JP2006317873A - フリッカを抑制した液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 極性反転に伴うフリッカを抑えることができる液晶表示装置を提供する
【解決手段】 マトリクス上に配置された複数の画素電極と，画素電極に対向して設けられた共通電極と，画素電極及び共通電極間に設けられた液晶層と，液晶層を透過する光を供給するバックライトとを有する液晶表示装置であり，さらに，所定の期間毎に画素電極と共通電極間に画像データに対応する駆動電圧を極性を反転させて印加制御する制御回路を有する。そして，制御回路は，フレーム期間内において，第１の期間で第１の極性の駆動電圧を印加制御し，前記第１の期間の後の第２の期間で前記第１の極性と反対の第２の極性の駆動電圧を印加制御し，前記バックライトを前記第１の期間で消灯し第２の期間で点灯させるよう制御する。
【選択図】 図３

Description

本発明は，液晶表示装置に関し，特に，フレーム反転方式で駆動される液晶表示装置であってフレーム反転駆動に伴うフリッカを抑制した液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は，共通電極とマトリクス上に配置された画素電極との間に液晶層を設け，両電極の間に画像信号に対応する電圧を印加して液晶層の透過率を変化させ，バックライトからの光を透過させて階調表示を行う。その場合，液晶物質内のイオン成分が長時間駆動により一方の電極側に移動することによる液晶パネルの焼き付き及び液晶物質の劣化などを防止するために，液晶層に印加する電圧の極性を交互に反転させて液晶層を駆動する。１フレーム毎に極性を反転する方式はフレーム反転方式，１ライン毎に極性を反転する方式はライン反転方式と呼ばれている。

一方，液晶物質に強誘電体を利用することで，印加電圧に対する液晶物質の応答速度を高くすることが提案されている。例えば，特許文献１に記載されている。かかる液晶表示装置では，液晶物質に一方の極性のみで電圧印加して書き込み，書き込み後の電圧保持状態でバックライトを点灯し，その後消去のために反転電圧を印加している。そして，フィールドシーケンシャルカラー方式により，カラーフィルタを用いることなく，バックライトの光源にＲＧＢのＬＥＤ素子を利用して，時分割でＲＧＢのフレーム画像を表示しカラー表示を可能にしている。
特開２００４−２１９９３８号公報

従来のフレーム反転方式では，フレーム毎に画素電極と共通電極との間に印加する電圧の極性を反転させている。その場合，ゲート線の駆動に起因するフィールドスルー電圧により，電極間に印加される電圧にばらつきが発生し，フレーム間で輝度値が変動し，フリッカが見えてしまうという課題を有する。ゲート線をＨレベルに駆動してソース線と画素電極間のスイッチ素子であるトランジスタを導通させ，画素電極にソース電圧を印加するが，ゲート線をＬレベルに戻すときに，トランジスタのゲート・ソース間容量による容量カップリングで，トランジスタのソースに接続された画素電極の電圧が変動（低下）する。これがフィールドスルー電圧である。

このフィールドスルー電圧により，正極性に駆動されているフレームでは画素電極の電圧が低下して画素電極及び共通電極間の電圧が低下し，負極性に駆動されているフレームでは画素電極の電圧が低下して画素電極及び共通電極間の電圧が増加する。したがって，両極性のフレームで電極間電圧が同じになるように，共通電極の電圧を調整する必要がある。

しかし，パネル毎にフィールドスルー電圧にばらつきがあるなどの理由から，共通電極の電圧を適切なレベルに調整するには限界がある。したがって，フレーム反転方式の場合にフリッカの問題が残る。

そこで，本発明の目的は，フリッカを抑えることができる液晶表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために，本発明の第１の側面によれば，マトリクス上に配置された複数の画素電極と，前記画素電極に対向して設けられた共通電極と，前記画素電極及び共通電極間に設けられた液晶層と，前記液晶層を透過する光を供給するバックライトとを有する液晶表示装置であり，さらに，所定の期間毎に前記画素電極と共通電極間に画像データに対応する駆動電圧を極性を反転させて印加制御する制御回路を有する。そして，制御回路は，フレーム期間内において，第１の期間で第１の極性の駆動電圧を印加制御し，前記第１の期間の後の第２の期間で前記第１の極性と反対の第２の極性であって前記第１の極性の駆動電圧と同じ電圧の駆動電圧を印加制御し，前記バックライトを前記第１の期間で消灯し第２の期間で点灯させるよう制御する。

上記の第１の側面によれば，毎フレーム同じ極性の駆動電圧が電極間に印加される第２の期間においてバックライトを点灯しているので，フィールドスルー電圧などに起因するフリッカを抑制することができる。しかも，第１の期間で液晶層がすでに駆動されて液晶層の動きが画定しているので，第２の期間では液晶層の応答遅れを伴うことなく駆動され，したがって，第２の期間にバックライトを点灯することが高い精度の階調表示に適している。

上記の目的を達成するために，本発明の第２の側面によれば，マトリクス上に配置された複数の画素電極と，前記画素電極に対向して設けられた共通電極と，前記画素電極及び共通電極間に設けられた液晶層と，前記液晶層を透過する光を供給するバックライトとを有する液晶表示装置であり，さらに，フレーム期間内において，複数の色の駆動電圧で順次前記画素電極と共通電極間を駆動制御する制御回路を有する。そして，制御回路は，各色の駆動電圧で前記電極間を駆動するとき，第１の期間で第１の極性の駆動電圧を印加制御し，前記第１の期間の後の第２の期間で前記第１の極性と反対の第２の極性であって前記第１の極性の駆動電圧と同じ電圧の駆動電圧を印加制御し，前記バックライトを前記第１の期間で消灯し第２の期間で点灯させるよう制御する。

上記の第２の側面によれば，複数の色の駆動電圧で液晶層を順次駆動してカラー表示を可能にするフィールドシーケンシャルカラー表示方式において，各色の駆動期間の第１の期間で第１の極性の駆動電圧を印加しその後の第２の期間で逆極性の駆動電圧を印加し，バックライトを第２の期間で点灯し第１の期間では消灯にするので，バックライトが点灯される駆動電圧は毎フレームで同じになり，液晶層の反転駆動によるフリッカの発生を抑制することができる。

上記第１及び第２の発明において，好ましい態様では，複数のゲート線とそれに交差する複数のソース線とソース線及び画素電極間に設けられゲート線により制御されるスイッチとを有し，第２の期間において，前記複数のゲート線を順次走査して前記ソース線から画素電極に駆動電圧を印加する。第２の期間で書き込みが行われることで，下端部のゲート線の画素電極には，第１の極性の駆動電圧印加状態と第２の極性の駆動電圧印加状態とがバックライトで点灯されるが，フレーム間では常に同じ状態が点灯されるので，フリッカは抑制される。

液晶層を反転駆動することによるフリッカを抑制することができる。

以下，図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し，本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず，特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は，本実施の形態における液晶表示装置の全体構成図である。液晶表示パネルは，複数のソース線D1〜D1024と，それに交差するゲート線L1〜L768と，それらの交差位置に配置されたスイッチ用の薄膜トランジスタTFT及び画素電極４とが形成された第１の基板１と，共通電極が配置された第２の基板２と，バックライト３と，画素電極４と共通電極（図示せず）との間に設けられた液晶層（図示せず）とで構成される。また，基板１，２の両側には偏光板（図示せず）が設けられ，バックライト３からの光が偏光板を透過し液晶層でその偏向方向が回転し別の偏光板を通過することで，バックライトからの光が透過する。液晶層に印加される電圧に応じて液晶分子の方向または傾きが変化し，透過光の回転が制御されてその透過率が制御される。それにより，各画素の階調制御が行われる。

制御回路２０は，表示データDataと同期信号Syncとを入力し，ソースドライバ２２とゲートドライバ２４の駆動を制御する。ゲートドライバ２４は，ゲートドライブ信号に応じて，ゲート線L1〜L768を順次駆動して，各画素のトランジスタTFTを導通状態にする。一方，ソースドライバ２２は，ゲート線の駆動に同期して，各画素の画像データPDとソースドライブ信号SDに応じて，各ソース線D1〜D1024に画像データPDに対応するソース電圧を印加する。さらに，制御回路２０は，共通電極の電圧Vcomの駆動制御と，バックライト３の電圧VBLの点灯制御とを行う。これにより，各画素電極と共通電極間に画像データに対応する駆動電圧が印加される。

図２は，従来のフレーム反転方式によるパネル駆動を示す図である。図中，ゲートドライバによる駆動ＶＧと，画素の印加状態ＰＸと，共通電極電圧Vcomと，バックライト電圧VBLとが示されている。第１のフレーム期間ＦＬ１の最初の期間で，ゲートドライバ２４がゲート線Ｌ１〜Ｌ７６８を順次駆動して走査する。図中ＶＧの三角波の部分がその走査駆動を示す。その時，ソースドライバ２２は，各ソース線Ｄ１〜Ｄ１０２４に正極性のソース電圧を印加し，同時に制御回路２０は共通電極を正極性の電圧で駆動する。それにより，各画素電極ＰＸは順次正極性の電圧で駆動され（図中破線），第１のフレーム期間ＦＬ１内の残りの期間中その状態を維持する。

次に，第１のフレーム期間ＦＬ１に続く第２のフレーム期間ＦＬ２では，同様にゲートドライバがゲート線を順次駆動して走査し，同時にソースドライバ２２が，各ソース線に負極性のソース電圧を印加し共通電極が負極性の電圧で駆動される。それにより，各画素電極ＰＸは順次負極性の電圧で駆動され（図中破線），第２のフレーム期間ＦＬ２内の残りの期間中その状態を維持する。正極性のソース電圧は，Ｌレベルの共通電極電圧よりも高い電圧であり，負極性のソース電圧は，Ｈレベルの共通電極電圧よりも低い電圧である。このように，フレーム毎に極性が反転されるが，フレーム期間ＦＬ１，ＦＬ２で同じ画像データの場合は，画素電極と共通電極との間の電圧値は等しくなる。

従来のフレーム反転方式では，バックライトは常時点灯状態にされる。したがって，第１のフレーム期間ＦＬ１では液晶分子が正極性で駆動された状態で階調表示が行われ，第２のフレーム期間ＦＬ２では液晶分子が負極性で駆動された状態で階調表示が行われる。そのため，複数フレームにわたり同じ階調表示を継続した場合，正極性のフレームと負極性のフレームとでその階調値が異なることがあり，フリッカの原因となる。

図３は，第１の実施の形態におけるパネル駆動を示す図である。図３にも，図２と同様に，ゲートドライバによる駆動ＶＧと，画素の印加状態ＰＸと，共通電極電圧Vcomと，バックライト電圧VBLとが示されている。そして，制御回路は，各フレーム期間ＦＬ１，ＦＬ２において，その前半の第１の期間Ｔ１で，画素電極に正極性の電圧を印加し（画素ＰＸ参照），共通電極に正極性の電圧Vcomを印加して，液晶層に正極性の電圧を印加する。この第１の期間Ｔ１では，バックライトは消灯される。次に，後半の第２の期間Ｔ２で，画素電極に負極性の電圧を印加し（画素ＰＸ参照），共通電極に負極性の電圧Vcomを印加して，液晶層に負極性の電圧を印加する。この第２の期間Ｔ２では，バックライトが点灯される。各期間Ｔ１，Ｔ２の始まりで，ゲートドライバがゲート線Ｌ１〜Ｌ７６８を順次駆動して走査し（図中ＶＧの三角波参照），各画素のトランジスタＴＦＴを導通させ，各画素の印加電圧がそれぞれ前の極性の電圧から次の極性の電圧に変更される。

図３に示したとおり，制御回路は，各フレーム期間ＦＬ１，ＦＬ２において，バックライトを消灯したまま第１の期間Ｔ１で順次ゲート線を走査しながら正極性の電圧を液晶層に印加する。このとき，液晶層内の液晶分子は所定の遅延特性をもって印加電圧に対応する位置に移動する。そして，制御回路は，バックライトを点灯したまま第２の期間Ｔ２で順次ゲート線を走査しながら負極性の電圧を液晶層に印加する。液晶層には極性を反転させる前と同じ電圧が印加されるので，印加電圧に依存する液晶分子の位置は変更されず，単に液晶層からなる誘電体の正電荷と負電荷とが入れ替わるのみである。したがって，第２の期間Ｔ２では液晶分子の遅延特性はほとんどない。そして，各フレーム期間の第２の期間でのみバックライトが点灯されて階調表示が行われる。毎フレームにおける第２の期間では，画素の液晶層には負極性の電圧が印加されるので，フレーム間で同じ階調状態が維持されるとき，表示される階調値は一定に保たれ，フリッカの発生が抑制される。

図３の第１の実施の形態では，第２の期間Ｔ２の最初に，ゲート線Ｌ１〜Ｌ７６８を走査して各画素に画像データの書き込みが行われる。そのため，最初に走査されるゲート線Ｌ１の画素では，バックライト点灯中全て負極性に駆動される。一方，最後に走査されるゲート線Ｌ７６８の画素では，バックライト点灯中最初は正極性に駆動され，その後負極性に駆動される。しかし，フレームＬ１，Ｌ２の間では同じ状態（正極性駆動と負極性駆動とが混在）になるので，フレーム間でのフリッカは抑制される。

このように，第１の実施の形態では，フレーム毎に極性を反転させるフレーム反転駆動ではなく，フレーム期間内で駆動電圧の極性を反転させる。つまり，フレーム期間ＦＬ１，ＦＬ２の前半で画素を第１の極性で駆動し後半で画素を第１の極性とは逆極性の第２の極性でかつ同じ電圧で駆動し，第２の極性で駆動される期間のみバックライトを点灯させている。なお，フレーム期間の前半の期間Ｔ１で負極性による駆動をして，後半の期間Ｔ２で正極性による駆動をしても良い。その場合は，正極性で駆動された期間Ｔ２においてバックライトが点灯制御される。また，時間的に余裕があり且つ十分な輝度が得られる場合は，第２の期間Ｔ２中，ゲート線の走査期間を除いた期間でバックライトを点灯させるようにしても良い。

図４は，従来のフィールドシーケンシャル方式による液晶表示装置の駆動を示す図である。フィールドシーケンシャル方式は，各フレームＦＬ１，ＦＬ２を３つの原色Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）のプレーンを表示する期間に分割し，Ｒの期間でゲート線を走査してパネル内にＲプレーンの画像を表示し，その次にＧの期間でゲート線を走査してパネル内にＧプレーンの画像を表示し，最後にＢの期間でゲート線を走査してパネル内にＢプレーンの画像を表示する。そして，各期間Ｒ，Ｇ，Ｂでゲート線走査中は，前期間の色の状態と現期間の色の状態とが混在するので，表示色が混ざらないようにするため，走査中はバックライトを消灯し走査後のデータ保持期間で対応する色のバックライトを点灯する。つまり，３色分のバックライトが設けられ，各期間ＲＧＢでは対応する色のバックライトが点灯され，１つのフレーム期間ＦＬ内で３色の表示が時分割で行われる。また，フレームＦＬ１では各画素及び共通電極に正極性の電圧が印加され，次のフレームＦＬ２では各画素及び共通電極に負極性の電圧が印加されて，フレーム反転駆動される。

このようにフィールドシーケンシャル方式の場合も，フレーム反転方式を採用すると，フレーム毎に印加される電圧の極性が反転するので，同じ階調を継続して表示する場合，フレーム毎に極性が異なることで表示される階調値に変動が生じフリッカの原因となる。

図５は，第２の実施の形態におけるフィールドシーケンシャル方式によるパネル駆動を示す図である。第２の実施の形態においても，フレーム期間ＦＬ１，ＦＬ２がそれぞれ，ＲＧＢの駆動及び表示期間に３分割されている。ただし，第２の実施の形態では，フレーム反転駆動は行わずに，ＲＧＢの各駆動及び表示期間内で画素を反転駆動する。

フレーム期間ＦＬ１では，最初の期間Ｒの前半でゲート電極を走査して全画素をＢの負極性の電圧駆動状態からＲの正極性の電圧駆動状態にし，期間Ｒの後半で再びゲート電極を走査して全画素をＲの負極性の電圧駆動状態にする。それに伴って，共通電極の電圧Vcomも正極性と負極性とに切り換えられる。このとき，期間Ｒの前半ではバックライトを消灯し後半でＲのバックライトを点灯する。それにより，期間Ｒの後半でＲのプレーン画像が表示される。この後半では最初に走査される一部の画素では負極性電圧駆動状態でバックライト点灯され，最後に走査される一部の画素では正極性電圧駆動状態でバックライト点灯され，残りの画素では正極性と負極性電圧駆動状態が混在してバックライト点灯される。

そして，期間Ｒの後半でゲート線走査に伴う画素電極駆動及び共通電極駆動で，各画素の液晶分子に印加される電圧の極性が反転されるが，前半で極性こそ逆であるが同じ電圧で既に駆動されているので，液晶分子の移動はなく電荷のみ反転する。したがって，極性反転による液晶分子の遅延動作はない。

フレーム期間ＦＬ１の次の期間Ｇでも，期間Ｒと同様に，前半でゲート電極を走査して全画素をＲの負極性の電圧駆動状態からＧの正極性の電圧駆動状態にし，期間Ｇの後半で再びゲート電極を走査して全画素をＧの負極性の電圧駆動状態にする。それに伴って，共通電極の電圧Vcomも正極性と負極性とに切り換えられる。このとき，期間Ｇの前半ではバックライトを消灯し後半でＧのバックライトを点灯する。それにより，期間Ｇの後半でＧのプレーン画像が表示される。さらに，その後の期間Ｂでも，上記と同様である。

そして，次のフレーム期間ＦＬ２でも，フレーム期間ＦＬ１と同じようにゲート線，ソース線，画素電極，共通電極が駆動され，ＲＧＢのバックライトが点灯される。つまり，フレーム反転方式は採用されず，各フレーム期間内の期間Ｒ，Ｇ，Ｂで，画素に印加される電圧極性は同じであり，図５の例では，各期間Ｒ，Ｇ，Ｂ内において，正極性電圧駆動状態から負極性電圧駆動状態に反転される期間でのみそれぞれの色のバックライト点灯が行われる。したがって，フレーム間ではバックライト点灯中の表示状態は同じ画素についてみれば常に同じであるので，同じ輝度表示を継続する場合でも，フレーム間での輝度のばらつきがなくフリッカを抑制することができる。

なお，図５においてゲート電極ＶＧに示すように，期間Ｒ，Ｇ，Ｂの前半期間中に全ゲート線の走査が行われ後半期間中でも全ゲート線の走査が行われる。ただし，走査速度がより速くなり時間的に余裕がある場合は，期間Ｒ，Ｇ，Ｂの後半期間において，全ゲート線の走査期間とその状態を保持する保持期間とが設けられても良い。さらに，正極性と負極性とを逆にしてもよいのは，第１の実施の形態と同じである。その場合でも，期間Ｒ，Ｇ，Ｂの前半期間ではバックライトは消灯され，後半期間において対応する色のバックライトの点灯が行われる。

上記第２の実施の形態において，各期間Ｒ，Ｇ，Ｂの前半は，異なる色の電圧印加状態が混在するのでバックライトは消灯され，後半で同じ色の電圧印加状態が維持されるので（極性は異なるが）その色のバックライトが点灯される。このバックライトの点灯割合は，図４の従来例と同じであり，点灯比率が低下することはない。

以上の通り，フィールドシーケンシャル方式において，各色の駆動期間で極性反転駆動を行うことで，液晶物質の劣化を防止しつつ，フリッカの発生を抑制することができる。

本発明によれば，正負の両極性電圧駆動に伴うフリッカの発生を抑制した液晶表示装置を提供できる。

本実施の形態における液晶表示装置の全体構成図である。 従来のフレーム反転方式によるパネル駆動を示す図である。 第１の実施の形態におけるパネル駆動を示す図である。 従来のフィールドシーケンシャル方式による液晶表示装置の駆動を示す図である 第２の実施の形態におけるフィールドシーケンシャル方式によるパネル駆動を示す図である。

符号の説明

ＦＬ１，ＦＬ２：フレーム期間 Ｔ１：第１の期間 Ｔ２：第２の期間
ＰＸ：画素電極への印加電圧極性 Vcom：共通電極への印加電圧極性
ＶＢＬ：バックライト点灯電圧

Claims (6)

1. マトリクス上に配置された複数の画素電極と，前記画素電極に対向して設けられた共通電極と，前記画素電極及び共通電極間に設けられた液晶層と，前記液晶層を透過する光を供給するバックライトとを有する液晶表示装置であって，
   さらに，所定の期間毎に前記画素電極と共通電極間に画像データに対応する駆動電圧を極性を反転させて印加制御する制御回路を有し，
   当該制御回路は，フレーム期間内において，第１の期間で第１の極性の駆動電圧を印加制御し，前記第１の期間後の第２の期間で前記第１の極性と反対の第２の極性であって前記第１の極性の駆動電圧と同じ電圧の駆動電圧を印加制御し，前記バックライトを前記第１の期間で消灯し第２の期間で点灯させるよう制御することを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１において，さらに，複数のゲート線とそれに交差する複数のソース線とソース線及び画素電極間に設けられゲート線により制御されるスイッチとを有し，
   前記制御回路は，前記第１の期間において，前記複数のゲート線を順次走査して前記ソース線から画素電極に前記第１の極性の駆動電圧を印加し，前記第２の期間において，前記複数のゲート線を順次走査して前記ソース線から画素電極に前記第２の極性の駆動電圧を印加することを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１または２において，さらに，前記画素電極に対応して，複数の色に対応するカラーフィルターが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
4. マトリクス上に配置された複数の画素電極と，前記画素電極に対向して設けられた共通電極と，前記画素電極及び共通電極間に設けられた液晶層と，前記液晶層を透過する光を供給するバックライトとを有する液晶表示装置であって，
   さらに，フレーム期間内において，複数の色の駆動電圧で順次前記画素電極と共通電極間を駆動制御する制御回路を有し，
   当該制御回路は，各色の駆動電圧で前記電極間を駆動するとき，第１の期間で第１の極性の駆動電圧を印加制御し，前記第１の期間後の第２の期間で前記第１の極性と反対の第２の極性であって前記第１の極性の駆動電圧と同じ電圧の駆動電圧を印加制御し，前記バックライトを前記第１の期間で消灯し第２の期間で点灯させるよう制御することを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項４において，さらに，複数のゲート線とそれに交差する複数のソース線とソース線及び画素電極間に設けられゲート線により制御されるスイッチとを有し，
   前記制御回路は，前記第１の期間において，前記複数のゲート線を順次走査して前記ソース線から画素電極に前記第１の極性の駆動電圧を印加し，前記第２の期間において，前記複数のゲート線を順次走査して前記ソース線から画素電極に前記第２の極性の駆動電圧を印加することを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項４または５において，前記制御回路は，各色の駆動電圧で電極間を駆動するとき，第２の期間でのバックライトの点灯は，対応する色のバックライトについて行うことを特徴とする液晶表示装置。

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