JP2008145591A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速応答性を実現する強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示装置において、光の利用効率を高めるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの合成からなる表示画像の動画応答性の改善を図ることのできる液晶表示装置を得る。
【解決手段】強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示装置であって、１フレーム周期内をデータ書き込み期間と、データ書き込み期間後のＡＣ駆動化期間とに分け、データ書き込み期間において、赤、緑、青のバックライトの点灯期間に同期して、同極性の電圧を順次印加して赤、緑、青の表示画像を生成した後に、ＡＣ駆動化期間において、表示画像の生成とは逆極性の電圧を印加する。
【選択図】図４

Description

本発明は、高速応答性を実現する強誘電性液晶（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ：ＦＬＣ）を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示装置に関するものであり、特に、強誘電性液晶のうち、等方相、カイラルネマティック相（コレステリック相）、スメクティックＣ相の相系列をもつ強誘電性液晶（以下の説明においては、このような液晶をＨａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶と称す）を用いて光の利用効率および動画応答性の改善を実現する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、低消費電力、薄型等の魅力に加え、表示性能自体の急速な改善に伴い、平板ＴＶ、携帯用コンピュータ、モニタなど、広範囲に用いられている。このような液晶表示装置の中でも、スメクティックＣ相を用いた強誘電性液晶は、時定数１０μｓ〜数１００μｓと高速な応答が得られることが知られている。

より具体的には、Ｈａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶を充填した液晶パネルを高温より降温すると、カイラルネマティック相（コレステリック相）からスメクティックＣ相への相転移温度で、液晶分子自身の投影成分が配向処理方向に略同一となる。しかし、その際二つのドメインが発生することがある。そのため単一なドメインを得るために、相転移温度近傍でＤＣを印加する方法などが提案されている。そのようにして得られた液晶パネルは、良好な画質を保ちつつ、高速に応答するという特徴を持つ。

このようなＨａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶は、フィールドシーケンシャルカラー方式の適用が容易である。ここで、フィールドシーケンシャルカラー方式とは、時間的に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の映像を順次表示し、時間的にこれらの映像を混合することによりフルカラー表示を得るものである。

このフィールドシーケンシャルカラー方式を液晶表示装置に適用するには、バックライトの表示を時間的に赤、緑、青で切り替えて点灯させ、液晶パネルには、バックライトで点灯された色に対応する映像を、バックライトの切替えと同期して表示させることにより実現できる。

映像を表示するフレーム周期が通常の６０Ｈｚであるとすると、フィールドシーケンシャルカラー方式による色切替え周波数は、その３倍の１８０Ｈｚが必要とされる。したがって、このような高速応答性が要求されるフィールドシーケンシャルカラー方式の実現にあたっては、応答性に優れた上述のＨａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶が適していることとなる。

図７は、一般的な強誘電性液晶を用いた液晶表示装置の一般的な平面図である。フィールドシーケンシャルカラー方式を採用すれば、表示画素を赤、緑、青の３分割にする必要がなく、同じ技術を用いて３倍の高精細化が実現できるメリットがある。

しかしながら、強誘電性液晶においては、上記のように配向させた液晶の特性上、片側の極性電圧の場合のみデータ表示が可能であり、逆極性の場合には表示ができない。そこで、ＤＣ印加に伴う焼き付き等の不具合を避けるためには、駆動としては、ＡＣ駆動をしなければならず、ＡＣ駆動を行った場合には、光の利用効率は、５０％弱になってしまう。

図８は、一般的な強誘電性液晶を用いた液晶表示装置において、フィールドシーケンシャルカラー方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。図８に示すように、ＡＣ駆動をする結果、バックライト側の赤、緑、青の光は、それぞれ「Ａ部」「Ｂ部」「Ｃ部」しか表示に寄与せず、利用効率は、約５０％となってしまう。

これに対して、光の利用効率を向上させる駆動方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図９は、光の利用効率を向上させるための従来の液晶表示装置の駆動方式における駆動シーケンスを示した図である。

この従来の駆動方式では、データ保持期間（図９のＴ１に相当）後にデータ消去期間（図９のＴ２に相当）を設け、先のデータと逆極性の電圧を印加している。さらに、その後、リセット期間（図９のＴ３に相当）として画素電極と共通電極の電圧差を０Ｖとしている。

このように、データ消去期間（Ｔ２）およびリセット期間（Ｔ３）を設けることにより、光の利用効率を高めた上で、液晶に対して電荷の偏りを解消することができ、液晶物質の劣化および液晶パネルの焼き付きを防止できる。

さらに、１フレームの一部期間が表示に寄与するインパルス駆動とすることができ、従来の１フレーム内の全期間が表示に寄与するホールド型駆動と比較して、動画特性の向上が図れる。

特開２００４−２１９９３８号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。従来の駆動方式を採用することにより、光の利用効率およびＲ、Ｇ、Ｂ個々の画像の動画特性の改善を図ることができる。しかしながら、表示画像自体は、Ｒ、Ｇ、Ｂの合成から成り、このような合成された表示画像の動画応答性までは、十分には改善することができないという問題がある。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、高速応答性を実現するＨａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示装置において、光の利用効率を高めるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの合成からなる表示画像の動画応答性の改善を図ることのできる液晶表示装置を得ることを目的とする。

本発明に係る液晶表示装置は、強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示装置であって、１フレーム周期内をデータ書き込み期間と、データ書き込み期間後のＡＣ駆動化期間とに分け、データ書き込み期間において、赤、緑、青のバックライトの点灯期間に同期して、同極性の電圧を順次印加して赤、緑、青の表示画像を生成した後に、ＡＣ駆動化期間において、表示画像の生成とは逆極性の電圧を印加するものである。

本発明によれば、１フレーム周期内をデータ書き込み期間と、データ書き込み期間後のＡＣ駆動化期間とに分け、データ書き込み期間において、同極性の電圧を順次印加して赤、緑、青の表示画像を生成した後に、ＡＣ駆動化期間において、表示画像の生成とは逆極性の電圧を印加することにより、フィールドシーケンシャル方式で高速応答性を実現するＨａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶を用いた液晶表示装置において、光の利用効率を高めるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの合成からなる表示画像の動画応答性の改善を図ることのできる液晶表示装置を得ることができる。

以下、本発明の液晶表示装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の液晶表示装置は、高速応答性に優れたＨａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶を用いて、片側の極性の電圧でのみデータ表示が可能であり、逆極性の電圧ではほぼ黒状態になるというＨａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶の特性を活かした駆動方式を行うことにより、液晶駆動周波数を上げることなく動画応答性を改善することができることを特徴とするものである。

実施の形態１．
まず始めに、液晶表示装置の動画応答性を改善するための方法について説明する。
図１は、動画応答性を模式的に表現した説明図である。具体的には、縦軸が時間であり、横軸が場所を示しており、黒画面の左から灰色の画面が移動していることを示している。

液晶表示装置においては、各画素がフレーム期間中に透過光を出し続けるホールドタイプの表示を行っているため、観測者が見た場合には、一番下のバーに示したように、黒画面から灰色画面に掛けて、徐々に輝度が変化しているように見えてしまう。

これを改善するために、高速駆動方式、あるいは黒挿入方式などが提案されている。図２は、高速駆動方式による動画応答性の改善を模式的に表現した説明図である。先の図１と同様に、縦軸が時間であり、横軸が場所を示しており、黒画面の左から灰色の画面が移動していることを示している。

この図２に示した高速駆動方式では、図１の駆動方式と比較して倍の駆動周波数を用いることにより、徐々に輝度が変化する期間を短くして、動画応答性を改善している。

また、図３は、黒挿入方式による動画応答性の改善を模式的に表現した説明図である。先の図１、図２と同様に、縦軸が時間であり、横軸が場所を示しており、黒画面の左から灰色の画面が移動していることを示している。この図３に示した黒挿入方式では、図１の駆動方式と同じ駆動周波数を用いるが、映像表示期間に対して黒表示期間を多く挿入することにより、擬似インパルス表示を行なって等価的に周波数を上げた場合と同じ効果を得ることにより、動画応答性を改善している。

ここで、Ｈａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶は、上述したように、片側の極性の電圧でのみデータ表示が可能であり、逆極性の電圧ではほぼ黒状態になるという特性がある。したがって、この特性を活かすことにより、図３に示した黒挿入方式の駆動が容易に実現でき、液晶駆動周波数を上げることなく動画応答性を改善することが可能となる。

さらに、本発明の液晶表示装置は、１フレーム周期内において、まずＲ、Ｇ、Ｂの合成からなる表示画像を生成した後に、表示画像の生成とは逆極性の電圧を印加することにより、ＡＣ駆動化と黒挿入方式による駆動を同時に実現することを特徴としている。以下、図面を用いて、本発明の駆動方式を具体的に説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における動画応答性を改善した第１の駆動方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。図４に示したように、１フレーム周期は、データ書き込み期間とＡＣ駆動化期間に分かれている。そして、この第１の駆動方式においては、まず始めにデータ書き込み期間で、同極性の電圧によりＲ、Ｇ、Ｂの表示を連続的に行う。その後、ＡＣ駆動化期間で、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれに対応して、先のデータ書き込み期間で印加した電圧とは逆極性で、かつ同じ大きさの電圧を印加している。

このように、まず、データ書き込み期間において、Ｒ、Ｇ、Ｂの信号により表示画像を生成した後に、ＡＣ駆動化期間において、逆極性を印加して駆動をＡＣ化することにより、表示画像の生成を優先させた上で、ＤＣ印加に伴う焼き付きなどの不具合をなくすことができる。

図４においては、便宜上、画素に書き込むＲ、Ｇ、Ｂのデータを異なる値として示している。このような駆動を行うと、ＡＣ駆動化するだけでなく、先の図３に示したような黒データ挿入と同じ効果を得ることができ、結果として、動画応答性の改善を図ることができる。すなわち、ＡＣ駆動化期間は、ＡＣ駆動化すると同時に、黒挿入の役割も同時に果たすこととなる。

図５は、本発明の実施の形態１における動画応答性を改善した第２の駆動方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。この第２の駆動方式においては、図４に示した第１の駆動方式と比較すると、データ書き込み期間におけるＲ、Ｇ、Ｂのデータ書き込みの際に、リセット期間（図５におけるＴ３Ｒ、Ｔ３Ｇ、Ｔ３Ｂに相当）を設けた点が異なっている。

表示性能に寄与するそれぞれのバックライトの消灯タイミングと同期して、データをリセットするためのリセット期間が挿入されている。このようにすると、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれのデータ書き込みは、データリセット後の一定電圧からの書き込み動作となり、前のデータの書き込み電圧に伴うヒステリシスの影響をなくし、安定したカラー表示が可能となる。

図６は、本発明の実施の形態１における動画応答性を改善した第３の駆動方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。この第３の駆動方式は、先の図４に示した第１の駆動方式と同様に、最初にＲ、Ｇ、Ｂの表示を行い、その後にデータ消去期間を一括して設けた場合を示している。

一例としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの印加電圧の積分値と、データ消去期間の印加電圧の積分値を大きさが同じで逆符号となるように印加することが考えられる。一括したデータ消去期間を設けることにより、ＡＣ駆動化が図れるとともに、ＡＣ駆動化期間に対するデータ書き込み期間をより長くとることができ、バックライトの利用効率が上がり、輝度を改善することができる。

また、図６に示すような一括したデータ消去期間を設けた場合にも、先の図５に示したようなリセット期間（図５におけるＴ３Ｒ、Ｔ３Ｇ、Ｔ３Ｂに相当）を挿入することができ、前のデータの書き込み電圧に伴うヒステリシスの影響をなくし、安定したカラー表示を実現できる。

以上のように、実施の形態１によれば、Ｈａｌｆ−Ｖ Ｓｈａｐｅの強誘電性液晶において、１フレーム周期をデータ書き込み期間と、それに続くＡＣ駆動化期間とに分け、データ書き込み期間においてＲ、Ｇ、Ｂの合成からなる表示画像を優先して生成した後に、ＡＣ駆動化期間においてＡＣ駆動および黒挿入駆動の両者を実現しており、光の利用効率を高めるとともに、Ｒ、Ｇ、Ｂの合成からなる表示画像の動画応答性の改善を図ることができる液晶表示装置を得ることができる。

さらに、ＡＣ駆動化期間における逆極性電圧の印加期間は、赤、緑、青の表示画像のそれぞれに対して個別に設けるばかりでなく、まとめて一括して設けることも可能であり、光の利用効率をさらに改善することができる。

さらに、データ書き込み期間にリセット期間を設けることにより、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれのデータ書き込みは、データリセット後の一定電圧からの書き込み動作とすることができ、前のデータの書き込み電圧に伴うヒステリシスの影響をなくし、安定したカラー表示が可能となる。

なお、本発明では、等方相、カイラルネマティック相（コレステリック相）、スメクティックＣ相の相系列をもつ強誘電性液晶の場合の片側の極性電圧でのみデータ表示が可能となる特徴を有効に利用している。これにより、駆動周波数を上げることなく黒表示を挿入でき、動画応答性の改善を図ることができる。

実際には、両極性の電圧で同等にデータ表示できるネマティック液晶を用いたフィールドシーケンシャルディスプレイにも応用は可能である。ただし、この場合には、黒表示は、電圧で行うことになり、結果、液晶の駆動周波数が上がり、液晶の応答性が追従できない場合がある。

動画応答性を模式的に表現した説明図である。 高速駆動方式による動画応答性の改善を模式的に表現した説明図である。 黒挿入方式による動画応答性の改善を模式的に表現した説明図である。 本発明の実施の形態１における動画応答性を改善した第１の駆動方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。 本発明の実施の形態１における動画応答性を改善した第２の駆動方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。 本発明の実施の形態１における動画応答性を改善した第３の駆動方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。 強誘電性液晶を用いた液晶表示装置の一般的な平面図である。 一般的な強誘電性液晶を用いた液晶表示装置において、フィールドシーケンシャルカラー方式を実施した場合の駆動シーケンスを示した図である。 光の利用効率を向上させるための従来の液晶表示装置の駆動方式における駆動シーケンスを示した図である。

Claims (4)

1. 強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式による液晶表示装置であって、
   １フレーム周期内をデータ書き込み期間と、前記データ書き込み期間後のＡＣ駆動化期間とに分け、前記データ書き込み期間において、赤、緑、青のバックライトの点灯期間に同期して、同極性の電圧を順次印加して赤、緑、青の表示画像を生成した後に、前記ＡＣ駆動化期間において、前記表示画像の生成とは逆極性の電圧を印加することを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記ＡＣ駆動化期間は、前記赤、緑、青の表示画像のそれぞれに対応して個別に設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記ＡＣ駆動化期間は、前記赤、緑、青の表示画像のそれぞれをまとめて一括して設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、
   前記データ書き込み期間は、赤、緑、青に対応するそれぞれの電圧を順次印加する間に、所定のリセット電圧を印加するリセット期間をさらに備えることを特徴とする液晶表示装置。

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