JP3827756B2 - Ｌｃｄ駆動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＯＣＢモードＬＣＤ（液晶表示素子）の駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、図３に示すように２枚の偏光板１，２の間に、２軸性フイルム３とベンド・セル４を配した構造のＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence(複屈折））モードＬＣＤが東北大学によって開発され、それに関連した次の論文が発表され注目されている。
【０００３】
▲１▼「 Wide viewing angle display mode for active matrix LCD using bend alignment liguid crystal cell 」；東北大学 Ｔ. Ｕchida 他；EURODISPLAY '93 digest, p.149 〜 p.152(1993)
▲２▼「広視野角と高速応答を同時に実現するセル技術を開発」；東北大学 内田龍男；フラットパネルディスプレイ1995, 日経ＢＰ社 日経マイクロデバイス編ｐ.150〜p.154(1994)
このＯＣＢモードＬＣＤは複屈折によって生じる偏光状態の変化を３次元的に補償することによって、広視野角特性と高速応答性を同時に実現したものである。
【０００４】
液晶の様に光学的に一軸性の物質は、光軸からずれた方向では複屈折現象が生じる。この問題を解決するためには光学的に複屈折を補償して取り除く必要がある。しかし、ツイスト構造のＴＮ−ＬＣＤでは、その補償方法は非常に難しい。しかし、液晶を一方向に配向させたような光学的に一軸性の物質では比較的容易であり、その結果、図３のＯＣＢセルが誕生したのである。
【０００５】
液晶分子のプレティルト角（基板内面に対する液晶分子の長軸の傾き角度）を上基板と下基板で逆に配向させると、図４に示すように、▲１▼スプレー、▲２▼ツイスト、▲３▼ベンドの各状態のいずれかになる。どの状態になるかを調べるために、ギブス（Gibbs)の自由エンタルピイＧが内田、他によって求められた。それを図５に示す。図５から分かるように、スプレイ、ツイスト、ベンドのうち、どの状態になるかを決めるクリティカルな電圧（臨界電圧と言う）Ｖcrが存在する。また臨界電圧Ｖcrより低い場合はスプレイ状態になり、高い場合はツイスト状態或いはベンド状態になることが分かった。
【０００６】
臨界電圧Ｖcrより高い場合に生ずるツイスト状態は液晶セルの内、中央部の僅か±１０％以下の領域だけであるので、Ｖcr以上ではベンド状態と考えても光学特性に差がでない。従って、ベンド状態で代表させることができる。
重要なのは、ＯＣＢモードＬＣＤはセルに印加する駆動電圧が臨界電圧Ｖcr以上になるように駆動しなければならないと言うことである。しかし、現在のところその駆動装置は公表されていないように思われる。ここでは、この発明を得る前の段階で考えられた駆動装置について図６を参照して説明する。
【０００７】
ＯＣＢモードＬＣＤ１００の列状の信号電極は信号電極ドライバ５により駆動され、また行状の走査電極は走査電極ドライバ６により駆動される。信号電極ドライバ５及び走査電極ドライバ６にタイミング回路７よりタイミング信号が供給される。タイミング回路７にはクロック発生器８よりクロックが供給されると共に、外部より水平同期信号Ｓh 及び垂直同期信号Ｓv が供給される。
【０００８】
外部よりビデオ信号ＶがＡ／Ｄ変換器９に入力され、黒レベルから白レベルまでを６ビット（６４階調）や８ビット（２５６階調）などのデジタルデータに変換され、Ｄ／Ａ変換器１０に入力される。Ｄ／Ａ変換器１０で入力信号は液晶を駆動するのに必要な電圧レベルにアナログ変換される。このとき、Ｄ／Ａ変換器１０へデータ用電圧発生器１１から供給するデータ用電圧を前述の臨界電圧Ｖcr以上にすることで、ＯＣＢセル１００にＶcr以下の電圧がかからないようにしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明を得る前の段階で考えられたＯＣＢモードＬＣＤの駆動装置では、Ａ／Ｄ変換器９で黒レベルから白レベルまでを例えば６ビット（６４階調）または８ビット（２５６階調）のデジタルデータに変換したとすれば、液晶の交流化駆動のために正負両極性の電圧が必要であるので、６４×２＝１２８種類または２５６×２＝５１２種類もの電圧が必要になる。そのためデータ用電圧発生器１１及びＤ／Ａ変換器１０の回路構成が複雑になる問題があった。
【００１０】
この発明の目的は、ＯＣＢモードＬＣＤに対する駆動装置の簡単化、経済化を図ろうとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１の発明のＬＣＤ駆動装置は、ビデオ増幅器と、そのビデオ増幅器の出力（Ｖ₂ ）より同相のビデオ信号（Ｖ₃ ）と逆相のビデオ信号（Ｖ₃ ^* ) とを生成する両極性ビデオ信号発生器と、その両極性ビデオ信号発生器より入力される同相のビデオ信号（Ｖ₃ ）と逆相のビデオ信号（Ｖ₃ ^* ) とを所定時間ずつ交互に切換選択するマルチプレクサと、そのマルチプレクサの出力信号を入力して、ＯＣＢモードＬＣＤの信号電極を交流駆動する信号電極ドライバと、ＬＣＤの走査電極を駆動する走査電極ドライバとにより構成される。
【００１２】
更に、この発明ではビデオ増幅器、両極性ビデオ信号発生器、マルチプレクサのいずれかの回路内または回路と回路の間にリミッタ回路を設け、液晶セルに印加する駆動電圧の大きさを、ＯＣＢモード液晶がベンド状態を維持するのに必要な臨界電圧（Ｖ_Cr）以上に制限するものである。
（２）請求項２の発明では、前記（１）において、リミッタ回路が、入力端子と出力端子との間に接続された抵抗器（Ｒ₁ ）と、出力端子とクリップ電圧入力端子との間に接続された定電圧しきい値素子（Ｄ）とにより構成される。
【００１３】
【発明の実態の形態】
この発明の実施例を図１に、図６と対応する部分に同じ符号を付けて示し、重複説明を省略する。この発明では入力ビデオ信号Ｖ₁ はビデオ増幅器２１で所定のレベルまで増幅された後リミッタ回路２２に入力され、ＯＣＢセル１００に印加される電圧が臨界電圧Ｖcr以下にならないように、大きさが制限される。大きさの制限されたビデオ信号Ｖ₂ は両極性ビデオ信号発生器２３に入力され、交流駆動のために必要な同相のビデオ信号Ｖ₃ と逆相のビデオ信号Ｖ₃ ^* とが作られ、マルチプレクサ２４に供給される。マルチプレクサ２４では、両極性のＶ₃ とＶ₃ ^* とを所定時間ずつ交互に切換選択して信号電極ドライバ５に供給する。信号電極ドライバ５はビデオ信号Ｖ₃ またはＶ₃ ^* でＬＣＤの信号電極を駆動する。
【００１４】
リミッタ回路２２と両極性ビデオ信号発生器２３の回路の一例と、要部の波形図を図２に示す。いま簡単化のためアクティブマトリックスＬＣＤの場合は、基準電圧Ｅvcが共通電極（液晶を介して画素電極（表示電極）と対向する）に印加され、また単純マトリクスＬＣＤの場合は走査電極（信号電極と液晶を介して対向する）が基準電圧Ｅvcで順次駆動されるものとする。
【００１５】
リミッタ回路２２は抵抗器Ｒ₁ とダイオードＤの逆Ｌ形回路で構成される。抵抗器Ｒ₁ の入力端にビデオ信号Ｖ₂ が、ダイオードＤのカソードにクリップ電圧
Ｅ＝Ｅvc−Ｖcr−Ｖ_f ……… （１）
が印加される。しかしＶ_f はダイオードＤの順電圧である。Ｔo はクリップ電圧入力端子である。図２Ｂに示すようなビデオ信号Ｖ₂ が入力端子ＩＮに入力されたとすると、基準電圧Ｅvcとの差Ｅvc−Ｖ₂ がＯＣＢセルの臨界電圧Ｖcrまたはそれ以下になると、ダイオードＤの端子電圧Ｖ_D は

となり、Ｖ_D は順電圧Ｖ_f またはそれ以上となるので、ダイオードＤはオンとなり、このときリミッタの出力電圧Ｖ₃ は
Ｖ₃ ＝Ｅ＋Ｖ_f ＝Ｅvc−Ｖcr ……… （３）
にクランプされる。従って図２Ｂに示したビデオ信号Ｖ₂ のピーク波形Ｖp がクリップされ、Ｖp のないビデオ信号Ｖ₃ が出力端子ＯＵＴo に得られる。図２Ｃから明らかなように、
Ｅvc−Ｖ₃ ≧Ｖcr ……… （４）
となる。ビデオ信号Ｖ₃ は両極性ビデオ信号発生器２３に入力され、電圧利得が１の電圧ホロア回路２３ａを通して出力端子ＯＵＴ₁ 及び反転増幅器２３ｂに供給される。反転増幅器２３ｂは演算増幅器Ｑ₂ と抵抗値の相等しい抵抗器Ｒ₂ ，Ｒ₃ で構成される。その電圧利得Ｇは、Ｒ₂ ，Ｒ₃ を抵抗値を表すものとすれば、
Ｇ＝−Ｒ₃ ／Ｒ₂ ＝−１ ……… （５）
となる。演算増幅器Ｑ₂ の正相入力端子には基準電圧Ｅvcが供給されているので、反転増幅器２３ｂの入力電圧Ｖ_inは、
Ｖ_in＝Ｖ₃ −Ｅvc ……… （６）
となる。従ってＥvcを基準とした出力電圧Ｖ_out は、
Ｖ_out ＝−Ｖ_in＝−（Ｖ₃ −Ｅvc） ……… （７）
となり、出力端子ＯＵＴ₂ と端子Ｔ₂ との間の電圧として出力される。出力端子ＯＵＴ₂ の電圧をＶ₃ ^* とすれば、
Ｖ₃ ^* ＝Ｖ_out ＋Ｅvc＝−Ｖ_in＋Ｅvc ……… （８）
∴Ｖ₃ ^* −Ｅvc＝−（Ｖ₃ −Ｅvc） ……… （８′）
図２Ｃから明らかなように、Ｖ₃ とＶ₃ ^* とはＥvcに対して互いに対称となる。また基準電圧Ｅvcは電圧Ｖ₃ とＶ₃ ^* の中心電圧と言うこともできる。
【００１６】
既に述べたようにＯＣＢセルにおいて、液晶を挟んで対向する一方の電極には基準電圧Ｅvcが印加され、他方の電極には信号電極を通じて駆動電圧Ｖ₃ またはＶ₃ ^* が交互に供給される。従ってＯＣＢセル間に印加される電圧の大きさは図２Ｃから分かるように、信号電極にＶ₃ が印加されたときは｜Ｖ₃ −Ｅvc｜＝｜Ｖ_in｜となり、この値は（４）式より
｜Ｖ₃ −Ｅvc｜＝｜Ｖ_in｜≧Ｖcr ……… （９）
またＶ₃ ^* が信号電極に印加されたときは｜Ｖ₃ ^* −Ｅvc｜となり、この値は（８）式より｜Ｖ_in｜に等しく、従って（９）式より
｜Ｖ₃ ^* −Ｅvc｜＝｜Ｖ_in｜≧Ｖcr ……… （10）
となる。このようにしてＶ₃ ，Ｖ₃ ^* いずれを印加した場合もＯＣＢセルには臨界電圧Ｖcr以上の電圧が印加される。
【００１７】
図１の例ではリミッタ回路２２をビデオ増幅器２１と両極性ビデオ信号発生器２３との間に設けたが、同様の機能を有するリミッタ回路をビデオ増幅器２１、両極性ビデオ信号発生器２３、マルチプレクサ２４のいずれかの回路内または回路と回路の間に設けてもよい。
またリミッタ回路２２のダイオードＤの代わりに、直列接続された複数のダイオードや他の定電圧しきい値素子を用いてもよい。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明ではビデオ増幅器２１、両極性ビデオ信号発生器２３、マルチプレクサ２４のいずれかの回路内または回路と回路の間に簡単なリミッタを設けることによってＯＣＢセルに印加される電圧を臨界電圧Ｖcr以上に保持している。従って、この発明によれば簡単で経済的なＯＣＢセルの駆動装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】Ａは図１のリミッタ回路２２と両極性ビデオ信号発生器２３の一例を示す回路図、Ｂ及びＣはＡの要部の信号波形図。
【図３】ＯＣＢモード液晶セルの原理的な構成を示す斜視図。
【図４】液晶のプレティルト角を上下基板で逆に配向させた場合に生ずる液晶分子の３つの配向状態を示す原理的な液晶セルの正面図。
【図５】スプレイ、ベンド及びツイストモードの液晶セルの自由エンタルピィ対印加電圧特性を示すグラフ。
【図６】この発明を得る前の段階で考えられたＯＣＢモードＬＣＤに対する駆動装置のブロック図。

Claims (2)

1. ビデオ増幅器と、
   前記ビデオ増幅器の出力より同相のビデオ信号と逆相のビデオ信号とを生成する両極性ビデオ信号発生器と、
   前記両極性ビデオ信号発生器より入力される前記同相のビデオ信号と前記逆相のビデオ信号とを所定時間毎に交互に切換選択するマルチプレクサと、
   前記マルチプレクサの出力信号を入力して、ＯＣＢモードＬＣＤの信号電極を交流駆動する信号電極ドライバと、
   前記ＬＣＤの走査電極を駆動する走査電極ドライバと、
   を具備するＬＣＤ駆動装置であって、
   前記ビデオ増幅器、両極性ビデオ信号発生器及びマルチプレクサのいずれかの回路内又は回路と回路との間にリミッタ回路を設け、液晶セルに印加する駆動電圧の大きさをＯＣＢモード液晶がベンド状態を維持するのに必要な臨界電圧値以上に制限した、
   ＬＣＤ駆動装置。
2. 請求項１に記載のＬＣＤ駆動装置であって、前記リミッタ回路が、入力端子と出力端子との間に接続された抵抗器と、前記出力端子とクリップ電圧入力端子との間に接続された定電圧しきい値素子とにより構成される、ＬＣＤ駆動装置。

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