JP3919373B2

JP3919373B2 - Liquid crystal display

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Publication number: JP3919373B2
Application number: JP04936199A
Authority: JP
Inventors: 茂樹近藤
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 1999-02-26
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: JP2000250009A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、駆動方式の面から液晶の応答速度を向上させた液晶表示装置に関する。このような液晶表示装置は、同一の画素に時分割で各原色を表示させることによりカラー表示を行なう装置として特に好適に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力等の特長を持ち、腕時計や電卓から、ノートパソコン、液晶テレビまで幅広く応用されている。
【０００３】
従来の液晶を駆動する方法を、最も一般的に用いられているＴＮ液晶を例にとって説明する。駆動波形の概略を、図６に示した。図中（ａ）は各画素電極に印加される映像信号、（ｂ）は対向電極電位である。
【０００４】
通常、画素電極に印加される信号電圧は、図示されているように、フィールド周波数の周期（６０１）で極性反転された信号が印加される。その時、対向電極電位は、（ｂ）で図示されたように一定電位に固定されている。その結果、液晶は、実効的に電圧が印加され、その電圧信号に応じた光学状態に変化する。
【０００５】
このような液晶表示装置において、カラー画像表示を行なう場合、各画素毎にカラーフィルタ（例えば、ＲＧＢ）を配置し、白色光源を常時点灯し、空間的に色合成を行なうのが一般的である。しかしながら、この方法によると、１絵素を３分割する必要があるため、画素ピッチの高精細化が要求される。また、カラーフィルタ層は、原理的に白色光源光量の１／３しか利用できない（実質的には１／４くらいといわれている）ため、透過率が上がらない。また、カラーフィルタ層形成のためのコストも高い。
【０００６】
このような問題点を解決するために、同一絵素を時間的に３分割し、ＲＧＢ各色光源の単色発光に同期させて液晶光シャッターを開閉することで色合成を行なう方法が開発されている（以下、光源切替え法と呼ぶ）。
光源切替え法は、カラーフィルタが不要であり、１絵素を３分割する必要もないことから、明るく高解像な画像を実現できる可能性がある（例えば、月刊ＬＣＤＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ、１９９７、８月号）。
【０００７】
【従来の技術の問題点】
光源切替え法は、前述の通り、カラーフィルタ方式に比べ、安価に高精細のカラー液晶表示装置を実現できる可能性があるが、従来の液晶表示装置では、液晶を高速に駆動することが困難であり、その実用化も困難であった。この点については、後で詳細に述べる。
【０００８】
また、従来の液晶表示装置では、液晶の応答速度が遅いため、テレビなどで動画を再生する場合や、パソコンなどでマウスカーソルを高速で動かした場合などでは、残像現象が生じ、ＣＲＴディスプレイに比べ、表示性能は劣っていた。
【０００９】
図７に、従来の光源切替えによる液晶表示素子の駆動タイミングを示した。
Ｒに対する映像表示を行なう場合について考える。従来は、Ｒ表示フィールド（７０２）内で、各画素へのＲ信号転送（７０５）およびＲ光源点灯（７０６）を行なう。すなわち、１つのフィールド期間を、映像信号転送期間と映像表示期間の２つに分ける方法が取られている。しかも、通常、画面輝度を上げるため、表示期間の方が長い。
【００１０】
このため、映像信号を各画素に転送する期間が短くなり、高速で信号を転送する必要が生じる。このため、単結晶Ｓｉ（バルクウエハやＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板）上に形成したトランジスタを転送回路に用いることが必要になる。しかし、基板そのもののコストが高いことや基板サイズに制約があることから、表示装置の大型化や低コスト化に対応することは難しい。
【００１１】
さらに、従来の方法では、映像信号の転送が終了してから、液晶がその映像信号レベルに応じた光学状態になるまでの時間（応答時間）が短い必要がある。現在、液晶表示装置にもっとも一般的に用いられているＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶の応答速度は、１０数〜数１０ｍｓｅｃ．のオーダーであり、信号転送フィールドと同一フィールド期間内に表示をすることは困難である。このため、従来は、応答速度の速いＦＬＣ（強誘電液晶）が用いられてきた。しかしながら、ＦＬＣは、一般には、光学的に２値（白と黒）しかとらないため、カラー表示に欠かせない階調表示をするために、信号の転送回数を複数回にわけ、各々の信号転送時に白または黒のどちらかを表示し、転送回数分だけの階調表現をとる手法が用いられている。このため、信号転送スピードは、さらに高速化を要求される。
【００１２】
信号転送スピードの高速化は、単に、ＬＣスイッチングトランジスタの高速化だけではなく、映像信号を処理する回路や駆動パルスを発生させる回路をも高速化する必要が生じる。また、ＬＣの駆動には、一般に１０［Ｖ］以上の高電圧が必要であり、そのような高電圧駆動回路を高周波数で動作させると、消費電流の増大や発熱などの問題が生じる。
【００１３】
上述のように、現状では、比較的応答速度の遅いＬＣ材料を用い、かつ、転送速度も遅い駆動回路を用いて光源切替えによるカラー液晶表示装置を実現することは困難と考えられていた。
【００１４】
本発明は、上述の従来例における問題点に鑑みてなされたもので、同じ液晶表示素子をより高速に応答させ得る駆動方式を提供することを目的とする。
また、比較的応答速度の遅いＬＣ材料を用い、かつ、転送速度の遅い駆動回路を用いて光源切替えによるカラー液晶表示装置を実現することをさらなる目的とする。
【００１５】
【問題点を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の第１の局面では、マトリクス状に配置された複数の画素電極と該画素電極に接続されたスイッチング素子と該スイッチング素子に接続された走査電極および信号電極とを有するマトリクス基板、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極を有する対向電極基板、ならびに両基板の間に挟持された液晶を備えた、いわゆるアクティブマトリクス型液晶表示素子において、前記複数の各画素電極に対応する液晶部分を駆動する際、前記対向電極には、ＤＣ成分と該ＤＣ成分に重畳させた時、該ＤＣ成分が平均値となる様な振動電圧で、且つ、１水平走査周期あたり１周期の振動を有する振動電圧とを重畳した結果、該ＤＣ成分を基準として、正極性パルスと負極性パルスとを有する電位を印加し、前記画素電極には、前記ＤＣ成分を基準とする電圧が映像信号に応じた電圧となる電位を印加する、ことを特徴とする。
また、本発明の第２の局面では、マトリクス状に配置された複数の画素電極と該画素電極に接続されたスイッチング素子と該スイッチング素子に接続された走査電極および信号電極とを有するマトリクス基板、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極を有する対向電極基板、ならびに両基板の間に挟持された液晶を備えた液晶表示装置において、前記複数の各画素電極に対応する液晶部分を駆動する際、前記対向電極には、ＤＣ成分を印加し、前記画素電極には、映像信号に応じた電圧に、前記ＤＣ成分と該ＤＣ成分に重畳させた時、該ＤＣ成分が平均値となる様な振動電圧で、且つ、１水平走査周期あたり１周期の振動を有する振動電圧とを重畳した結果、該ＤＣ成分を基準として、正極性パルスと負極性パルスとを有する電圧を合成した電位を印加する、ことを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明者は、従来の液晶表示装置の技術をベースに、高速応答が可能な液晶表示装置を開発するために、液晶への印加電圧波形と液晶の光学応答の測定を行ない、印加電圧波形によっては、液晶が高速に応答することが可能であることを見出した。この、液晶が高速に応答するようになる印加電圧波形をある周期で繰り返し印加することにより、従来に比べ液晶の応答速度の速い液晶表示装置を実現できることを見出した。
【００１８】
また、本発明により、従来技術では実現が困難であった光源切替え法によるカラー表示も可能となった。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態では、複数のマトリクス状に配置された配線と、該配線の交点に配置された複数の薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに接続された複数の画素電極と、を少なくとも有するマトリクス基板と、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極基板と、両基板の間に挟持された液晶とを備え、前記複数の画素電極に所定の映像信号を印加することにより所望の映像を表示する液晶表示装置において、前記各画素電極に前記映像信号とは異なる電圧信号を印加する手段を有し、かつ、該電圧信号の平均電圧を所定の値にすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の好ましい他の実施の形態では、複数のマトリクス状に配置された配線と、該配線の交点に配置された複数の薄膜卜ランジスタと、該薄膜トランジスタに接続された複数の画素電極と、を少なくとも有するマトリクス基板と、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極基板と、両基板の間に挟持された液晶と、複数色の光源布切り替えて照射する手段とを備え、該複数色の照明に対応した色信号を一定時間間隔で前記照明時に同期して前記複数の画素電極に転送することにより表示する液晶表示装置において、各画素に前記色信号とは異なる電圧信号を印加する手段を有し、かつ、該電圧信号の平均電圧を所定の値にすることを特徴とする。
【００２１】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
（第１の実施例）
図１に、本発明の第１の実施例における駆動信号波形を示した。
本実施例においては、液晶材料としてもっとも一般的なＴＮ型液晶を用いた。液晶のモードとしては、電圧無印加状態で白表示（ノーマリホワイト）である。先述したように、ＴＮ型液晶の応答速度は、１０数〜数１０ｍｓｅｃ．かかる（この速度は、用いる材料、配向条件、駆動条件によって異なってくる）が、中でも、白表示（電圧無印加状態、または、印加電圧が液晶のしきい値電圧以下）から黒表示（電圧印加状態）に切り替わったときの液晶の光学応答時間は、５〜１０数ｍｓｅｃ．程度かかる（この時間をτｏｎとする）。本実施例で用いた液晶の応答速度を先述した従来の駆動方法により測定したところ、τｏｎ＝約６ｍｓｅｃ．（ポリイミド系配向膜、白表示時０．５［Ｖ］、黒表示時４．５［Ｖ］駆動）であった。また、本実施例に用いた信号転送回路は、単結晶シリコンに比べキャリア移動度が小さい多結晶シリコンを用いた。
【００２２】
このような液晶を用いた表示装置の駆動において、図１に示した駆動方法を実施した。
【００２３】
本実施例では、１フィールド期間（１０１）のうち、走査線が選択されている期間（１水平走査期間）（１０２）を１周期として、図示したようなパルス（１０３）を対向電極に印加した。その時の振動電圧±Ｘｏ［Ｖ］の平均電圧を、画素電極への印加電圧（１０４）の平均値とほぼ同じ電圧に設定した。すなわち、パルス（１０３）は、前記平均電圧値を基準とした正極性パルスおよび負極性パルスからなる振動電圧±Ｘｏ［Ｖ］である。対向電極に印加するパルスの振幅（±Ｘｏ［Ｖ］）をそれぞれ±０．５［Ｖ］、±１．０［Ｖ］、±１．５［Ｖ］、±２．０［Ｖ］、±３．０［Ｖ］および±４．５［Ｖ］とした場合のτｏｎ（白表示から黒表示に切り替った時の液晶の光学応答時間）の変化を下表に示した。表中、対向基板駆動としてＤＣと表示してあるものは、従来の駆動方法である。
【００２４】
【表１】

表１の結果から明らかなように、対向電極に、平均値が一定（本実施例では、６．５［Ｖ］）になるようなパルスを印加することで、τｏｎが速くなっていることが分かる。パルスの振幅としては、液晶のしきい値電圧以下の±０．５［Ｖ］の印加でも効果があり、実験した範囲で最も効果を上げるには、黒表示振幅と同じ±４．５［Ｖ］のパルスを印加するのが望ましい。実際には、さらにパルス振幅を上げれば、効果はさらに上がるが、用いるトランジスタの耐圧を考慮する必要がある。
【００２５】
本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、従来のカラーフィルタ方式によるカラー画像表示を行なった。その結果、従来問題となっていた液晶の応答速度が遅いことが原因である残像現象は、ほとんど見られず、ＣＲＴと同等の表示性能が得られた。
【００２６】
また、本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、光源切替え法によるカラー表示を行なった。対向電極に印加したパルスの振幅は、±４．５［Ｖ］である。そのタイミングチャートを図２に示した。図中、（１）〜（３）は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色信号の転送タイミングであり、（４）〜（６）は、各色の照明点灯タイミングである。
【００２７】
色信号としてＲを表示する場合について説明する（Ｇ、Ｂについても同様である）。
第１の映像フィールド（Ｒ表示フィールド）（２０２）において、Ｒ映像信号を各画素に転送する。上記の実験結果から、各画素に転送された色信号レベルに応じて液晶の光学応答が終了するのに３．６ｍｓｅｃ．必要であるから、Ｒ信号が転送が開始されてから（１番最後の画素にＲ信号が転送されてから）３．６ｍｓｅｃ．後にＲ照明を点灯する（２０６）。その後、Ｒ照明は点灯し続けるが、４．６ｍｓｅｃ．後、すなわち、第２フィールド（Ｇ表示フィールド）の途中（２０７）で点灯を中止する。これは、第２フィールド（２０３）中Ｒ照明を点灯し続けると、第２フィールド（２０３）の開始早々にＧ信号が転送された画素の液晶の光学応答が完了してしまい、結果的にＲ表示画面の一部にＧ信号の映像が表示されるのを防止するためである。
【００２８】
上記のタイミングをＧ、Ｂ各色について繰り返すことによりカラー画像表示が可能である。
【００２９】
例えば、ＮＴＳＣ信号では、１フィールド周期は１／６０ｓｅｃ．であり、これを３分割したＲ表示フィールド（７０２）の期間は約５．５ｍｓｅｃ．であるから、従来のτｏｎ＝６．１ｍｓｅｃ．では光源切替え法によるカラー表示はできなかったが、本実施例ではτｏｎ＝３．６ｍｓｅｃ．となった結果、カラー表示が可能になった。
【００３４】
（第２の実施例）
本実施例では、応答速度改善用の印加パルスを、第１の実施例と同様に、１フィールド期間のうち走査線が選択されている期間（１水平走査期間）を１周期として、映像信号の転送期間とは別の期間に印加した。但し、この印加パルスは画素電極に印加した。その時の平均電圧を、画素電極への印加電圧（１０４）の平均値とほぼ同じ電圧に設定した。画素電極への映像信号とは別の信号転送方法としては、本出願人が出願しているところの特開平５−２１６００７号記載の液晶素子を用いてもよいし、後述する光源切替え法の駆動システム（図４）中のメモリ５０３に予め書込んでおいてもよい。前者の回路構成としては、図３に示したように、垂直信号線４０３のリセット回路４１０を用いることにより実現できる。この際、リセット電源端子４０９から所定のパルスを印加してやればよい。このような方法により、画素電極に映像信号とは別に、本発明で言うところのパルスを印加することが出来る。
【００３５】
画素電極に、予め平均値が一定（本実施例では、６．５［Ｖ］）になるようなパルスを印加することで、τｏｎが速くなる。これは、第１の実施例で説明したのと同じ理由による。パルスの振幅としては、液晶のしきい値電圧以下の±０．５［Ｖ］の印加でも効果があり、実験した範囲で最も効果を上げるには、黒表示振幅と同じ±４．５［Ｖ］のパルスを印加するのが望ましい。実際には、さらにパルス振幅を上げれば、効果はさらに上がるが、用いるトランジスタの耐圧を考慮する必要がある。
【００３６】
本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、従来のカラーフィルタ方式によるカラー画像表示を行なった。その結果、従来問題となっていた液晶の応答速度が遅いことが原因である残像現象は、ほとんど見られず、ＣＲＴと同等の表示性能が得られた。
【００３７】
また、本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、光源切替え法によるカラー表示を行なった。画素電極に印加したパルスの振幅は、±４．５［Ｖ］である。そのタイミングチャートを図２に示した。
【００３８】
図中、（１）〜（３）は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色信号の転送タイミングであり、（４）〜（６）は、各色の照明点灯タイミングである。
色信号の転送タイミング、および、各色の点灯タイミングの考え方は、第１の実施例と同じである。
本実施例の駆動方法によっても、良好な表示特性が得られた。
【００３９】
（第３の実施例）
図４に、本発明を用いた画像表示装置の構成図を示した。図４は、テレビなどのアナログ信号を表示する場合のものである。コンピュータなどのディジタル信号を表示する場合は、原信号（アナログまたはディジタル）、およびそこからＲＧＢ信号をデコードするかどうか、のみの違いであり、基本的な構成要件は同じである。
【００４０】
ビデオなどの複合（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）映像信号あるいは輝度／色（Ｙ／Ｃ）映像信号あるいはＹ／色差信号を、ＲＧＢ信号にデコードするとともに、同期信号を分離発生する回路５０１により、ＲＧＢ信号および同期信号を作る。ＲＧＢ信号は、Ａ／Ｄコンバータ５０２を経由して、メモリ５０３に順次メモリされる。
【００４１】
一方、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５０５は、同期信号分離回路５０１から同期信号５０４を受け、メモリ部５０３、ＬＣＤ部５０７、バックライト部５０８を駆動するパルスを、メインクロック（ＭａｉｎＣｌｏｃｋ）から生成・出力する。メモリ部５０３にメモリされたＲＧＢ信号は、ＴＧ５０５からの信号により、ＲＧＢ信号をシリアルに出力する。その信号をＤ／Ａコンバータ５０６でＤ／Ａ変換し、ＬＣＤ部５０７に入れる（本実施例では、ＬＣＤ部は、アナログ表示したが、デジタル表示のＬＣＤであれば、この部分は不要になる）。バックライト部５０８は、ＴＧ５０５からの点灯信号により、ＲＧＢ別々に点灯させることができるようになっている。これにより、ＬＣＤ部に転送されたＲＧＢ信号に同期させて、ＲＧＢバックライトを点灯させる。また、本実施例の駆動方法に必要な印加パルスは、ＴＧ５０５から同期信号を受けて、パルス発生回路を経て（図示せず）パネルに転送される。
【００４２】
【発明の適用範囲】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、図１に示したような考え方に基づけばよい。それからすれば、本発明は、単純マトリクス型の液晶表示装置においても同様に適用でき、同様の効果があることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶の光学応答を、特殊な材料などを用いることなく、速くすることが可能である。これにより、従来の液晶表示装置で問題となっていた、液晶の応答速度が遅いため、テレビなどで動画を再生する場合や、パソコンなどでマウスカーソルを高速で動かした場合などでの残像現象はなくなり、ＣＲＴディスプレイと同等の表示性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施例を適用した光源切替え法によるカラー表示を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る液晶表示システムのブロック図である。
【図５】従来の駆動方法を説明するための図である。
【図６】従来の光源切替え法を説明するための図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device in which the response speed of liquid crystal is improved from the aspect of a driving system. Such a liquid crystal display device can be particularly suitably used as a device for performing color display by displaying each primary color on the same pixel in a time-sharing manner.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal display devices have features such as thinness, light weight, and low power consumption, and are widely applied from wristwatches and calculators to notebook computers and liquid crystal televisions.
[0003]
A method of driving a conventional liquid crystal will be described by taking the most commonly used TN liquid crystal as an example. An outline of the drive waveform is shown in FIG. In the figure, (a) is a video signal applied to each pixel electrode, and (b) is a counter electrode potential.
[0004]
Usually, as shown in the figure, the signal voltage applied to the pixel electrode is a signal whose polarity is inverted at the period (601) of the field frequency. At that time, the counter electrode potential is fixed at a constant potential as shown in FIG. As a result, the liquid crystal is effectively applied with a voltage and changes to an optical state corresponding to the voltage signal.
[0005]
In such a liquid crystal display device, when performing color image display, it is common to arrange a color filter (for example, RGB) for each pixel, always turn on a white light source, and spatially combine colors. . However, according to this method, since one picture element needs to be divided into three, it is required to increase the pixel pitch. In addition, the color filter layer can in principle use only 1/3 of the amount of white light source (substantially said to be about 1/4), so the transmittance does not increase. Also, the cost for forming the color filter layer is high.
[0006]
In order to solve such problems, a method has been developed in which the same picture element is divided into three parts in time, and color composition is performed by opening and closing a liquid crystal light shutter in synchronization with monochromatic light emission of each RGB light source. (Hereinafter referred to as the light source switching method).
Since the light source switching method does not require a color filter and it is not necessary to divide one picture element into three, there is a possibility that a bright and high-resolution image can be realized (for example, monthly LCD Intelligence, 1997, August issue). ).
[0007]
[Problems of conventional technology]
As described above, the light source switching method may be able to realize a high-definition color liquid crystal display device at a lower cost than the color filter method, but it is difficult to drive the liquid crystal at high speed with the conventional liquid crystal display device. It was difficult to put it into practical use. This point will be described later in detail.
[0008]
In addition, since the response speed of the liquid crystal display device in the conventional liquid crystal display device is slow, an afterimage phenomenon occurs when a moving image is played back on a television or when the mouse cursor is moved at a high speed on a personal computer or the like, compared with a CRT display. The display performance was inferior.
[0009]
FIG. 7 shows the driving timing of the liquid crystal display element by conventional light source switching.
Consider the case of displaying video for R. Conventionally, R signal transfer (705) to each pixel and R light source lighting (706) are performed in the R display field (702). That is, a method is used in which one field period is divided into a video signal transfer period and a video display period. Moreover, the display period is usually longer in order to increase the screen brightness.
[0010]
For this reason, the period for transferring the video signal to each pixel is shortened, and the signal needs to be transferred at high speed. For this reason, it is necessary to use a transistor formed on a single crystal Si (bulk wafer or SOI (Silicon On Insulator) substrate) for a transfer circuit. However, since the cost of the substrate itself is high and the substrate size is limited, it is difficult to cope with the increase in size and cost of the display device.
[0011]
Further, in the conventional method, it is necessary that the time (response time) until the liquid crystal enters an optical state corresponding to the video signal level after the transfer of the video signal is completed. Currently, the response speed of TN (Twisted Nematic) liquid crystal, which is most commonly used in liquid crystal display devices, is 10 to several tens of msec. It is difficult to display within the same field period as the signal transfer field. For this reason, conventionally, FLC (ferroelectric liquid crystal) having a high response speed has been used. However, since FLC generally takes only two values (white and black) optically, in order to perform gradation display indispensable for color display, the number of signal transfers is divided into a plurality of times. A technique is used in which either white or black is displayed at the time of transfer, and gradation representation is made for the number of transfers. For this reason, it is required to further increase the signal transfer speed.
[0012]
In order to increase the signal transfer speed, it is necessary to increase not only the speed of the LC switching transistor but also the circuit for processing the video signal and the circuit for generating the drive pulse. In addition, a high voltage of 10 [V] or higher is generally required for driving the LC. When such a high voltage drive circuit is operated at a high frequency, problems such as an increase in current consumption and heat generation occur.
[0013]
As described above, at present, it has been considered difficult to realize a color liquid crystal display device by switching light sources using an LC material having a relatively slow response speed and a drive circuit having a slow transfer speed.
[0014]
The present invention has been made in view of the problems in the above-described conventional example, and an object of the present invention is to provide a driving method capable of making the same liquid crystal display element respond faster.
Another object of the present invention is to realize a color liquid crystal display device by switching light sources using an LC material having a relatively slow response speed and using a drive circuit having a slow transfer speed.
[0015]
[Means for solving problems]
In order to achieve the above object, in a first aspect of the present invention, a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix, switching elements connected to the pixel electrodes, scan electrodes and signal electrodes connected to the switching elements, matrix substrate having a counter electrode substrate having a counter electrode disposed at a position facing the pixel electrode, and having a liquid crystal sandwiched between the substrates, in a so-called active matrix type liquid crystal display device, the plurality of When the liquid crystal portion corresponding to each pixel electrode is driven, the counter electrode has a DC component and an oscillating voltage at which the DC component becomes an average value when superimposed on the DC component, and one horizontal scan. As a result of superimposing an oscillating voltage having one period of vibration per period, a potential having a positive polarity pulse and a negative polarity pulse is applied on the basis of the DC component, The electrode voltage relative to the said DC component to apply a potential to be a voltage corresponding to the video signal, you said.
In the second aspect of the present invention, a matrix substrate having a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix, a switching element connected to the pixel electrode, a scanning electrode and a signal electrode connected to the switching element, In a liquid crystal display device including a counter electrode substrate having a counter electrode disposed at a position facing the pixel electrode and a liquid crystal sandwiched between the substrates, the liquid crystal portions corresponding to the plurality of pixel electrodes are driven. In this case, when the DC component is applied to the counter electrode and the DC component is superposed on the DC component and the DC component on the voltage corresponding to the video signal, the DC component becomes an average value. As a result of superimposing an oscillating voltage having one oscillation per horizontal scanning period and a voltage having a positive polarity pulse and a negative polarity pulse with reference to the DC component, Applying a form potential, characterized in that.
[0017]
[Action]
In order to develop a liquid crystal display device capable of high-speed response based on the technology of the conventional liquid crystal display device, the present inventor measures the applied voltage waveform to the liquid crystal and the optical response of the liquid crystal, and uses the applied voltage waveform. Found that the liquid crystal can respond at high speed. It has been found that a liquid crystal display device having a higher liquid crystal response speed than that of the prior art can be realized by repeatedly applying an applied voltage waveform at which the liquid crystal responds at a high speed with a certain period.
[0018]
Further, according to the present invention, color display by the light source switching method, which has been difficult to realize with the prior art, can be realized.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In a preferred embodiment of the present invention, a matrix substrate having at least a plurality of wirings arranged in a matrix, a plurality of thin film transistors arranged at intersections of the wirings, and a plurality of pixel electrodes connected to the thin film transistors And a counter electrode substrate disposed at a position facing the pixel electrode, and a liquid crystal sandwiched between the two substrates, and applying a predetermined video signal to the plurality of pixel electrodes to obtain a desired image. The liquid crystal display device for display has means for applying a voltage signal different from the video signal to each pixel electrode, and an average voltage of the voltage signal is set to a predetermined value.
[0020]
In another preferred embodiment of the present invention, a plurality of wirings arranged in a matrix, a plurality of thin film transistors disposed at intersections of the wirings, and a plurality of pixel electrodes connected to the thin film transistors A matrix substrate having at least a pixel electrode, a counter electrode substrate disposed at a position facing the pixel electrode, a liquid crystal sandwiched between the substrates, and a means for switching and irradiating a plurality of light source cloths, In a liquid crystal display device that displays by transferring color signals corresponding to a plurality of color lights to the plurality of pixel electrodes in synchronization with the illumination at regular time intervals, a voltage signal different from the color signal is applied to each pixel And an average voltage of the voltage signal is set to a predetermined value.
[0021]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows drive signal waveforms in the first embodiment of the present invention.
In this embodiment, the most common TN liquid crystal is used as the liquid crystal material. The liquid crystal mode is white display (normally white) when no voltage is applied. As described above, the response speed of the TN liquid crystal is 10 to several tens of msec. Such speed (this speed varies depending on the material used, orientation conditions, and driving conditions), but in particular, from white display (no voltage applied state or applied voltage below the threshold voltage of liquid crystal) to black display (voltage applied) The optical response time of the liquid crystal when switched to (state) is 5 to 10 msec. It takes some time (this time is set to τon). When the response speed of the liquid crystal used in this example was measured by the conventional driving method described above, τon = about 6 msec. (Polyimide-based alignment film, 0.5 [V] for white display, 4.5 [V] for black display). The signal transfer circuit used in this example was made of polycrystalline silicon having a lower carrier mobility than single crystal silicon.
[0022]
In driving the display device using such a liquid crystal, the driving method shown in FIG. 1 was performed.
[0023]
In this embodiment, a period (1 horizontal scanning period) (102) in which one scanning period is selected in one field period (101) is set as one cycle, and a pulse (103) as shown is applied to the counter electrode. . The average voltage of the vibration voltage ± Xo [V] at that time was set to substantially the same voltage as the average value of the applied voltage (104) to the pixel electrode. That is, the pulse (103) is an oscillating voltage ± Xo [V] composed of a positive polarity pulse and a negative polarity pulse based on the average voltage value. The amplitude ( ± Xo [V] ) of the pulse applied to the counter electrode is ± 0.5 [V], ± 1.0 [V], ± 1.5 [V], ± 2.0 [V], ± Changes in τon (the optical response time of the liquid crystal when switching from white display to black display) when 3.0 [V] and ± 4.5 [V] are shown in the table below. In the table, what is indicated as DC as the counter substrate drive is a conventional drive method.
[0024]
[Table 1]

As is clear from the results in Table 1, τon is accelerated by applying a pulse with a constant average value (6.5 [V] in this embodiment) to the counter electrode. I understand. As the amplitude of the pulse, an effect of ± 0.5 [V] which is lower than the threshold voltage of the liquid crystal is also effective. It is desirable to apply a pulse of Actually, if the pulse amplitude is further increased, the effect is further improved, but it is necessary to consider the breakdown voltage of the transistor to be used.
[0025]
In this embodiment, such a liquid crystal display element was used to display a color image by a conventional color filter method. As a result, the afterimage phenomenon caused by the slow response speed of the liquid crystal, which has been a problem in the past, was hardly seen, and a display performance equivalent to that of a CRT was obtained.
[0026]
In this example, color display by the light source switching method was performed using such a liquid crystal display element. The amplitude of the pulse applied to the counter electrode is ± 4.5 [V]. The timing chart is shown in FIG. In the figure, (1) to (3) are the transfer timings of the R, G, and B color signals, respectively, and (4) to (6) are the illumination lighting timings of the respective colors.
[0027]
A case where R is displayed as a color signal will be described (the same applies to G and B).
In the first video field (R display field) (202), the R video signal is transferred to each pixel. From the above experimental results, 3.6 msec. Is required for the optical response of the liquid crystal to be completed according to the color signal level transferred to each pixel. Since it is necessary, 3.6 msec. After the R signal is transferred (after the R signal is transferred to the last pixel). The R illumination is turned on later (206). After that, the R illumination continues to turn on, but 4.6 msec. After that, that is, in the middle (207) of the second field (G display field), the lighting is stopped. This is because if the R illumination is continuously turned on during the second field (203), the optical response of the liquid crystal of the pixel to which the G signal has been transferred is completed as soon as the second field (203) is started. This is to prevent the G signal video from being displayed on a part of the display screen.
[0028]
A color image can be displayed by repeating the above timing for each of the G and B colors.
[0029]
For example, in the NTSC signal, one field period is 1/60 sec. The period of the R display field (702) obtained by dividing this into three is about 5.5 msec. Therefore, the conventional τon = 6.1 msec. However, in the present embodiment, τon = 3.6 msec. As a result, color display became possible.
[0034]
( Second embodiment)
In this embodiment, the applied pulse for improving the response speed is set to one cycle of the period during which the scanning line is selected (one horizontal scanning period) in one field period, as in the first embodiment. It was applied in a period different from the transfer period. However, this applied pulse was applied to the pixel electrode. The average voltage at that time was set to substantially the same voltage as the average value of the applied voltage (104) to the pixel electrode. As a signal transfer method different from the video signal to the pixel electrode, a liquid crystal element described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-216007 filed by the present applicant may be used. It may be written in advance in the memory 503 in the system (FIG. 4 ). The circuit configuration of the former, as shown in FIG. 3, can be realized by using a reset circuit 410 of the vertical signal line 403. At this time, a predetermined pulse may be applied from the reset power supply terminal 409. By such a method, a pulse as referred to in the present invention can be applied to the pixel electrode separately from the video signal.
[0035]
By applying a pulse having a constant average value (6.5 [V] in this embodiment) to the pixel electrode in advance, τon is accelerated. This is due to the same reason as described in the first embodiment. As the amplitude of the pulse, an effect of ± 0.5 [V] which is lower than the threshold voltage of the liquid crystal is also effective. It is desirable to apply a pulse of Actually, if the pulse amplitude is further increased, the effect is further improved, but it is necessary to consider the breakdown voltage of the transistor to be used.
[0036]
In this embodiment, such a liquid crystal display element was used to display a color image by a conventional color filter method. As a result, the afterimage phenomenon caused by the slow response speed of the liquid crystal, which has been a problem in the past, was hardly seen, and a display performance equivalent to that of a CRT was obtained.
[0037]
In this example, color display by the light source switching method was performed using such a liquid crystal display element. The amplitude of the pulse applied to the pixel electrode is ± 4.5 [V]. The timing chart is shown in FIG.
[0038]
In the figure, (1) to (3) are the transfer timings of the R, G, and B color signals, respectively, and (4) to (6) are the illumination lighting timings of the respective colors.
The concept of the color signal transfer timing and the lighting timing of each color is the same as in the first embodiment.
Good display characteristics were also obtained by the driving method of this example.
[0039]
( Third embodiment)
FIG. 4 shows a configuration diagram of an image display device using the present invention. FIG. 4 shows a case where an analog signal of a television or the like is displayed. When displaying a digital signal, such as a computer, the original signal (analog or digital), and from there whether to decode the RGB signals, a difference of only the basic configuration requirements are the same.
[0040]
A composite video signal such as video, a luminance / color (Y / C) video signal, or a Y / color difference signal is decoded into an RGB signal, and the RGB signal and the synchronization signal are converted by a circuit 501 that separates and generates the synchronization signal. create. The RGB signals are sequentially stored in the memory 503 via the A / D converter 502.
[0041]
On the other hand, the timing generator (TG) 505 receives the synchronization signal 504 from the synchronization signal separation circuit 501, and generates and outputs a pulse for driving the memory unit 503, the LCD unit 507, and the backlight unit 508 from the main clock (Main Clock). To do. The RGB signals stored in the memory unit 503 are serially output according to signals from the TG 505. The signal is D / A converted by the D / A converter 506 and is input to the LCD unit 507 (in this embodiment, the LCD unit performs analog display, but this portion is not necessary for a digital display LCD). . The backlight unit 508 can be turned on separately for RGB in accordance with a lighting signal from the TG 505. Accordingly, the RGB backlight is turned on in synchronization with the RGB signal transferred to the LCD unit. In addition, an applied pulse necessary for the driving method of this embodiment receives a synchronization signal from the TG 505, and is transferred to a panel via a pulse generation circuit (not shown).
[0042]
[Scope of the invention]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be based on the concept as shown in FIG. Then, it goes without saying that the present invention can be similarly applied to a simple matrix type liquid crystal display device and has the same effect.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to speed up the optical response of the liquid crystal without using a special material or the like. Due to this, the response speed of the liquid crystal, which was a problem with conventional liquid crystal display devices, is slow, so the afterimage phenomenon when playing a movie on a TV or moving the mouse cursor at a high speed on a personal computer etc. The display performance equivalent to that of a CRT display can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining color display by a light source switching method to which the first embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is a diagram for explaining a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a liquid crystal display system according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a conventional driving method;
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional light source switching method;

Claims

A matrix substrate having a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix, a switching element connected to the pixel electrode, a scanning electrode and a signal electrode connected to the switching element, and arranged at a position facing the pixel electrode In a liquid crystal display device comprising a counter electrode substrate having a counter electrode, and a liquid crystal sandwiched between both substrates,
When driving a liquid crystal portion corresponding to each of the plurality of pixel electrodes,
When the DC component and the DC component are superimposed on the counter electrode, the counter electrode is superimposed with an oscillating voltage having an average value of the DC component and an oscillating voltage having one cycle per horizontal scanning cycle. As a result, on the basis of the DC component, a potential having a positive pulse and a negative pulse is applied,
A potential at which a voltage based on the DC component is a voltage corresponding to a video signal is applied to the pixel electrode.
A liquid crystal display device characterized by the above.

A matrix substrate having a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix, a switching element connected to the pixel electrode, a scanning electrode and a signal electrode connected to the switching element, and arranged at a position facing the pixel electrode In a liquid crystal display device comprising a counter electrode substrate having a counter electrode, and a liquid crystal sandwiched between both substrates,
When driving a liquid crystal portion corresponding to each of the plurality of pixel electrodes,
A DC component is applied to the counter electrode,
The pixel electrode has an oscillating voltage such that the DC component becomes an average value when superimposed on the DC component and the DC component on a voltage corresponding to a video signal, and one cycle per horizontal scanning cycle. As a result of superimposing an oscillating voltage having a vibration of, applying a potential obtained by synthesizing a voltage having a positive polarity pulse and a negative polarity pulse on the basis of the DC component,
A liquid crystal display device characterized by the above.

The liquid crystal display device further includes means for switching a light source of a plurality of colors and irradiating the liquid crystal display element, and applies a color signal corresponding to the illumination of the plurality of colors to each of the plurality of pixels in synchronization with the switching of the light source at regular time intervals. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein color display is performed.