JP3967577B2 - 液晶パネルの駆動方法および液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベンド配向を有する液晶層によって構成された液晶パネルの駆動方法において、液晶層を初期のホモジニアス状態からベンド配向に高速に転移させる液晶パネルの駆動方法および液晶パネルの駆動方法による液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は薄型、軽量であり、従来のブラウン管に代替するものとして、近年一層用途が拡大されてきた。しかし、現在広く使用されているＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）配向液晶パネルは視野角が狭く、また応答速度が遅く、液晶素子が保持型であることもあって動画表示時には尾を引くように見える等、ブラウン管より画質が劣る。
【０００３】
特開昭６１−１１６３２９号公報にあるようなベンド配向を有するＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）液晶を用いれば、高速応答かつ広視野角で動画表示や大画面化に十分対応でき、ブラウン管よりも薄型で低消費電力の大画面ディスプレイを提供することができる。しかし、ＯＣＢ液晶をベンド配向に転移するために液晶層に高い電位差を一定時間以上付与する必要があり、汎用的に実現する手段が具体化されていないために、現在のところ実用化されるには至っていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ベンド配向を有するＯＣＢ液晶を用いた液晶パネルの駆動方法において、短時間でベンド配向に転移する液晶パネルの駆動方法および液晶パネルの駆動方法による液晶表示装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第１の発明は、画素データが供給される複数のソース線と、走査信号が供給される複数のゲート線の交点に対応して、マトリクス状に形成された薄膜トランジスタ、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極および前記画素電極に接続された蓄積容量素子が形成された第一の基板と、前記第一の基板に対向する対向電極が形成された第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に位置し、ベンド配向を有する液晶層と、前記ソース線を駆動するソースドライバと、前記ゲート線を駆動するゲートドライバを具備する液晶パネルの駆動方法において、
前記液晶層をベンド配向させるために設けられ、前記液晶パネルへの電源投入後であるとともに前記液晶パネルの通常映像表示開始前である転移期間に、前記ゲートドライバから前記ゲート線に前記薄膜トランジスタをオンさせる電圧を一定期間印加し、且つ、ソース線電位として所定の電位であるＶｓｃを中心値とし、高電位側の電圧をＶｓｃｈとし、低電位側の電圧をＶｓｃｌとした交流電圧を前記ソースドライバから前記ソース線に印加し、且つ、前記対向電極に前記交流電圧より大きい電圧であるＶｇｃを印加し、前記液晶層を完全にベンド配向させ、
前記通常映像表示期間に、前記ゲートドライバから前記ゲート線に前記薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧を印加し、同時に前記対向電極に、前記Ｖｓｃよりも小さい電圧であるＶｎｃを印加し、
前記転移期間に前記交流電圧を印加する際、前記ＶｓｃｈおよびＶｓｃｌを交番且つ一定期間にわたり印加し、
前記蓄積容量素子の蓄積容量をＣｓｔ、前記液晶層の容量をＣｌｃ、前記薄膜トランジスタのゲート・ドレイン間の容量をＣｇｄ、前記ゲート線電位の変動分をΔＶｇとすると、前記Ｖｎｃは、
Ｖｎｃ＝Ｖｓｃ−ΔＶｇ＊Ｃｇｄ／（Ｃｓｔ＋Ｃｌｃ＋Ｃｇｄ）
で得られる液晶パネルの駆動方法を用いることによって、より短時間で完全に液晶層をベンド配向にすることができ、より短時間で映像を表示することが可能である。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明の駆動方法において、前記Ｖｇｃ、ＶｎｃおよびＶｓｃをスイッチング手段で切り替えて直接駆動することによって、対向電極に大電流が流れるのを防止できるので、電源回路の構成を簡素化でき、低電力化が可能である。また、より短時間で完全に液晶層をベンド配向にすることができ、フリッカ、クロストーク等のない映像表示を提供できる。
【０００７】
第３の発明は、第１の発明の駆動方法において、前記Ｖｇｃ、ＶｎｃおよびＶｓｃをつくる第１の電源と、前記ゲートドライバから前記ゲート線に前記薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧をつくる第２の電源を共有することによって、電源回路の構成を簡略化でき、低コスト化、薄型および軽量化が可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１から図５を用いて説明する。
【０００９】
図４は本発明の実施形態で用いた液晶パネルの１画素分の構成図を示す。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１に係るタイムチャートである。以下、図１についてその実際の動作を説明する。ここで使用したソースドライバはＶｓｃをセンターにして交流電圧をソース線に印加できるものを使用している。
【００１１】
電源投入時によって乱れた液晶層の配列状態を均一なスプレイ状態の配列にするために、リセット期間１０４を設ける。この期間には、ゲート線電位１０１に薄膜トランジスタをオンさせる電圧Ｖｇｈを印加し続け、ソース線電位１０３と対向電極電位１０２にはＶｓｃを与えている。よって、画素電極と対向電極の電位（液晶層）は０Ｖとなり、均一なスプレイ状態にすることが可能である。なお、リセット期間では画素電極と対向電極の電位は±１Ｖ以内でなければ、均一なスプレイ状態にすることができない。
【００１２】
ここで各ゲート線に与える画素トランジスタをオンさせる電圧は、各ゲート線毎あるいは複数のゲート線毎にそのタイミングを異ならせた方がよい。そうすると、ゲートドライバの電流集中を低減でき、電源回路の構成を簡略化できるので、低電力化が可能となる。
【００１３】
次に、液晶層を完全にベンド配向にするために、転移期間１０５を設ける。この期間には、リセット期間１０４と同様、ゲート線電位１０１に薄膜トランジスタをオンさせる電圧を印加し続け、ソース線電位にはＶｓｃをセンターにした交流電圧を与え、対向電極電位１０２には十分大きい電圧Ｖｇｃを印加し続ける。よって、画素電極と対向電極間（液晶層）にベンド配向の核の発生とベンド領域の拡大を行うための十分大きい電圧を印加でき、液晶層を完全にベンド配向にすることが可能である。なお、この期間では、ソース線電位１０３に交流電圧を与えているが、直流電圧でも同様に液晶層を完全にベンド配向にすることが可能である。
【００１４】
ここで、リセット期間と転移期間は２回以上繰り返した方がよい。１回のリセット期間と転移期間だけでは、ベンド配向にするのが困難である低温において、完全にベンド配向にすることができない場合がある。
【００１５】
次に、液晶層が完全にベンド配向になってから、映像表示させるため、通常映像表示期間１０６を設ける。この期間には、ゲート線電位１０１に薄膜トランジスタをオンまたはオフにする電圧が印加され、対向電極電位にはＶｓｃよりΔＶｐだけ小さいＶｎｃを与える。ΔＶｐはゲート線電位の変動ΔＶｇの影響で画素電極電位が低下する電圧である。
【００１６】
ΔＶｐ＝ΔＶｇ＊Ｃｇｄ／（Ｃｓｔ＋Ｃｌｃ＋Ｃｇｄ）
ここで、Ｃｓｔは蓄積容量５０４、Ｃｌｃは液晶層の容量５０５、Ｃｇｄはゲート・ドレイン間容量５０３であり、いずれも図４の等価回路に示す１画素当たりの値である。
【００１７】
本実施の形態１における駆動方式を用いると、電源投入後、より短時間で完全にパネル全体をベンド配向にすることができ、より短時間で映像を表示することが可能である。
【００１８】
（実施の形態２）
図５は対向電極が直流電圧である一般的な液晶パネルの駆動回路である。対向電極はコンデンサ２０１を付加することで駆動電圧Ｖｎｃの発生回路の出力抵抗が高くても安定して駆動できる。
【００１９】
しかし、本実施の形態２で使用するＯＣＢ液晶を有する液晶パネルを完全にベンド配向にし、映像を表示するためには、液晶層に大きい電圧を印加する必要があり、対向電極の電位を大きくして液晶層に大きい電圧を印加する場合、図５の駆動回路は使用できない。したがって、図２のように対向電極の電位を切り替えることが可能な駆動回路を使用する。
【００２０】
図２は実施の形態２に係る対向電極電位切り替え駆動回路である。（ａ）は図１のリセット期間１０４における対向電極電位Ｖｓｃを、(ｂ)は図１の転移期間１０５における対向電極電位Ｖｇｃを、(ｃ)は図１の通常映像表示期間１０６におけるＶｎｃを出力する対向電極電位切り替え駆動回路の状態である。
【００２１】
図２のように、各電圧をスイッチ３０１で切り替えることによって、図１の対向電極電位１０２の動作が可能になる。また、対向電極電位がＶｇｃまたはＶｓｃになるときには、対向電極にコンデンサを付加しないようにし、Ｖｎｃになるときにはコンデンサを付加するようにコンデンサ３０２を設置する。なぜなら、対向電極電位がＶｓｃまたはＶｇｃになるときにスイッチ３０１の出力側、つまり対向電極側にコンデンサが付加していると、そのコンデンサの充放電のために所望の電位になるまでに時間がかかってしまい（波形がなまる）、リセット期間では、均一なスプレイ状態にするためのリセット期間が長く必要になり、転移期間では、液晶層をベンド配向にするための転移期間が長く必要になる。さらに、Ｖｇｃが大きいとコンデンサの充放電のために大電流が流れてしまう。また、対向電極電位Ｖｎｃにコンデンサ３０２を付加することで、通常映像表示期間における対向電極電位を安定化し、映像表示にフリッカ、クロストーク等を抑制できる。
【００２２】
なお、スイッチ３０１の入力側のＶｇｃおよびＶｓｃの配線にもＶｎｃの配線と同様にコンデンサを設置しても良い。また、スイッチ３０１の出力側の対向電極への配線構成やパネル仕様によっては、コンデンサ３０２よりも比較的小さい容量のものを設置しても良い。また、本実施の形態２で使用した対向電極電位切り替え駆動回路はＦＥＴなどのスイッチング可能なもので構成することが可能である。
【００２３】
本実施の形態２における駆動方式を用いると、対向電極電位の切り替え時にコンデンサの充放電による電流を低減できるので、電源回路の構成を簡素化でき、低電力化が可能である。また、より短時間で完全にパネル全体をベンド配向にすることができ、フリッカ、クロストーク等のない映像表示を提供できる。
【００２４】
（実施の形態３）
図３は実施の形態３に係る対向電極電位およびゲート線電位切り替え駆動回路である。
【００２５】
図３では、スイッチ４０１でゲート線の電位を切り替え、スイッチ４０２で対向電極の電位を切り替えている。また、図１の転移期間１０５における対向電極電位１０２（Ｖｇｃ）をつくる電源と、ゲートドライバからゲート線に薄膜トランジスタをオンさせる電圧をつくる電源を共有している。このようにすることによって、電源回路の構成を簡略化でき、低コスト化、薄型および軽量化が可能である。ここでは、転移期間１０５における対向電極電位１０２をつくる電源と、ゲートドライバからゲート線に薄膜トランジスタをオンさせる電圧をつくる電源を共有しているが、薄膜トランジスタをオフさせる電圧が十分に小さく、液晶層に電圧を十分に印加可能であるなら、薄膜トランジスタをオフさせる電圧をつくる電源と転移期間１０５における対向電極電位１０２をつくる電源を共有してもよい。なお、対向電極切り替え駆動回路であるスイッチ４０２をスイッチ４０１と共にゲートドライバに内蔵することで、さらに低コスト化、薄型および軽量化が可能である。
【００２６】
なお、以上の実施例に於いては、トランジスターをオンまたはオフさせるためのゲート線に印加する電圧を複数ラインで同時に印加ことも可能であるが、全ラインを同時に印加することも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の実施形態によれば、電源投入時によって乱れた液晶層を均一なスプレイ状態にするリセット期間と、液晶層に大きい電圧を印加する転移期間を設けることにより、より短時間で完全にパネル全体をベンド配向にすることができ、より短時間で映像を表示することが可能である。
【００２８】
また、本発明の第２の実施形態によれば、リセット期間および転移期間における対向電極電位を対向電極に与えるときは対向電極にコンデンサを付加せず、通常映像表示期間における対向電極電位を対向電極に与えるときは対向電極にコンデンサを付加することにより、対向電極に大電流が流れるのを防止でき、さらに短時間で完全にパネル全体をベンド配向にすることができ、フリッカ、クロストーク等のない映像表示を提供できる。
【００２９】
また、本発明の第３の実施形態によれば、転移期間における対向電極電位をつくる電源と、ゲートドライバからゲート線に薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧をつくる電源を共有することにより、電源回路の構成を簡略化でき、低コスト化、薄型および軽量化が可能である。
【００３０】
なお、本発明を用いれば、高速応答かつ広視野角で動画表示や大画面化に十分対応できる液晶ディスプレイを提供することができ、またブラウン管に比べ低電力であるため、地球環境、宇宙環境に優しいことになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るタイムチャート
【図２】本発明の第２の実施形態に係る駆動回路図
【図３】本発明の第３の実施形態に係る駆動回路図
【図４】本発明の実施形態で用いた液晶パネルの１画素分の構成図
【図５】一般的な液晶パネルの駆動回路図
【符号の説明】
１０１ ゲート線電位
１０２ 対向電極電位
１０３ ソース線電位
１０４ リセット期間
１０５ 転移期間
１０６ 通常映像表示期間
２０１，３０２，３０４，３０６，４０３ コンデンサ
３０１，３０３，３０５，４０１，４０２ スイッチ
５０１ 画素トランジスタ
５０２ 画素電極
５０３ Ｃｇｄ（ゲート・ドレイン間容量）
５０４ Ｃｓｔ（蓄積容量）
５０５ Ｃｌｃ（液晶層の容量）
５０６ ソース線
５０７ ゲート線
５０８ 対向電極
５０９ 共通電極

Claims (12)

1. 画素データが供給される複数のソース線と、走査信号が供給される複数のゲート線の交点に対応して、マトリクス状に形成された薄膜トランジスタ、前記薄膜トランジスタに接続された画素電極および前記画素電極に接続された蓄積容量素子が形成された第一の基板と、前記第一の基板に対向する対向電極が形成された第二の基板と、前記第一の基板と前記第二の基板との間に位置し、ベンド配向を有する液晶層と、前記ソース線を駆動するソースドライバと、前記ゲート線を駆動するゲートドライバを具備する液晶パネルの駆動方法において、
   前記液晶層をベンド配向させるために設けられ、前記液晶パネルへの電源投入後であるとともに前記液晶パネルの通常映像表示開始前である転移期間に、前記ゲートドライバから前記ゲート線に前記薄膜トランジスタをオンさせる電圧を一定期間印加し、且つ、ソース線電位として所定の電位であるＶｓｃを中心値とし、高電位側の電圧をＶｓｃｈとし、低電位側の電圧をＶｓｃｌとした交流電圧を前記ソースドライバから前記ソース線に印加し、且つ、前記対向電極に前記交流電圧より大きい電圧であるＶｇｃを印加し、前記液晶層を完全にベンド配向させ、
   前記通常映像表示期間に、前記ゲートドライバから前記ゲート線に前記薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧を印加し、同時に前記対向電極に、前記Ｖｓｃよりも小さい電圧であるＶｎｃを印加し、
   前記転移期間に前記交流電圧を印加する際、前記ＶｓｃｈおよびＶｓｃｌを交番且つ一定期間にわたり印加し、
   前記蓄積容量素子の蓄積容量をＣｓｔ、前記液晶層の容量をＣｌｃ、前記薄膜トランジスタのゲート・ドレイン間の容量をＣｇｄ、前記ゲート線電位の変動分をΔＶｇとすると、前記Ｖｎｃは、
   Ｖｎｃ＝Ｖｓｃ−ΔＶｇ＊Ｃｇｄ／（Ｃｓｔ＋Ｃｌｃ＋Ｃｇｄ）
   で得られることを特徴とする液晶パネルの駆動方法。
2. 前記転移期間において、前記ＶｓｃｈおよびＶｓｃｌを交番且つ一定期間にわたり印加する動作を２回以上行うことを特徴とする請求項１記載の液晶パネルの駆動方法。
3. 前記Ｖｇｃ、ＶｎｃおよびＶｓｃをスイッチング手段で切り替えて直接駆動することを特徴とする請求項１または２記載の液晶パネルの駆動方法。
4. 前記スイッチング手段がＦＥＴを用いた回路であることを特徴とする請求項３記載の液晶パネルの駆動方法。
5. 前記スイッチング手段を前記ゲートドライバに内蔵することを特徴とする請求項３または４記載の液晶パネルの駆動方法。
6. 前記Ｖｇｃ、ＶｎｃおよびＶｓｃをつくる第１の電源と、前記ゲートドライバから前記ゲート線に前記薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧をつくる第２の電源を共有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の液晶パネルの駆動方法。
7. 前記液晶パネルへの電源投入後であるとともに前記転移期間前であるリセット期間に、前記ゲートドライバから前記ゲート線に前記薄膜トランジスタをオンさせる電圧を印加し、同時に前記対向電極に所定の電位を有する第１のリセット電圧を印加し、さらに同時に前記ソースドライバから前記ソース線に所定の電位を有する第２のリセット電圧を印加し、
   前記第１のリセット電圧および第２のリセット電圧の電位差を±１Ｖ以内に設定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の液晶パネルの駆動方法。
8. 前記リセット期間に、前記第１のリセット電圧および第２のリセット電圧を印加する際、いずれも前記Ｖｓｃを印加することを特徴とする請求項７記載の液晶パネルの駆動方法。
9. 前記リセット期間において、前記ゲートドライバから前記複数のゲート線に前記薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧をライン毎にタイミングを変 えて印加することを特徴とする請求項７または８記載の液晶パネルの駆動方法。
10. 前記リセット期間において、前記ゲートドライバから前記複数のゲート線に前記薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧を複数ライン毎にタイミングを異ならせて印加することを特徴とする請求項７または８記載の液晶パネルの駆動方法。
11. 前記リセット期間において、前記ゲートドライバから前記複数のゲート線に前記薄膜トランジスタをオンまたはオフさせる電圧を全ライン同時に印加することを特徴とする請求項１０記載の液晶パネルの駆動方法。
12. 請求項１から請求項１１のいずれかに記載の液晶パネルの駆動方法による液晶表示装置。

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