JP3638288B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、複数の列電極と複数の行電極を有する反強誘電性液晶表示パネルを用いた液晶表示装置に関する。
背景技術
反強誘電性液晶は液晶に印加する電圧を無電圧（零）で放置すると反強誘電状態に安定する。以下この安定状態を中立状態という。反強誘電性液晶パネルは該中立状態で暗表示するようにも、明状態を表示するようにも構成でき、本発明はそのいずれにも対応するものであるが、以下の説明は中立状態で暗表示をするものについて説明する。
図７は反強誘電性液晶の印加電圧に対する光透過率を示す図の一例であり、横軸に印加電圧、縦軸に光透過率を示す。
点Ｏで中立状態にある液晶に正の電圧を印加していくと、電圧Ftで急激に透過率が高くなり、電圧Fsでほぼ最大透過率に達し飽和した強誘電状態となる。この後、より高い電圧を印加しても光透過率はさほど変化しない。次に印加電圧を徐々に減少させると、電圧Atで急激に透過率が低くなり、電圧Asで透過率がほぼ零になり反強誘電状態に戻る。同様に電圧を0Vより負の電圧を印加していくと、−Ftで急激に透過率が高くなり電圧−Fsでほぼ最大透過率に達し飽和した強誘電状態となる。この後、印加電圧を徐々に0Vに近づけると、電圧−Atで急激に透過率が低くなり、電圧−Asで透過率がほぼ０となり、反強誘電状態に戻る。上記のように、液晶の強誘電状態には正電圧印加による場合と負電圧の印加による場合とがあるが、以下前者の場合を（＋）強誘電状態、後者の場合を（−）強誘電状態とする。また|Ft|を強誘電閾値電圧、|Fs|を強誘電飽和電圧、|At|を反強誘電閾値電圧、|As|を反強誘電飽和電圧と呼ぶ事にする。
図７に示す印加電圧に対する光透過率特性の曲線（ヒステリシス曲線）は、一般には、時間に対する電圧の変化の割合の絶対値、すなわち|dV/dt|が一定な三角波状の電圧を印加して得る事が多い。しかしこの場合|dV/dt|の値を変えるとヒステリシス曲線の形状も変化し、前記As、Ft、Fs、At等の値も変化してしまうため、これらの値を明確にするには上記|dV/dt|の値を規定する必要がある。しかし本発明者はより実際の駆動状態に即した値を得るため、以下の方法（時間固定法１とする）により図７を得る事とした。
使用温度に於いて対象とする表示装置の１フレーム（後述する）の長さをPt、選択電圧（後述する）を印加する期間の長さをWtとする。
（１）安定した反強誘電状態（中立状態）にある液晶に時間幅がWtで電圧値がVxなるパルス電圧を印加し、該パルス電圧印加終了時に於ける光透過率の値とVxの関係を描画する。Vxの値を変化させてこの操作を繰り返すと図７に於ける点ＯからFtを経由してFsに至る曲線及び点Ｏから−Ftを経由して−Fsに至る曲線が得られる。
（２）次に液晶に上記|Fs|以上の電圧を印加して飽和した強誘電状態としておき、時刻０に印加電圧を|Vz|に減少させて想定する緩和期間（後述する）経過後の光透過率の値とVzの関係を描画する。|Vz|の値を変化させてこの操作を繰り返すと図７に於けるFsからAt、Asを経由して点Ｏに至る曲線及び−Fsから−At、−Asを経由して点Ｏに至る曲線が得られる。
液晶パネルによっては上記（２）の場合に於いて得られる曲線（図７に於いてFs又は−Fsから点Ｏに向かう曲線）が縦軸と交差する場合がある。その主たる原因は液晶の応答性によるものである。すなわち液晶に|Fs|以上の電圧を印加して強誘電状態に維持しておき、時刻０で印加電圧Vzを０にすると、液晶はある時間（以下緩和時間tnという）を経過した後、最終的に反強誘電状態に安定するのであるが、この緩和時間tnが後述する緩和期間よりも長いと上記（２）によって得られる曲線が縦軸と交差する事になる。
このような液晶パネルは実際の駆動に於いて完全な反強誘電状態にする事が困難となり、暗表示を行うことができなくなるため著しくコントラストが低下するものと考えられる。
一般的に液晶パネルの駆動はＮ行の行電極とＭ列の列電極をマトリクス状に形成し、各行電極には行電極駆動回路を介して走査信号を印加し、各列電極には列電極駆動回路を介して各画素の表示データに依存する表示信号（表示データに依存しない部分を含む場合もある）を印加し、該走査信号と表示信号との差の電圧（以下単に合成電圧と言う）を液晶層に印加する事により行う。全ての行電極を走査するに要する期間（１垂直走査期間）は通常１フレーム（又は１フィールド）と称される。液晶駆動に於いては液晶への悪影響（例えばイオンの偏りによる劣化等）を防ぐため、フレーム毎（又は複数フレーム毎）に駆動電圧の極性を反転する。
図９は、Ｎ行の行電極とＭ列の列電極をマトリクス状に形成した液晶パネルに於ける行電極、列電極、画素合成電極の波形を示す。各画素の表示状態を１列（Y1）は全ての行で白、２列（Y2）は１行目が黒でそれ以外の行は白、３列（Y3）は１行毎に黒と白、Ｍ列は全ての行で黒の表示状態とする。
Ｎ行の行電極に印加する走査信号波形は、上から下の行に向かって順次1/N時間ずつずれて印加される。Ｍ列の列電極に印加する表示信号波形は、走査信号波形と同期し、表示状態の白か黒かに応じた波形を印加する。
各画素に於ける合成電圧に着目すると、１行の白表示であるP11と黒表示であるP12では選択期間twに印加される電圧が、白表示P11は大きく、黒表示P12では小さな波形となる。２行目の白表示である画素P21は1/N時間ずれたP11合成電圧とほぼ同一波形となる。ここで、１行と２行に於ける第１フレームF1及び第２フレームF2も1/N時間ずれることとなる。
１つの行電極に印加される走査信号に着目すると、その１垂直走査期間はＮ個の水平走査期間（場合により付加期間が付加される）により構成され、この内当該行上の画素の表示状態を決定するための走査電圧（選択電圧とする）を印加する水平走査期間をその行の選択期間twと称し、それ以外の水平走査期間を総称して非選択期間と言う。
通常、反強誘電性液晶パネルに於いては、反強誘電状態にある液晶を、選択電圧印加時に前記表示信号に基づいて反強誘電状態のまま維持するか、あるいは強誘電状態に移行させるかを決定する。このため前記選択電圧印加に先だって、液晶状態を反強誘電状態に揃えるための期間が必要であり、以下この期間を緩和期間tsと呼ぶ。選択期間tw及び緩和期間ts以外の期間は、決定された液晶状態を保持しておかなければならず、この期間を以下保持期間tkと言う。
図10は特開平４−362990号公報の図１及び図２に記載の駆動方法に基づいて、着目する任意の１画素に印加される走査信号波形（Pa）並びに表示信号波形（Pb、Pb'）、合成電圧波形（Pc、Pc'）及び光透過率L100、L0を示した図である。
図10に於いてF1及びF2はそれぞれ第１フレームと第２フレームを表す。この図はフレーム毎に上記した駆動電圧の極性反転を行っている場合を示す。図から明らかなように第１フレームF1と第２フレームF2では単に駆動電圧の極性を反転するのみであり、前記図７から明らかなように液晶表示装置の動作は駆動電圧の極性に対し対称であるので、以下特に必要がある場合を除き、説明は第１フレームについてのみ行う。
また以下に図示する駆動波形、又はその説明に於いて０と表示する電位は絶対電位を意味するものではなく、単なる基準電位を意味するものであり、したがって何らかの理由により該基準電位が変動する場合には、走査信号及び表示信号も相対的に変動するものとし、また走査信号及び表示信号について電圧というときは該基準電位との電位差を言うものとする。
なお前記の強誘電閾値電圧|Ft|、強誘電飽和電圧|Fs|、反強誘電閾値電圧|At|及び反強誘電飽和電圧|As|のそれぞれの値は（＋）強誘電側と（−）強誘電側とで若干異なる場合があるが、簡単のため以下の説明は両者が等しいものと仮定して行う。
図10に於いて１フレームは選択期間tw、保持期間tk及び緩和期間tsの３つの期間に分けられる。該選択期間twは更に等しい長さの期間tw1とtw2とに分けられる。そして第１フレームF1に於ける走査信号Paの電圧は以下のように設定される。もちろん第２フレームF2では電圧の極性が反転される。ここで±V1が前記選択電圧であり、期間tw2の長さが前記Wtに相当する。
期間 tw1 tw2 tk ts
走査信号電圧 0 ＋V1 ＋V3 0
また表示信号は当該画素の表示状態により下記のように設定される。ここで＊なる記号で示す部分は当該画素と同列上の他の画素の表示データに依存する事を示す。
期間 tw1 tw2 tk ts
オン表示信号電圧 ＋V2 −V2 ＊ ＊
オフ表示信号電圧 −V2 ＋V2 ＊ ＊
図７に示すヒステリシス曲線に於いて例えばAsからFt、あるいはAtからFsまでの曲線は一般に平坦ではないため、該保持期間tsに液晶に印加される電圧が表示信号に依存して偏ると、この期間に於ける輝度に変化が生じてしまう事になる。これを避けるため、通常、表示信号は１水平走査期間内での平均値が０となるように極性が反転される。すなわち期間tw1と期間tw2とで表示信号の極性を反転する。
図10に於いてPb、Pc及びL100は着目する画素が属する列電極上の全ての画素がオン（明）状態である場合に於ける、表示信号波形、合成電圧波形及び光透過率を示す。この場合は期間tw2に液晶に印加される電圧（合成電圧）が|V1＋V2|＞|Ft|（図７参照）であれば、液晶は強誘電状態に移行を始め、光透過率が高くなる。保持期間tkに於いては|V3−V2|＞|At|であれば明状態を保持できる。緩和期間tsに於いては|V2|＜|As|であれば、時間と共に透過率が低下し、強誘電状態から安定した反強誘電状態に緩和するものと期待される。
また図10に於いてPb'、Pc'及びL0は着目する画素が属する列電極上の全ての画素がオフ（暗）状態である場合に於ける、表示信号波形、合成電圧波形及び光透過率を示す。この場合は期間tw2に於ける合成電圧が|V1−V2|＜|Ft|、保持期間tkに印加される電圧が|V3＋V2|＜|Ft|、緩和期間tsに印加される電圧が|V2|＜|Ft|であれば暗状態を示すことができると期待される。
ところが、図10に於いて暗状態L0に破線で示したように、保持期間tkに印加される電圧が|V3＋V2|＜|Ft|であっても、保持期間tk中に光透過率が徐々に高くなり黒を提示出来なくなる結果、コントラストが低下してしまう場合が有る事がわかった。さらにこのこの現象は、期間tw2に印加する電圧が|Ft|と|Fs|の間である場合、すなわち中間階調を表示する場合にも生じる事がわかった。従ってこの現象により、コントラストが低下するばかりか、中間階調を表示する場合にも、保持期間tk中に透過率の平均値が徐々に高くなるため、リニアな階調表示を得られないと言う大きな問題が生じている事が判明した。
発明の概要
そこで本発明が解決しようとする課題は、保持期間tkに於ける光透過率の平均値が変化しないような手段を講じ、黒表示状態を安定化させ、更に階調表示の制御を容易にし、リニアな階調特性でコントラストが高い反強誘電性液晶表示装置を提供することである。
本発明者は、中間調表示時に於ける保持期間tkに液晶に印加される電圧（以下保持電圧と言う）の影響を調べたところ、保持期間tkに於いて透過率の変化がほとんど無い保持電圧（以下最適保持電圧、Vhとする）が前記AtとFtの間に存在することを見出した。
すなわち図11（ａ）に示す通り、対象とする表示装置の１フレームの長さをPt、選択電圧を印加する期間の長さをWtとし、安定した反強誘電状態（中立状態）にある液晶に時間幅がWtで電圧値が図７より得られる|Ft|から|Fs|の間の任意な電圧値|Vx|なるパルス電圧を印加し、該パルス電圧印加終了時に印加電圧を|Vz|に減少させて期間Ptに於ける光透過率の変化を描画する。
図11（ｂ）は|Vx|を固定とした場合に於いて、|Vz|を変化させた時の光透過率の変化を示した図である。図11（ｂ）から明らかなように、|Vz|＝|Vh|とした場合、期間（Pt−Wt）に於いて光透過率がほぼ一定である事が分かる。そして|Vz|が|Vh|よりも大きい場合には期間（Pt−Wt）に於いて光透過率が徐々に増加していくことになり、これが前記従来例の問題点として観測されたものと理解される。また|Vz|が|Vh|よりも小さい場合には期間（Pt−Wt）に於いて光透過率が徐々に減少して行く。
次に図11（ｃ）は|Vz|を図11（ｂ）で得られた最適保持電圧|Vh|とし、|Vx|を変化させた時の光透過率変化を示した図である。この例に於いては|Vx|の値に関わらず、期間（Pt−Wt）の間は光透過率がほぼ一定である事が分かる。
また、図７の光透過率特性の曲線（ヒステリシス曲線）は、前記のように時間固定法１により得たものであるが、図７において光透過率が急激に高くなる部分は、一気に光透過率が上昇するのではなく立ち上がりの最初の部分がやや緩やかに上昇しているため、強誘電閾値電圧|Ft|の値を特定の一点に明確に決められなかった。そのため、時間固定法１により得た特性に基づいて中間階調表示のため印加すべき電圧値を求め中間階調を表示する場合、例えば、黒表示するための電圧値（例えば、Ft）を印加した場合に対して中間階調を表示するための電圧値（例えば、Ft＋Δ）を印加した場合とでは、両者の階調の差は期待するようには得られなかった。従って、本発明の更なる課題は、中間階調表示する場合にも期待される階調が得られるヒステリシス曲線を得る方法を提供することである。
保持期間tkを有する反強誘電性液晶表示装置に於いて、課題を解決するために本発明が用いる手段は以下の如くである。
前記課題を解決するために本発明が用いる第１の手段は、保持期間tkに於ける走査信号電圧の値を、該保持期間tkに於いて表示信号電圧を零にした場合に光透過率がほぼ一定値を保つ値とすることである。
前記課題を解決するために本発明が用いる第２の手段は、保持期間tkに於ける走査信号電圧の値を、該保持期間tkに於いて表示信号電圧が零でない場合に光透過率がほぼ一定値を保つ値とする事である。
前記課題を解決するために本発明が用いる第３の手段は、少なくとも前記保持期間tkに於ける走査信号電圧の値を温度変化に応じて変化させる事である。
前記課題を解決するために本発明が用いる第４の手段は、最適保持電圧を用いることにより、中間階調表示する場合にも期待される階調が得られるヒステリシス曲線が得られる方法を得ることである。
発明の効果
上記手段を用いる事により、保持期間tkに於いて光透過率の平均値変動を制御する事ができるので、暗状態時に於ける透過率が徐々に高くなってコントラストが低下するような現象を無くし、かつフレーム全体での階調制御を容易にしリニアな階調表示を得ることが出来るので高コントラストで階調表示性能が良い反強誘電性液晶表示装置を提供する事ができる。
また、最適保持電圧Vhに対し必要な温度補償を行うので、温度にかかわらず保持期間tkにおいて光透過率を一定に保つことができる。
更に、実駆動に於ける階調とほぼ等しいヒステリシス曲線を得ることができるため、容易に階調表示が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す駆動波形と光透過率を示した図である。
図２は、本発明の第２の実施形態を示す駆動波形と光透過率を示した図である。
図３は、本発明の第３の実施形態を示す駆動波形と光透過率を示した図である。
図４は、本発明の第４の実施形態を示す駆動波形と光透過率を示した図である。
図５は、本発明に用いた反強誘電性液晶パネルの最適保持電圧の温度特性を示した図である。
図６は、本発明の第５の実施形態を示す回路構成のブロック図及び温度補償の様子を示す特性図である。
図７は、反強誘電性液晶パネルの印加電圧に対する光透過率の変化を示す図である。
図８は、反強誘電性液晶パネル印加電圧に対する光透過率を、時間固定法１で駆動した場合と時間固定法２で駆動した場合の特性を示す図である。
図９は、Ｎ行の行電極とＭ列の列電極をマトリクス状に形成した液晶のパネルにおける行電極、列電極、画素合成電極の波形を示す従来図である。
図10は、従来の駆動方法を示す駆動波形と光透過率を示した図である。
図11は、反強誘電性液晶パネルの保持電圧に対する光透過率の変化を示す図である。
発明の詳細な説明
以下図面により本発明の実施の形態につき詳述するが、特に必要がない限り説明は第１フレームについてのみ行い、単に印加電圧の極性が異なるだけの第２フレームについては説明を省略する。
なお|Vh|の値は（＋）強誘電側と（−）強誘電側とで若干異なる場合があるが、簡単のため以下の説明は両者が等しいものと仮定して行う。
図１は本発明の第１の実施形態を示し、着目画素に関する駆動波形図及び光透過率の変化を示す図である。着目する任意の１画素に印加される走査信号波形（Pa）並びに表示信号波形（Pb）、合成電圧波形（Pc）及び光透過率L50を示した図である。図１は着目画素が属する列電極上の全ての画素が中間調状態を示す場合について前記第１の手段を実施した場合を示す。この場合は振幅変調方式により階調を得る方式の実施形態を示しており、選択期間twの前半分の期間をtw1、後ろ半分の期間をtw2としたとき、第１フレームF1に於ける該期間tw1、tw2、保持期間tk、緩和期間tsに於いて各信号が採るべき電圧を表すと次のようになる。
期間 tw1 tw2 tk ts
走査信号電圧 0 ＋V1 ＋Vh 0
表示信号電圧 0 0 0 0
最適保持電圧Vhは前記のようにAtとFtの間の値である。表示信号電圧は零である。
上記実施形態では、V1＝20V、Vh＝7.2Vである。
図１の第１フレームに於いて期間tw1には液晶に印加される電圧は0Vで、光透過率は零である。期間tw2には電圧V1が印加され、光透過率は50％である。保持期間tkでは電圧Vhが印加され、光透過率は50％が維持される。
図２は本発明の第２の実施形態を示し、着目画素に関する駆動波形図及び光透過率の変化を示す図である。図２（ａ）は着目画素が属する列電極上の全ての画素が暗状態を示す場合について前記第２の手段を実施した場合を示す。この場合は選択期間twの前半分の期間をtw1、後ろ半分の期間をtw2としたとき、第１フレームF1に於ける該期間tw1、tw2、保持期間tk、緩和期間tsに於いて各信号が採るべき電圧を表すと次のようになる。
期間 tw1 tw2 tk ts
走査信号電圧 0 ＋V1 ＋Vh 0
表示信号電圧 −V2 ＋V2 ＊ ＊
ただし表示信号の電圧に関しては、|Vh＋V2|＜|Ft|となるように設定した。本実施形態で用いた液晶パネルではVhの値はAtに近く、その結果|Vh−V2|＜|At|となる事となった。
上記実施形態において、V1＝22V、V2＝5V、Vh＝7.2Vである。
図２（ａ）の第１フレームの期間tw1に於いては液晶にはV2なる電圧が印加されるが、光透過率の変化はほとんど無い。期間tw2には（V1−V2）の電圧が印加され、光透過率は若干増加する。保持期間tkでは（Vh＋V2）と（Vh−V2）の電圧が交互に印加され、この電圧変化に基づいた光透過率の変化は観測されたが、保持期間tkに於ける走査電圧の値が従来より低く設定された分だけ透過率の変動量は小さくなった。そして従来問題となっていた光透過率の増加は見られず、本発明の効果が有効である事が確認された。
図２（ｂ）は本発明の第２の手段の実施に於いて、注目画素が明状態と暗状態の間の階調表示状態で、該注目画素が属する列電極上の他の画素が明状態である場合の駆動形図と光透過率L50を示す。階調表示を行う場合、表示信号電圧の大きさを変化させ、液晶に印加される電圧である（V1＋V2）の大きさを変えて階調表示する方式（振幅変調方式）と、（V1＋V2）の大きさは変えずに（V1＋V2）を印加する時間を変えて階調表示する方式（パルス幅変調方式）とがあるが、図２（ｂ）は振幅変調方式により、第１フレームF1に於ける期間tw1、tw2、保持期間tk、緩和期間tsに於いて各信号電圧を次のように設定した場合について示している。
期間 tw1 tw2 tk ts
走査信号電圧 0 ＋V1 ＋Vh 0
表示信号電圧 −V3 ＋V3 ＊ ＊
上記実施形態において、V3＝2Vである。なお、V1,V2,Vhの値は図２（ａ）と同じである。
液晶は、選択期間twの期間tw1に於いては反強誘電状態が維持され、期間tw2にV1−V3が印加されると（＋）強誘電状態に移行を開始し、該期間tw2の終了直後に於いて中間階調状態を示す。保持期間tkに於いて（Vh−V2）が印加されると透過率は降下し、（Vh＋V2）が印加されると透過率は上昇するが、これらの電圧変化に依存する光透過率の変動は互いに打ち消され光透過率はほぼ 一定となる。次に、緩和期間tsで電圧V2、−V2が印加されると、液晶状態は強誘電状態から反強誘電状態に安定する。
すなわち図２（ｂ）のL50の図から明らかなように、中間階調を表示した場合にも本発明の第２の手段によれば、保持期間tkに於いて光透過率が従来のように大きく上昇する現象は見られず、極めて効果的に作用している事が分かる。
実際には注目画素と同列の他の画素は種々な表示するのであるから、保持期間tkに於いて着目画素に印加される電圧の様子は図２（ｂ）より複雑なものとなるが、そのような場合でも本発明の効果は失われない。
図３は本発明の第３の実施の形態を示し、パルス幅変調により階調表示した場合の駆動波形及び光透過率を示す。着目画素と同列の他の画素は全て明状態とする。図３（ａ）に於いて、第１フレームの選択期間twに於ける表示信号電圧は、期間tw1の最初の（tw1−ｊ）なる期間では（−V2）、残りのｊなる期間はV2、期間tw2の最初の（tw−ｊ）なる期間ではV2、残りのｊなる期間は−V2とする。すなわち期間tw2の中で液晶にV1＋V2なる電圧が印加される期間はｊなる期間となる。そこでｊ＝０としたとき液晶が暗状態を示し、ｊ＝tw2としたとき明状態を示すように各電圧を調整し、ｊを変化させれば階調が表示できる。図３（ａ）のLjに示すように、この場合にも保持期間tkに於ける光透過率は上下に変動するが全 体的にはほぼ一定となる。
上記実施形態において、V1＝22V、V2＝5V、Vh＝7.2Vである。
図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）は、パルス幅変調の他の方式を示す波形図である。図３（ｂ）は第１フレームの選択期間twに於ける表示信号電圧を、期間tw1の最初のｊなる期間ではV2、残りの（tw1−ｊ）なる期間は−V2、期間tw2の最初のｊなる期間では−V2、残りの（tw2−ｊ）なる期間はV2とする場合を示す。図３（ａ）及び図３（ｂ）のパルス幅変調方式は、期間twに於ける表示信号電圧の位相をずらせたと見る事も出来る。
図３（ｃ）の場合は第１フレームの選択期間twに於ける表示信号電圧を、期間tw1の最初のｊなる期間ではV2、残りの（tw1−ｊ）なる期間は−V2、期間tw2の最初の（tw2−ｊ）なる期間ではV2、残りのｊなる期間は−V2とする場合を示す。図３（ｄ）の場合は第１フレームの選択期間twに於ける表示信号電圧を、期間tw1の最初の（tw1−ｊ）なる期間では−V2、残りのｊなる期間はV2、期間tw2の最初のｊなる期間では−V2、残りの（tw2−ｊ）なる期間はV2とする場合を示す。
図３（ｂ）から図３（ｄ）の場合も保持期間tkに関し図３（ａ）の場合とほぼ同様の結果を得る。
パルス幅変調で階調表示をする場合に於いても、注目画素と同列の他の画素は実際には種々な表示をするのであるから、保持期間twに於いて着目画素に印加される電圧は図３（ａ）に示すより複雑なものとなる。しかしそのような場合でも本発明の効果は失われない。
ところで図11図（ｂ）に於いてVz＝Vh＋ｍとした場合の光透過率の変化量Tm1とVz＝Vh−ｍとした場合の光透過率の変化量Tm2とは必ずしも等しいとは言えず、また印加電圧の変化に対する前記急速応答が光透過率の増加時と減少時で若干異なる場合も有るため、図２（ｂ）あるいは図３（ａ）に於いて光透過率の変動の増加量Tuと減少量Tdが異なる場合がある。この場合保持期間tkに於いて光透過率が全体として若干変動する事になる。
図４は本発明の第４の実施形態を示す駆動波形図及び光透過率の変化図であり、パルス幅変調方式で階調表示を行う場合について前記第２の手段を実施した形態を示す。すなわち図４に於いて第１フレームの保持期間tkに於いては走査信号電圧をVh＋αとし、第２フレームの保持期間tkに於いては走査信号電圧を−（Vh＋α）とする。例えば第１フレームに於いて保持期間tkに於ける走査信号電圧をVhとした場合に保持期間tkに於ける光透過率の平均値が上昇傾向にある場合はα＜０とすれば良い。また例えば第１フレームに於いて保持期間tkに於ける走査信号電圧をVhとした場合に保持期間tkに於ける光透過率が下降傾向にある場合はα＞０とすれば良い。すなわち図４に於いて|Td|＝|Tu|となるようにαを設定する。
上記実施形態において、V1＝22V、V2＝5V、Vh＝7.2Vである。
この場合、保持期間tkに於ける走査信号電圧の値は最適保持電圧Vhとは異なる電圧となるが、パルス幅変調方式の場合は、図２に示す振幅変調方式による階調表示と異なり、どの階調に於いても保持期間tkに於いて液晶に印加される電圧が長期間走査電圧となる事は無く、必ず正負対称に表示信号が印加されるから何等問題は生じない。
勿論この第２の手段を振幅変調方式で階調表示する場合にも適用しても良いが、加えるべき補正量αは表示の全体的な性能を考慮して決める必要がある。
次に、実施形態１又は実施形態２について環境温度を変化させた所、温度変化によって第１の手段による効果が減少する事が観測された。そこで本実施形態に用いた反強誘電性液晶パネルの各温度に於ける最適保持電圧|Vh|の関係を調べたところ、図５に示す様に、最適保持電圧|Vh|は20℃から40℃に徐々に低くなり40℃を越えるとやや急激に電圧が低くなる温度特性を有している事がわかった。最適保持電圧|Vh|が温度により変化すれば、それに伴ってコントラストの低下を招き、階調表示のリニアリティーも損なわれる。
図６は第５の実施形態を示し、図６（ａ）は前記第３の手段の実施をするための回路構成を示すブロック図であり、図６（ｂ）は第３の手段の実施例を示す温度特性図である。図６（ａ）に於いて反強誘電性液晶パネル１の走査信号が印加される行電極は行電極駆動回路２に接続され、表示信号が印加される列電極は列電極駆動回路３に接続される。該行電極駆動回路２には電源回路４から液晶パネルの行電極を駆動するため必要な電圧±V1（選択期間twの電圧）、±V3（保持期間tkの電圧）の他、行電極駆動回路２の動作に必要な電圧が供給される。該列電極駆動回路３には電源回路４から液晶パネルの列電極を駆動するため必要な電極±V2（表示電圧）の他、列電極駆動回路３の動作に必要な電圧が供給される。
制御回路５は表示データ発生源７からの情報に基づいて前記行電極駆動回路２及び列電極駆動回路３に信号を供給し、該行電極駆動回路２及び列電極駆動回路３はそれぞれ与えられた信号を基に、前記液晶パネル１に±V1、±V3の電圧で構成される走査信号及び±V2で構成される表示信号を供給する。
温度補償手段６は前記液晶パネル１又は該液晶パネル１の近傍の温度を検出し、この結果に基づいて前記±V1、±V2、±V3の内、少なくとも±V3を変化させ常に|V3|＝|Vh|（最適保持電圧）とする。
図６（ｂ）は上記図６（ａ）の構成による温度補償手段により温度に依存して前記走査信号電圧の保持期間tkに於ける電圧|V3|を変化させる場合を示す。V3は温度上昇と共にその電位を低下させ、−V3は温度上昇と共にその電位を上昇させ、どの温度に於いても|V3|が前記図５で得られた最適保持電圧|Vh|となるように補償する。
このように|V3|を温度補償すれば、どの温度でも保持期間tkに於いて光透過率はほぼ一定値を保つ事が出来るから、コントラストの低下や階調表示のリニヤリティーを損なうことがない。
反強誘電性液晶パネルでは前記図７に示したヒステリシス特性が温度によって変化する事が知られている。従って|V3|の温度補償と同時に、|V1|、|V2|についても温度補償を行う事が考えられる。図６（ｃ）は|V2|とともに、また図６（ｄ）は|V1|、|V2|とともに|V3|について温度補償をした実施例を示す。ただしV1と−V1、V2と−V2及びV3と−V3は単に極性が反転するのみであるから簡単のため−V1、−V2、−V3のみについて図示してある。
図６（ｂ）から（ｄ）に示した特性図は固定的なものではない。異なる特性の液晶パネルを用いると、各温度に対する電圧値の最適値も異なるから、個々の値あるいは両者の相対的な関係は異なるものとなるのは当然であり、液晶パネルの特性に合わせて最適な温度補償を行う事は言うまでもない。
ここで補足する。前記図２（ｂ）又は図３（ａ）の光透過率の変化を見ると、保持期間tkに於いて印加電圧が急激に変化した場合の光透過率の変化は２種類の応答から構成されているように見える。すなわち電圧変化に対して急速に光透過率が変化する応答（以下「急速応答」と言う）と、比較的緩やかに光透過率が変化する応答（以下「遅緩応答」と言う）の２つの応答があって、これら２つの応答が合成されたものが実際に観測される光透過率変化だと考える事が出来る。
具体的に言えば、例えば図２（ｂ）の光透過率L50に於いて、期間tw2では急速応答が支配的に観測され、保持期間tkに於いては表示信号電圧が変化する度に先ず急速応答が観測され、続いて遅延応答が観測されているものと考える事が出来る。
この思想に基づいて前記図11（ｂ）を見ると、図11（ｂ）に於いて、期間Wtでは印加電圧が０からVxに変化した事による急速応答が支配的に観測され、該期間wtの直後に印加電圧がVxからVzに変化した事による急速応答が支配的に観測され、その後印加電圧Vzに対応する傾きを持った遅緩応答が観測されていると見る事が出来る。そして図11（ｃ）によれば、当該液晶パネルに於いて急速応答が見られるのは、液晶が完全には（あるいは全部が）強誘電状態とはなっていない場合のみである。すなわち完全に明状態を示す状態では急速応答が観測されていない。
このような結果に基づいて、前記した時間固定法１によるヒステリシス特性に基づく各駆動電圧の設定方法につき再検討すると、以下の点で問題があることがわかる。
（１）期間tw2で中間階調を表示するような電圧を印加しても、保持期間tkの開始時点で保持電圧に変化したとたん光透過率の急速応答が生じ、意図した階調表示が保持できない。
（２）保持期間tkの開始時点で意図した光透過率を得られたとしても、保持期間tkに印加する走査電圧が適当でないと光透過率の遅延応答が生じ、意図した階調表示が行えない。
そこで本発明者は、階調表示を行う場合にも各駆動電圧の設定に有用なヒステリシス曲線を下記の方法（時間固定法２）により得ることとした。
１フレームの長さをPtとし、選択電圧を印加する期間をWtとし、
（１）前記図11に示した方法により最適保持電圧|Vh|を得る。
（２）安定した反強誘電状態にある液晶に時間幅がWtで電圧値がVxなるパルス電圧を印加し、その後（Pt−Wt）の期間に最適保持電圧|Vh|を印加し１フレームPt終了時に於ける光透過率の値とVxの関係を描画する。Vxの値を変化させてこの操作を繰り返すと図７に於ける点ＯからFtを経由してFsに至る曲線及び点Ｏから−Ftを経由して−Fsに至る新たな曲線が得られる。
（３）前記時間固定法１と同様な方法でFsからAtを経由してＯに至る曲線、及び−Fsから−Atを経由してＯに至る曲線を得る。
図８は、図７におけるヒステリシス曲線のうち、点０からFtを経由してFsに至る部分を、従来の時間固定法１により得たものと、上記（１）、（２）で述べた時間固定法２により得たもを比較して表示した図である。
図８に示されているように、時間固定法１により得られたヒステリシス曲線においては、光透過率は印加電圧の上昇と共に緩やかに立ち上がっており、光透過率が０から急激に立ち上がる印加電圧の値Ftを必ずしも明確に特定できない。
しかし、時間固定法２により得られたヒステリシス曲線においては、光透過率が急激に立ち上がっているため、透過率が０から立ち上がる部分の印加電圧の値Ftを明確に特定できる。
従来のヒステリシス曲線では、中間調表示に於いて時間tw2に印加する電圧と光透過率の関係を知ることが容易ではなかった。即ち、時間固定法１で得たヒステリシス曲線では、印加電圧の上昇に対し光透過率の立ち上がりは緩やかであるため、Ftの値を明確に特定出来ず、また、Ftを特定したとしても立ち上がりが緩やかなため、印加電圧をFt＋Δとした場合と比較して光透過率はそれほど変化せず、明確な階調表示は得られない。
これに対し、上記時間固定法２によって得られたヒステリシス曲線を用いることにより、横軸に於ける電圧値は期間tw2に印加する電圧値と対応し、縦軸の光透過率は１フレームでの光透過率（緩和期間tsに於ける変化分を除く）に対応することとなる。このことにより、リニアな階調表示を得る場合は縦軸を均等に分割し、それぞれの光透過率に対応する電圧値を期間tw2に印加すれば容易に階調表示が可能となる。即ち、時間固定法２で得たヒステリシス曲線では光透過率はFtから急激に立ち上がっているため、印加電圧の変化と光透過率の変化が明確に対応しており、印加電圧のわずかな変化でも光透過率は明確に変化する。言い換えれば、特定の光透過率を得るためにそれに対応する印加電圧を特定することができる。中間調を得るには選択電圧をFsとFtの間の電圧にする必要がある。時間固定法２で得たヒステリシス曲線では光透過率が立ち上がる点Ftの値が明確であり、この点から急激に立ち上がっているため、FtとFsの間で選択電圧の値をわずかに変化させるだけで明確な階調表示が得られる。また、Ftの値が明確に特定できるので、Ftからわずかに増加させた値Ft＋ΔとすることによりFtにおける光透過率（即ち、暗）と明確に異なった光透過率（即ち、中間調）を得ることが出来る。上記のように、時間固定法２によって得たヒステリシス曲線を用いることにより、容易に階調表示が可能となる。勿論緩和期間tsでの効果は補正する必要がある。
上記の実施形態の説明は、緩和期間tsが選択期間twと異なる期間に設定された駆動方法について説明したが、緩和期間tsが選択期間tw内に設けられた駆動方法等、他の駆動方法の場合でも適用出来る事は言うまでもない。
また前記の強誘電閾値電圧|Ft|、強誘電飽和電圧|Fs|、反強誘電閾値電圧|At|、反強誘電飽和電圧|As|、最適保持電圧|Vh|、補正量αの値について、それぞれの値が（＋）強誘電側と（−）強誘電側とで等しいものと仮定して説明したが、これらの値が（＋）強誘電側と（−）強誘電側とで異なる場合は、駆動波形の電圧に変更の必要が生じる場合がある事も当然である。

Claims (9)

1. 選択期間twと保持期間tkと、該保持期間tk後、前記選択期間tw前に液晶状態を強誘電状態から反強誘電状態にするための期間である緩和期間tsを有する反強誘電性液晶表示装置において、前記保持期間tkに於ける走査信号電圧の値を、光透過率がほぼ一定値を保つ値である最適保持電圧|Vh|とした事を特徴とする反強誘電性液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の反強誘電性液晶表示装置 において、前記保持期間tkに於ける走査信号電圧の値 を、該保持期間tkに於いて表示信号電圧を零にした場合 に、光透過率がほぼ一定値を保つ値である最適保持電圧 |Vh|とした事を特徴とする反強誘電性液晶表示装置。
3. 請求項１に記載の反強誘電性液晶表示装置 において、前記保持期間tkに於ける走査信号電圧の値 を、該保持期間tkに於いて表示信号電圧が零でない場合 に、光透過率がほぼ一定値を保つ値である最適保持電圧 |Vh|とした事を特徴とする反強誘電性液晶表示装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の反 強誘電性液晶表示装置において、光透過率がほぼ一定値 を保つ走査信号電圧の値|Vh|が、|At|＜|Vh|＜|Ft|であ ることを特徴とする反強誘電性液晶表示装置。
5. 請求項１から３のいずれか１項に記載の反強誘電性液晶表示装置において、少なくとも前記保持期間tkに於ける走査信号電圧の値を温度変化に応じて変化させる事を特徴とする反強誘電性液晶表示装置。
6. 請求項１から３のいずれか１項に記載の反強誘電性液晶表示装置において、選択期間に液晶に印加する最大電圧を変化させて階調を表示する事を特徴とする反強誘電性液晶表示装置。
7. 請求項１から３のいずれか１項に記載の反強誘電性液晶表示装置において、選択期間に液晶に最大電圧を印加する時間を変化させて階調を表示する事を特徴とする反強誘電性液晶表示装置。
8. 反強誘電性液晶表示装置において、保持期間tkに於いて光透過率がほぼ一定値を保つ走査信号電圧値である最適保持電圧|Vh|を得る方法であって、表示装置の１フレームの長さをPt、選択電圧を印加する期間の長さをWtとすると、反強誘電状態にある液晶に時間幅がWtで電圧値が|Ft|から|Fs|の間の任意の固定した電圧値|Vx|なるパルス電圧を印加し、該パルス電圧印加終了時に|Vx|より小さい電圧値|Vz|を印加し、|Vz|を変化させた時の期間Pt−Wtにおける光透過率がほぼ一定である|Vz|の値を|Vh|とした、最適保持電圧|Vh|を得る方法。
9. 反強誘電性液晶表示装置の駆動方法であっ て、
   （１）該表示装置の１フレームの長さをPtとし、選択電 圧を印加する期間をWtとすると、安定した反強誘電状態 にある液晶に時間幅がWtで電圧値がVxなるパルス電圧を 印加し、その後（Pt−Wt）の期間に光透過率がほぼ一定 値を保つ値である最適保持電圧|Vh|を印加し、Vxの値を 設定し１フレームPt終了時に於けるVxの値に対する光透 過率を求め、Vxの値を変化させてこの操作を繰り返しVx が０からFtを経てFsに至る曲線、及び０から−Ftを経て −Fsに至る印加電圧に対する光透過率曲線を得、
   （２）該印加電圧に対する光透過率曲線に基き液晶に印 加する電圧値を変化させて階調表示を行う、
   反強誘電性液晶表示装置の駆動方法。

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