JP2008026817A - 液晶表示装置および液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コントラストおよび輝度の低下など光学特性を改善する液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】マトリクス状に配置された複数の表示画素ＰＸと、複数行の表示画素ＰＸを所定数行単位で駆動するドライバ回路ＧＤ、ＳＤと、行単位で表示画素ＰＸを駆動して非映像信号を書込む非映像信号書込、および、行単位で表示画素ＰＸを駆動して映像信号を書込む映像信号書込を交互に行うようにドライバ回路ＧＤ、ＳＤを制御するコントローラＣＮＴとを備え、複数の表示画素ＰＸのそれぞれは、電極基板１、２間に印加される電圧によって形成される液晶容量Ｃｌｃと、液晶容量Ｃｌｃに結合された補助容量Ｃｓｔｕｐとを有し、コントローラＣＮＴは、非映像信号書込を行う期間に、補助容量Ｃｓｔｕｐに所定の容量を重畳して充電させるようにドライバ回路ＧＤ、ＳＤを制御する制御回路５を有している液晶表示装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、液晶表示装置、特にＯＣＢモードの液晶表示装置、およびその駆動方法に関する。

近年、液晶表示装置はノートパソコン、モニタ、カーナビゲーション、関数電卓、および中小型ＴＶ等、様々な分野に応用されている。なかでも、反射型液晶表示素子は、バックライトが不要であることから低消費電力、かつ、薄型軽量といった利点を活かすべく携帯機器用ディスプレイに応用されている。

特に、高速応答に特徴のあるＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードを使用した液晶表示装置においては、液晶層に含まれる液晶分子の配向状態がベンド配向を保つように、例えば黒挿入駆動などの特殊な駆動方法を用いる必要がある。黒挿入駆動方法とは、１フレーム（リフレッシュレートが６０Ｈｚであれば約１６．７ｍｓｅｃ）に映像信号と黒（非映像）信号を各画素にそれぞれ書き込むような駆動方法であり、ＯＣＢモードの液晶表示装置では、ベンド配向維持と動画のキレ向上を目的としてこのような駆動方法を行っている。

しかしながら、黒挿入駆動方法を行う液晶表示装置においては、１フレーム間で黒信号と映像信号の２つの異なる信号を画素充電しなくてはならないため、黒・映像信号表示時の誘電率と液晶分子の応答速度に起因した黒電圧の低下が発生する。すなわち、映像信号をＶｓ、映像信号表示時の液晶層の誘電率をＥｓとし、黒表示時の信号電圧をＶｂ、誘電率をＥｂとすると、映像信号表示時の液晶層に誘起される電荷Ｃｓは、Ｖｓ・Ｅｓに比例する。

この状態で画素電極に黒信号Ｖｂが充電されると、液晶の応答がｍｓｅｃオーダーと遅くなるために画素充電後の誘電率はＥｂではなくＥｓを保つことから、黒信号の画素充電直後では液晶層に誘起される電荷ＣｂはＶｂ・Ｅｓとなる。

その後、液晶分子が応答することで誘電率はＥｂとなるが、液晶層にかかる電圧は、電荷保持の理論によりＶｂ´＝Ｖｂ・Ｅｓ／Ｅｂとなる。すなわち、液晶分子がｎ型であれば高電圧状態であるＥｂがＥｓよりも大きいため、Ｖｂ´は本来保持しなければならないＶｂよりも小さくなってしまう場合があった。

従来、信号線による映像信号書き込み後に、映像信号に一定の電圧を重畳して駆動することによって、液晶の逆転移を防止するとともに、画面輝度低下の影響を小さくするＯＣＢモードの液晶表示装置が提案されている。（特許文献１参照）
特開２００４−４６２３５号公報

しかし、上記の液晶表示装置によれば、各表示画素によって異なる映像信号に一定の電圧を重畳して駆動しているために、表示画素によっては十分に充電が成されず、黒表示がされない場合があった。その結果、さらに、コントラストおよび輝度の低下が生じる場合があった。

特に、この現象は低温環境になるほど、顕著に現れるため、コントラストの低下や輝度の低下など液晶表示装置の光学特性が悪化する場合があった。

本発明は上記の問題点に鑑みて成されたものであって、コントラストおよび輝度の低下など光学特性を改善する液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様による液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の表示画素と、前記複数行の表示画素を所定数行単位で駆動するドライバ回路と、行単位で表示画素を駆動して非映像信号を書込む非映像信号書込、および、行単位で表示画素を駆動して映像信号を書込む映像信号書込を交互に行うように前記ドライバ回路を制御する制御回路とを備え、前記複数の表示画素のそれぞれは、前記電極基板間に印加される電圧によって形成される液晶容量と、前記液晶容量に結合された補助容量とを有し、前記コントローラは、前記非映像信号書込を行う期間に、前記補助容量に所定の容量を重畳して充電させるように前記ドライバ回路を制御する制御回路を有している。

本発明の第２態様による液晶表示装置の駆動方法は、マトリクス状に配置された複数の表示画素と、前記複数行の表示画素を行単位で駆動するドライバ回路と、前記ドライバ回路を制御する制御回路と、前記複数の表示画素のそれぞれは、前記電極基板間に印加される電圧によって形成される液晶容量と、前記液晶容量に結合された補助容量とを有する液晶表示装置の駆動方法であって、前記コントローラは、行単位で表示画素を駆動して非映像信号を書込む非映像信号書込、および、行単位で表示画素を駆動して映像信号を順次書込む映像信号書込を交互に行うように前記ドライバ回路を制御し、前記非映像信号書込を行う期間に、前記補助容量に所定の容量を重畳して充電させるように前記ドライバ回路を制御する。

本発明によれば、コントラストおよび輝度の低下等、光学特性を改善する液晶表示装置を提供することができる。

以下、本発明の第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回路構成を概略的に示す。液晶表示装置はＯＣＢモードの液晶表示パネルＤＰ、この液晶表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬ、および液晶表示パネルＤＰおよびバックライトＢＬを制御するコントローラＣＮＴを備える。

液晶表示パネルＤＰは一対の電極基板、すなわち、アレイ基板１および対向基板２と、アレイ基板１および対向基板２間に挟持された液晶層３を有している。液晶層３は、例えば、ノーマリホワイトの表示動作のために予めスプレー配向からベンド配向に転移される液晶を液晶材料として含む。本実施形態では、液晶のベンド配向からスプレー配向への逆転移は、黒表示に対応した駆動電圧を液晶層３に周期的に印加することにより阻止される。

また、液晶表示パネルＤＰは、略マトリクス状に配置された表示画素ＰＸからなる表示部を有している。アレイ基板１は、例えばガラス等の透明絶縁基板上を有している。この透明絶縁基板上には、各表示画素ＰＸに複数の画素電極ＰＥが配置されている。

さらに、アレイ基板１は、複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置される複数の走査線Ｇ（Ｇ１〜Ｇｍ）、複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される複数の信号線Ｓ（Ｓ１〜Ｓｎ）、並びに、これら走査線Ｇおよび信号線Ｓの交差位置近傍に配置され各々対応走査線Ｇを介して駆動されたときに対応信号線Ｓおよび対応画素電極ＰＥ間で導通する複数の画素スイッチＷを有する。

各画素スイッチＷは、例えば、薄膜トランジスタからなり、この薄膜トランジスタのゲートが走査線Ｇに接続され、ソース−ドレインパスが信号線Ｓおよび画素電極ＰＥ間に接続されている。

対向基板２は、例えば、ガラス等の透明絶縁基板上に配置される赤，緑，青の着色層からなるカラーフィルタ（図示せず）、および複数の画素電極ＰＥに対向してカラーフィルタ上に配置される対向電極ＣＥ等を有している。

各画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥは例えばＩＴＯ等の透明電極材料からなり、互いに平行にラビング処理される配向膜でそれぞれ覆われ、画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の一部である画素領域と共に表示画素ＰＸを構成する。

複数の表示画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有する。また、画素電極ＰＥは、それぞれ隣接する行に配置された表示画素ＰＸに走査信号を供給する走査線Ｇ間に補助容量Ｃｓｔｕｐを構成する。例えば、図２に示す場合では、走査線Ｇ（ｋ）から画素スイッチＷを介して電圧が印加される画素電極ＰＥは、その隣接する行に配置された表示画素ＰＸの画素電極ＰＥに電圧を印加する走査線Ｇ（ｋ−１）との間に補助容量を形成している。

コントローラＣＮＴは、さらに複数の画素スイッチＷを行単位に導通させるように複数の走査線Ｇ１〜Ｇｍを順次駆動するゲートドライバＧＤ、各行の画素スイッチＷが対応走査線Ｇの駆動によって導通する期間において画素電圧Ｖsを複数の信号線Ｓ１〜Ｓｎにそれぞれ出力するソースドライバＳＤ、バックライトＢＬを駆動するバックライト駆動部ＬＤ、およびゲートドライバＧＤ、ソースドライバＳＤおよびバックライト駆動部（インバータ）ＬＤを制御する制御回路５を備える。

制御回路５は電源投入時に対向電圧Ｖcomを変化させて比較的大きな駆動電圧を液晶層３に印加することにより液晶分子をスプレー配向からベンド配向に転移させる初期化処理を行うように構成されている。

制御回路５は、外部信号源ＳＳから入力される同期信号に基づいて発生される制御信号ＣＴＧをゲートドライバＧＤに出力し、外部信号源ＳＳから入力される同期信号に基づいて発生される制御信号ＣＴＳ、および外部信号源ＳＳから入力される映像信号または黒挿入用の非映像信号をソースドライバＳＤに出力し、さらに対向電極ＣＥに印加される対向電圧Ｖcomを対向基板ＣＴの対向電極ＣＥに対して出力する。

制御回路５では、外部信号源ＳＳから入力される同期信号に基づき、第１期間および第２期間が設定される。第１期間は複数の表示画素ＰＸに対して黒挿入として非映像信号を書込む非映像信号書込を行うために用いられ、第２期間は複数の表示画素ＰＸに対して映像信号を書込む映像信号書込を行うために用いられる。第１期間および第２期間の合計時間長は１フレーム期間に等しい。

ゲートドライバＧＤは、制御信号ＣＴＧの制御により、第１期間において複数の表示画素ＰＸの行を黒挿入走査として順次選択するように複数の走査線Ｇ１〜Ｇｍを順次駆動する。ゲートドライバＧＤは、この第１期間に続く第２期間において、複数の表示画素ＰＸの行を映像信号書込走査として順次選択するように複数の走査線Ｇ１〜Ｇｍを順次駆動する。

他方、ソースドライバＳＤは、第１期間において走査線Ｇ１〜Ｇｍの各々が駆動される間に、１行分の非映像信号を黒レベルの画素電圧Ｖｓとして出力する。さらに、ソースドライバＳＤは、第２期間において走査線Ｇ１〜Ｇｍの各々が駆動される間に、１行分の映像信号を映像レベルの画素電圧Ｖｓとして出力する。上記のように、ソースドライバＳＤは、並列的に複数の信号線Ｓ１〜Ｓｎを駆動する。

１行分の画素電圧Ｖｓは、対応する画素スイッチＷを介して選択行の表示画素ＰＸの画素電極ＰＥに印加される。そうすると、対向電極ＣＥと画素電極ＰＥ間に液晶容量Ｃｌｃが形成される。なお、全表示画素ＰＸに対する画素電圧Ｖｓはカラム反転駆動の場合には画素列毎に逆極性に設定され、フレーム反転駆動の場合にはフレーム毎に逆極性に設定される。

ここで、例えば、図９に示すように黒挿入駆動を行うと、上述したように、１フレーム期間Ｆｒに黒レベルの電圧Ｖｂと、映像レベルの電圧とが画素電圧Ｖｓとして液晶容量Ｃｌｃに書込まれることになる。すなわち、１フレーム期間Ｆｒに画素充電が２度行われることになるが、このままでは前述したように、誘電異方性によって、黒挿入後の液晶印加電圧Ｖｌｃ（＝｜Ｖｄ−Ｖｃｏｍ｜）は所定の電圧Ｖｂとならず、これよりも低い値Ｖｂ´となってしまう。

そこで、本実施形態に係る液晶表示装置では、制御回路５は、表示画素ＰＸの画素電極ＰＥに黒レベルの画素電圧Ｖｓが印加される期間に、隣接する行に配置された表示画素の画素電極ＰＥを選択駆動する走査線Ｇに印加する電圧を変化させる。

すなわち、図２および図３に示すように、走査線Ｇ（ｋ）によって選択駆動された表示画素ＰＸの画素電極ＰＥに、黒レベルの電圧Ｖｂが画素電圧Ｖｓとして印加される期間（非映像信号書込期間）に、隣接する行に配置された表示画素ＰＸを選択駆動する走査線Ｇ（ｋ−１）に印加する電圧を変化させる。

すなわち、本実施形態では、図３に示すように、表示画素ＰＸの画素充電中に、隣接する行に配置された表示画素ＰＸを選択駆動する走査線に入力する操作信号をΔＶｇだけ変化させておき、画素充電後に−ΔＶｇ変化させる。そうすると、図２および図３に示す場合では、走査線Ｇ（ｋ）が選択駆動され、信号線Ｓによって選択された表示画素ＰＸに非映像信号が印加される際に、走査線Ｇ（ｋ−１）に印加される操作信号を変化させる。

このときに、走査線Ｇ（ｋ−１）にはＶｇｏｆｆからΔＶｇ変化させた信号（図３に示す場合、Ｖｇｏｆｆ−ΔＶｇ）が印加される。そして、走査線Ｇ（ｋ）に対応する行の表示画素ＰＸに充電が完了すると、走査線Ｇ（ｋ−１）に印加される信号は−ΔＶｇ変化する。すなわち、走査線Ｇｎ−１には再びＶｇｏｆｆが印加されることになる。

そうすると、本実施形態に係る液晶表示装置では、図２に示すように画素電極ＰＥと隣接する行に配置された表示画素ＰＸを選択駆動する走査線Ｇ（Ｋ−１）との間に補助容量Ｃｓｔｕｐが形成されていることから、上記のように走査線Ｇ（ｋ−１）に印加される電圧を変化させることによって、補助容量Ｃｓｔｕｐに所定の容量が充電される。すなわち、補助容量Ｃｓｔｕｐは液晶容量Ｃｌｃに結合していることから、液晶容量Ｃｌｃを重畳して充電することができる。このことから、黒挿入時の電圧不足分を補うことができ、黒挿入後の画素電位Ｄを所定の黒電位Ｖｂ以下となることを防ぐことができる。

このとき、当段表示画素が対向電圧Ｖｃｏｍに対して正極性となる場合には、ΔＶｇは負の値となり、逆に、当段表示画素が対向電圧Ｖｃｏｍに対して負極性となる場合には、ΔＶｇは正の値となる。また、低温になるほど誘電異方性による黒電圧降下は大きくなるため、ゲート電圧の変化分ΔＶｇを大きくすることで画素電圧に重畳される電圧ΔＶｄを高くすると良い。

すなわち、本実施形態に係る液晶表示装置によれば、コントラストおよび輝度の低下など光学特性を改善する液晶表示装置を提供することができる。

次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して以下に説明する。なお、以下の説明において、上記の第１実施形態に係る液晶表示装置と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図４および図５に示すように、本実施形態では、アレイ基板１は、補助容量線Ｃｓ（Ｃｓ１〜Ｃｓｍ）を有している。複数の補助容量線Ｃｓ１〜Ｃｓｍは各々対応行の表示画素ＰＸの画素電極ＰＥに容量結合して補助容量Ｃｓｔｕｐを構成する。

したがって、本実施形態の場合、図５に示すように、画素電極ＰＥに黒信号（非映像信号）Ｖｂを画素電圧Ｖｓとして充電する際に補助容量電圧を変化させる。画素充電前後、すなわち、走査線Ｇに印加する信号をＶｇｏｎとするタイミングと走査線Ｇに印加する信号をＶｇｏｆｆとするタイミングとの前後において、補助容量線に印加する補助容量電圧をΔＶｓｔだけ変化させる。

例えば、図５に示す場合には、走査線Ｇ（ｋ）に印加される電圧がＶｇｏｎとなるタイミングの前に、補助容量線Ｃｓ（ｋ）に印加される電圧が＋ΔＶｓｔ変化させ、走査線Ｇ（ｋ）に印加される電圧がＶｇｏｆｆとなるタイミングの後に、補助容量線Ｃｓ（ｋ）に印加される電圧が−ΔＶｓｔ変化させている。

すなわち、第１実施形態と同様に、補助容量Ｃｓｔｕｐは液晶容量Ｃｌｃに結合していることから、上記の様に画素電極ＰＥに非映像信号を充電する際に、補助容量線Ｃｓに印加する電圧を変化させることによって、液晶容量Ｃｌｃを重畳して充電することができる。このことから、黒挿入時の電圧不足分を補うことができ、黒挿入後の画素電位Ｄが所定の黒電位Ｖｂ以下となることを防ぐことができる。

すなわち、補助容量線Ｃｓを介して液晶容量Ｃｌｃに所定の補助容量が重畳されるため、上記の実施形態に係る液晶表示装置によれば、走査線Ｇに対する負荷を大きくすることなく、画素電位Ｄに電位ΔＶｄを重畳することが可能となるとともに、第１実施形態に係る液晶表示装置と同様の効果が得られることになる。

さらに、図７及び図８に示した場合では、互いに隣接する表示画素ＰＸにおいて、補助容量Ｃｓｔｕｐはそれぞれ異なる補助容量線Ｃｓと画素電極ＰＥ間に形成されている。例えば、図７に示すように、ある表示画素ＰＸでは、画素電極ＰＥと補助容量線Ｃｓ（ｋ−１）との間に補助容量Ｃｓｔｕｐが形成され、その隣接する表示画素ＰＸでは、画素電極ＰＥと補助容量線Ｃｓ（ｋ）との間に補助容量Ｃｓｔｕｐが形成されている。

上記のように補助容量Ｃｓｔｕｐを形成すると、同一の走査線Ｇに接続されている表示画素ＰＸ間で対向電圧Ｖｃｏｍに対して互いに逆極性の電位を充電することができる。このことによって、図５及び図６に示す場合と同様の効果が得られるとともに、フリッカの低減が可能となる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、上記の実施形態では、非映像信号書込を行う際に走査線Ｇを１行ずつ駆動しているが、これに限らず、複数行同時に駆動して同時に非映像信号書込を行っても良い。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の一構成例を示す図。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の各表示画素の一構成例を説明するための図。 本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の走査線及び信号線の駆動波形の一例を示す図。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一構成例を示す図。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の各表示画素の一構成例を説明するための図。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の走査線、信号線、及び補助容量線の駆動波形の一例を示す図。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の各表示画素の他の構成例を説明するための図。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の走査線、信号線、及び補助容量線の駆動波形の他の例を示す図。 従来のＯＣＢモードの液晶表示装置の駆動波形の一例を説明するための図。

符号の説明

ＰＸ…表示画素、ＧＤ…走査線駆動回路、ＳＤ…信号線駆動回路、ＣＮＴ…コントローラ、１…アレイ基板、２…対向基板、Ｃｌｃ…液晶容量、Ｃｓｔｕｐ…補助容量、５…制御回路

Claims (7)

1. 互いに対向して配置された一対の電極基板と、
   前記一対の電極基板間に挟持された液晶層と、
   マトリクス状に配置された複数の表示画素と、
   前記複数行の表示画素を所定数行単位で駆動するドライバ回路と、
   行単位で表示画素を駆動して非映像信号を書込む非映像信号書込と、行単位で表示画素を駆動して映像信号を書込む映像信号書込とを交互に行うように前記ドライバ回路を制御するコントローラとを備え、
   前記複数の表示画素のそれぞれは、前記電極基板間に印加される電圧によって形成される液晶容量と、前記液晶容量に結合された補助容量とを有し、
   前記コントローラは、前記非映像信号書込を行う期間に、前記補助容量に所定の容量を重畳して充電させるように前記ドライバ回路を制御する制御回路を有している液晶表示装置。
2. 前記複数の表示画素が配列する行に沿って配置された走査線と、
   前記複数の表示画素が配列する列に沿って配置された信号線と、をさらに有する液晶表示装置であって、
   前記補助容量は、前記複数の表示画素のそれぞれに設けられた画素電極と、隣接する行に配置された表示画素の液晶容量に走査信号を供給する走査線との間に形成される請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記複数の表示画素が配列する行に沿って配置された走査線と、
   前記複数の表示画素が配列する列に沿って配置された信号線と、
   前記走査線と略平行に配置された補助容量線と、をさらに有する液晶表示装置であって、
   前記補助容量は、前記複数の表示画素に設けられた画素電極と、前記補助容量線とによって形成される請求項１記載の液晶表示装置。
4. 隣接する表示画素の補助容量は、それぞれの表示画素に配置された画素電極と、互いに異なる補助容量線に印加される電圧によって形成される請求項３記載の液晶表示装置。
5. 互いに対向して配置された一対の電極基板と、
   前記一対の電極基板間に挟持された液晶層と、
   マトリクス状に配置された複数の表示画素と、
   前記複数行の表示画素を行単位で駆動するドライバ回路と、
   前記ドライバ回路を制御するコントローラと、
   前記複数の表示画素のそれぞれは、前記電極基板間に印加される電圧によって形成される液晶容量と、前記液晶容量に結合された補助容量とを有する液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記コントローラは、行単位で表示画素を駆動して非映像信号を書込む非映像信号書込と、行単位で表示画素を駆動して映像信号を順次書込む映像信号書込とを交互に行うように前記ドライバ回路を制御し、
   前記非映像信号書込を行う期間に、前記補助容量に所定の容量を重畳して充電させるように前記ドライバ回路を制御する液晶表示装置の駆動方法。
6. 前記表示画素が配列する行に沿って配置された信号線と、
   前記表示画素が配列する列に沿って配置された走査線と、をさらに有する液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記コントローラは、前記非映像信号書込を行う期間に、隣接する行に配置された表示画素の液晶容量に走査信号を供給する走査線に所定の電圧を印加して前記補助容量に所定の容量を重畳して充電する請求項５記載の液晶表示装置の駆動方法。
7. 前記複数の表示画素が配列する行に沿って配置された走査線と、
   前記複数の表示画素が配列する列に沿って配置された信号線と、
   前記走査線と略平行に配置されているとともに、前記表示画素のそれぞれに配置された画素電極との間に補助容量を形成する補助容量線と、をさらに有する液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記コントローラは、前記非映像信号書込を行う期間に、前記補助容量線に所定の電圧を印加して前記補助容量に所定の容量を重畳して充電する請求項５記載の液晶表示装置の駆動方法。

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