上がり配向状態から次に書込んだ単位色画像データに対応した書込み状態に配向させることができる。したがって、駆動デューティを充分に高くして表示のちらつきを無くし、しかも色ずれの無い高品質のカラー画像を表示することができる。

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

図１はフィールドシーケンシャル液晶表示装置の分解斜視図であり、このフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の透明基板２，３の対向面に行方向及び列方向にマトリックス状に配列されて複数の画素を形成する透明電極が設けられ、各行の画素に複数の色、例えば赤、緑、青の３色の単位色画像データが順次書込まれ、これらの単位色画像データに応じた単位色画像を表示する液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１の観察側とは反対側に配置され、前記複数の色、つまり赤、緑、青の３色の照明光を前記液晶表示素子１に向けて選択的に出射する面光源とを備えている。

前記液晶表示素子は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶表示素子であり、その内部構造は図示しないが、枠状のシール材を介して接合された前記一対の基板２，３のうち、一方の基板、例えば観察側とは反対側、つまり入射側の基板２の内面（観察側基板３との対向面）に、行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のＴＦＴと、各行のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線とが設けられ、他方の基板、つまり観察側基板３の内面（入射側基板２との対向面）に一枚膜状の対向電極が設けられ、これらの基板２，３間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層が設けられた構成となっている。

なお、前記入射側基板２は、その行方向の一端縁と列方向の一端縁とに、観察側基板３の外方に張出すドライバ搭載部２ａ，２ｂを有しており、前記複数のゲート配線は、行方向のドライバ搭載部２ａに搭載されたゲート側ドライバ４に接続され、前記複数のデータ配線は、列方向のドライバ搭載部２ｂに搭載されたデータ側ドライバ５に接続され、前記対向電極は、前記ゲート側ドライバ４とデータ側ドライバ５の一方または両方の基準電位部に接続されている。

また、この液晶表示素子１は、液晶分子が実質的に水平配向した液晶層を有するＴＮ型または非ツイストのホモジニアス配向型液晶表示素子であり、図では省略しているが、前記一対の基板２，３の外面に、入射側偏光板と表示側偏光板とが、それぞれの透過軸を予め定めた方向に向けて、ノーマリーホワイトモードの液晶表示素子を構成するように配置されている。

前記面光源６は、前記液晶表示素子１の複数の画素がマトリックス状に配列している表示エリアＡの全域に対向する面積をもったアクリル系樹脂板等の板状透明部材からなり、この透明部材の一端面に形成され、光が入射される入射端面８と、前記入射端面８から入射し、前記透明部材内を導かれた光を出射する出射面９と、前記入射端面８から透明部材内に入射した光を前記出射面９に向けて反射する反射面１０とを有する導光板７と、前記導光板７の入射端面８に対向させて配置され、前記入射端面８に向けて赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する発光素子１１とを備えている。

前記発光素子１１は、その内部構造は図示しないが、赤色光を発する赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）と、緑色光を発する緑色ＬＥＤと、青色光を発する青色ＬＥＤとを備えた固体発光素子であり、前記赤、緑、青の３色のＬＥＤを選択的に点灯駆動され、前記導光板７の入射端面８に向けて赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する。

すなわち、前記面光源６は、前記発光素子１１から赤、緑、青の３色の照明光を選択的に出射させ、その光を前記導光板７により導いてその出射面９から前記液晶表示素子１に向けて出射する。

なお、この実施例では、前記面光源６の発光素子を、赤、緑、青の３色のＬＥＤを備えた固体発光素子１１としているが、前記導光板７の入射端面８に対向させて配置する発光素子は、赤、緑、青の各色の光をそれぞれ発する３本の冷陰極管でもよい。

前記フィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法を説明すると、このフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動は、図１に示した制御手段１２により、前記液晶表示素子１のゲート側ドライバ４及びデータ側ドライバ５と前記面光源６の発光素子１１とを制御して行なう。

図２はこの発明の駆動方法の一実施例を示す１フィールドの駆動シーケンス図であり、ここでは、前記液晶表示素子１の１行目の１つの画素の駆動シーケンスを示している。

この駆動方法は、前記ゲート側ドライバ４及びデータ側ドライバ５から図２のような波形のゲート信号及びデータ信号を前記液晶表示素子１のゲート配線及びデータ配線に出力させることにより、複数の色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子１の各行の画素に、第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１と、第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２と、赤、緑、青の３色の単位色画像データのうちの１色の単位色画像データとを順次書込み、前記書込んだ単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源６から出射させて前記液晶表示素子１に前記１色の単位色画像を表示させるものであり、この実施例では、各フィールドの初期に、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込み時間及び液晶の応答時間と、前記第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込み時間及び液晶の応答時間とを設け、その後に、単位色画像データの書込み時間及び液晶の応答時間と、前記液晶表示素子１に書込んだ単位色画像データに対応する色の照明光を面光源６から出射させてその色の単位色画像を前記液晶表示素子１に表示させる単位色画像表示時間とを設けている。

前記赤、緑、青の各色の単位色画像データは、図示しない外部回路から前記制御手段１２に供給されるカラー画像情報の赤、緑、青の各色の輝度に対応する電圧値データであり、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１は、前記単位色画像データの最大電圧値よりも高い予め定めた一定値の電圧、第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２は、前記単位色画像データの最大電圧値近傍の予め定めた一定値の電圧である。

図３は前記液晶表示素子１の電圧−透過率特性図であり、この液晶表示素子１は、約０．５Ｖの電圧を印加して液晶分子を実質的に水平配向させたときに透過率が最も高い白表示状態になり、４〜５Ｖの電圧を印加して液晶分子を立上がり配向させたときに透過率が最も低い黒表示状態になる。

そのため、この実施例では、前記赤、緑、青の各色の単位色画像データの電圧値を、前記カラー画像情報の赤、緑、青の各色の輝度に応じて０．５Ｖ〜５Ｖの範囲で制御するとともに、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の電圧値を、黒表示電圧である５Ｖよりも高く設定し、前記第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２を、前記黒表示電圧と同じ５Ｖに設定している。

また、この実施例では、前記液晶表示素子１の各行の画素への第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込みと、第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込みとをそれぞれ同時に行ない、単位色画像データの書込み時間に、各画素行を順次選択して各行の画素に順次単位色画像データを書込むようにしている。

なお、図２では、第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１及び第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込み時間を誇張して示しているが、第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込み時間と第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込み時間はそれぞれ２０μ秒、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込み時間とその後の液晶の応答時間とのトータル時間と、前記第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込み時間とその後の液晶の応答時間とのトータル時間はそれぞれ０．５ｍ秒である。

また、前記単位色画像データの書込み時間における各画素行の選択時間ｔは１０μ秒、全ての画素行への単位色画像データの書込み時間は１０μ秒×画素行数であり、最終行の画素行に単位色画像データを書込んだ後の液晶の応答時間は約３ｍ秒、その後の単位色画像表示時間、つまり面光源６からの照明光の出射時間は約２ｍ秒である。

この駆動方法は、液晶表示素子１への単位色画像データの書込に先立って、前記液晶表示素子１の各行の画素に、前記単位色画像データの最大電圧値よりも高い予め定めた値の第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１と、前記単位色画像データの最大電圧値近傍の予め定めた値の第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２とを順次書込むものであるため、前記単位色画像データの書込み前に、前記液晶表示素子１の各画素行の液晶分子を、単位色画像データに対応する電圧の範囲よりも高い電圧値の前記第１のリセット電圧Ｖ_Ｒｅ１によって高速で応答させ、引き続く前記第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２により、この第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２に対応した一定の立上がり角のリセット状態に確実に配向させることができ、その立上がり配向状態から次に書込んだ単位色画像データに対応した書込み状態に配向させることができる。

したがって、この駆動方法によれば、駆動デューティを充分に高くして表示のちらつきを無くし、しかも色ずれの無い高品質のカラー画像を表示することができる。

すなわち、液晶表示素子１の前の書込み状態のリセットを、単位色画像データの最大電圧値近傍の値のリセット電圧（第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２と同じ電圧）の書込みによる１回リセットとした場合は、［発明が解決しようとする課題］の項で説明したように、液晶分子を前の書込み状態からリセット状態に確実に立上がり配向させるために、前記リセット電圧に対する液晶の応答時間を充分に確保しなければならず、したがって駆動デューティを充分に高くすることは難しい。

また、この１回リセット駆動において、駆動デューティを高くするためにリセット応答時間を短く設定したのでは、次の単位色画像データの書込み時に、一括して同時リセットされた各画素行のうち、画像データ書込み時間の初期、つまりリセット応答時間からの経過時間が短い時期に選択された画素行の液晶分子が、前記リセット状態に立上がり配向する途中の半端なリセット状態から次の書込み状態に配向するため、これらの画素行の液晶分子が単位色画像データに対する応答時間内に前記単位色画像データに対応した書込み状態に配向せず、その各行の画素の透過率が単位色画像データに対応した値にならない。

一方、前記リセット応答時間からある程度の時間後に選択された画素行の液晶分子は、選択待ち時間中にリセット電圧に対応したリセット状態に配向し、そのリセット状態から次の書込み状態に配向するため、これらの画素行の液晶分子は単位色画像データに対する応答時間内に前記単位色画像データに対応した書込み状態に配向し、その各行の画素の透過率が単位色画像データに対応した値になる。

そのため、前記１回リセット駆動においてリセット応答時間を短く設定したのでは、各フィールド毎に順次表示される赤、緑、青の単位色画像の画像データ書込み時間の初期に選択された画素行に対応する部分の輝度再現性が悪くなり、これらの単位色画像が合成されるカラー画像は、表示すべき色に対して色ずれが生じる。

それに対し、上記実施例の駆動方法は、液晶表示素子１の前の書込み状態のリセットを、単位色画像データの最大電圧値よりも高い予め定めた値の第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込みによる第１リセットと、前記単位色画像データの最大電圧値近傍の予め定めた値の第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込みによる第２リセットとの２回リセットとしているため、各画素行の液晶分子が、まず前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込みにより大きな起動力を与えられて第１リセット応答時間内にある程度の立上がり角まで立上がり配向し、その状態から、前記第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込みにより、第２リセット応答時間内に前記第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２に対応する一定の立上がり角のリセット状態に配向する。

そのため、この駆動方法によれば、液晶表示素子１の各画素行の液晶分子を、上述した第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込み時間とその後の液晶の応答時間とのトータル時間（０．５ｍ秒）に第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２の書込み時間とその後の液晶の応答時間とのトータル時間（０．５ｍ秒）と加えた１．０ｍ秒以内の極く短い時間内に前記第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２に対応した一定の立上がり角のリセット状態に確実に配向させ、その立上がり配向状態から次に書込んだ単位色画像データに対応した書込み状態に配向させることができ、したがって、駆動デューティを充分に高くして表示のちらつきを無くすことができる。

しかも、この駆動方法は、一括して同時リセットされた各画素行の液晶分子がそれぞれ、前記一定の立上がり角のリセット状態から次の書込み状態に配向するため、各画素行の液晶分子を単位色画像データに対する応答時間内に前記単位色画像データに対応した書込み状態に配向させ、その全ての行の画素の透過率を単位色画像データに対応した値にすることができ、したがって、各フィールド毎に、画面全体の輝度再現性が良好な赤、緑、青の単位色画像を順次表示し、色ずれの無い高品質のカラー画像を表示することができる。

さらに、この駆動方法は、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の電圧値を、液晶分子を一定の立上がり角のリセット状態に配向させるための第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２よりも高くし、液晶表示素子１の前の書込み状態のリセット時に、まず前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１の書込みにより液晶分子を大きな起動力で立上がり配向させるようにしているため、低温時、つまり液晶の粘度が高くなって応答性が低下したときでも、良好な品質のカラー画像を表示することができる。

すなわち、図４は、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１と第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２とをそれぞれ５Ｖ（液晶分子を一定の立上がり角のリセット状態に配向させるための電圧値）とし、各フィールド毎に０．５Ｖの単位色画像データ（白表示データ）を書込んだときの２５℃と−２０℃での液晶表示素子１の第１行の画素の透過率の変化を示しており、この図のように、第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１を第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２と同じ電圧値にしたときは、２５℃の温度では良好な白表示が得られるが、−２０℃では、液晶分子のリセット状態への配向動作及び画像データ書込み状態への配向動作が遅くなり、白表示の輝度が低下する。

図５は、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１を５〜９Ｖの範囲の各電圧値に設定し、第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２を５Ｖとし、各フィールド毎に０．５Ｖの単位色画像データ（白表示データ）を書込んだときの−２０℃での液晶表示素子１の第１行の画素の透過率の変化を示している。

この図５のように、−２０℃での白表示の輝度低下は、第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１を第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２と同じ電圧値にしたときに比べて、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１を第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２よりも高くした方が小さい。

上記駆動方法は、第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１を第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２よりも高くしているため、低温時での白表示の輝度低下が小さく、したがって低温時でも、輝度再現性の良い赤、緑、青の単位色画像を順次表示して、色ずれの無い高品質のカラー画像を表示することができる。

前記低温時での白表示の輝度低下は、図５のように第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１を高くするほど小さくなるため、前記第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１は、７〜９Ｖ、より好ましくは８〜９Ｖに設定するのが望ましく、このようにすることにより、低温時でも常温時と大差の無い良好な品質のカラー画像を表示することができる。

なお、上記実施例では、図２に示したように、１フレーム中に、赤、緑、青の３色の単位色画像データを、赤色画像データ、緑色画像データ、青色画像データの順で書込んでいるが、前記３色の単位色画像データの書込み順は任意でよく、また、複数の色の単位色画像データは、赤、緑、青の３色に限らず、例えばマゼンタ、イエロー、シアンの３色にしてもよい。

フィールドシーケンシャル液晶表示装置の分解斜視図。この発明の駆動方法の一実施例を示す１フィールドの駆動シーケンス図。液晶表示素子の電圧−透過率特性図。第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１と第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２とをそれぞれ５Ｖとし、各フィールド毎に０．５Ｖの単位色画像データを書込んだときの２５℃と−２０℃での液晶表示素子の第１行の画素の透過率の変化を示す図。第１リセット電圧Ｖ_Ｒｅ１を５〜９Ｖの範囲の各電圧値に設定し、第２リセット電圧Ｖ_Ｒｅ２を５Ｖとし、各フィールド毎に０．５Ｖの単位色画像データを書込んだときの−２０℃での液晶表示素子の第１行の画素の透過率の変化を示す図。

符号の説明

１…液晶表示素子、６…面光源、１２…表示制御手段。

Claims

液晶分子が実質的に水平配向した液晶層を挟んで対向する一対の基板の対向面に行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の画素を形成する電極が設けられ、前記複数の画素に複数の単位色に対応する単位色画像データが各単位色毎に順次書込まれ、これらの単位色画像データに応じた単位色画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、前記複数の単位色の照明光を前記液晶表示素子に向けて選択的に出射する面光源とを備えたフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法において、
複数の単位色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを複数分割し、前記複数の画素に前記単位色画像データを書き込んで前記単位色画像を表示するフィールド毎に、前記液晶表示素子の複数の画素に前記単位色画像データの書込みに先立って前記単位色画像データに対応する最大電圧値よりも高い予め定めた値の第１リセット電圧と、前記単位色画像データに対応する最大電圧値近傍の予め定めた値の第２リセット電圧とを順次書込み、その後前記各画素に、前記複数の単位色ののうちの１色の単位色に対応する単位色画像データを順次書込み、その単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させることを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法。