JP4182100B2

JP4182100B2 - アクティブマトリクス液晶表示装置

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Application number: JP2005349845A
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Inventors: 恭史浅尾; 秀雄森; 豊稲葉
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Description

本発明は、アクティブマトリクス液晶表示装置に関し、特に電圧極性反転駆動により表示を行うものに関する。

従来、赤、緑、青の３種類の画像信号に応じてカラー表示を行うカラー表示素子があり、このようなカラー表示素子の一例であるカラー液晶表示素子は薄型・低消費電力で、かつ高い表示品位という特徴がある。このため、携帯電話、ＰＣ用モニタ、家庭用テレビなど、あらゆるカラー表示装置へと応用されている。

ここで、このようなカラー液晶表示素子の一例として、一つの画素を少なくとも３つの副画素に分割し、それぞれにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタを配設するようにしたものがある。そして、このようなカラー液晶表示素子は、これら少なくとも３つの副画素を、それぞれ独立に駆動し、ＲＧＢを重ね合わせる並置加法混色という概念を用いた混色効果によってフルカラー表示を行うようにしている。このようなカラー液晶表示素子は高い色再現性能を容易に実現することができるというメリットがある。

ところで、こうしたカラー液晶表示素子を駆動するにあたり、フリッカやクロストークなどの表示上の問題点を解決する手段として、隣接する画素同士では異なった極性の電圧を印加するドット反転駆動方式が一般に用いられる。その中でも、３ドット反転駆動、すなわち、ＲＧＢ副画素を一つの単位画素とし、単位画素内では同一極性、即ち隣り合った３つの副画素ごとに極性が入れ替わるような駆動方法が広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

そして、これに伴い、このような３ドット反転駆動を行うためのドライバＩＣの汎用化が進んでおり、こうした汎用化の進んだ部品を使用することは、低コストな製品を作る上で非常に重要である。

一方、カラー液晶表示素子の他の例として、カラーフィルタを用いることなくカラー表示を行うことのできるＥＣＢ型（電界制御複屈折効果型）のカラー液晶表示素子がある。
ここで、このようなＥＣＢ型のカラー液晶表示素子としては、例えば一対の基板間に液晶を挟持した液晶セルを挟んで、その表面側と裏面側とにそれぞれ偏光板を配置した透過型のものがある。

この透過型のカラー液晶表示素子の場合、一方の偏光板を透過して入射した直線偏光が、液晶セルを透過する過程で液晶層の複屈折作用により、各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となる。そして、その光が他方の偏光板に入射し、この他方の偏光板を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。またこれと同様の考え方によって、反射型のカラー液晶表示素子を実現することも出来る。

このように、ＥＣＢ型のカラー液晶表示素子は、液晶の複屈折作用と偏光板の偏光作用とを利用して光を着色するものであり、カラーフィルタによる光の吸収がないことから、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得ることができる。しかも、電圧に応じて液晶層の複屈折性が変化するため、液晶セルへの印加電圧を制御することによって透過光や反射光の色を変化させることができることから、同じ画素で複数の色を表示することもできる。

本発明者の１人は、ハイブリッドカラー液晶表示モードと呼ばれているカラー表示装置を提案した。この液晶表示モードは、複屈折効果（ＥＣＢ効果）による呈色現象を利用し、Ｇ（緑）とＭ（マゼンタ）の二つのカラーフィルタを有する二つの副画素によって単位画素を構成してカラー表示を行うものである。

このように構成した場合、３つの副画素にそれぞれＲＧＢのカラーフィルタを配設するＲＧＢカラーフィルタ方式と比較すると、単位画素を構成する副画素を３つから２つへと削減することができ、低コストなカラー液晶表示素子が実現できる。また、カラーフィルタによる光吸収が減少するために、光利用効率は従来のＲＧＢカラーフィルタ方式よりも高いものが実現できる。

ハイブリッドカラー液晶表示モードは、また、マゼンタカラーフィルタを有する副画素を更に分割することによって階調表示能を高めることができる。また、微小な赤画素および／あるいは青画素を追加配置することによって、アナログフルカラーを得る方式もある（例えば、特許文献２および非特許文献１参照）。

この場合、階調度に応じて細分された副画素によって単位画素が構成される。また、副画素の数は多くなる。

ハイブリッドカラー液晶モードにおいても、液晶自体は通常のディスプレイで多く用いられているＶＡ配向やベンド配向の液晶が用いられる。したがって、マトリクス表示パネルにドライバ回路を取り付けて駆動するとき、走査線、信号線ともに一般のディスプレイに用いられているのと同じドライバＩＣを用いることが出来る。汎用性のあるドライバＩＣを用いることは表示装置のコストを低減する上でも好ましい。

多くの信号線側のドライバＩＣは、ＲＧＢ３つの副画素から構成される液晶ディスプレイ用に作られている。このため、単位画素が２つの副画素から構成されるハイブリッド型のカラー液晶表示素子に適用すると、ドライバＩＣ側の１画素ＲＧＢ３出力を、液晶パネルの１．５画素分の駆動に用いることになる。この結果、信号側ドライバの数は、同じ画素数の液晶ディスプレイで比べると、２／３ですむ。

アクティブマトリクス方式のハイブリッドカラー液晶表示パネルの駆動方法は上記特許文献２及び非特許文献１に説明されている。ＶＡ配向モードにおいては、２つの副画素にともに電圧をかけない状態で暗状態すなわち黒である。２つの副画素に同じ電圧を印加し、電圧を高くしていくと白になる。マゼンタ副画素は、さらに電圧を高くしていくことにより赤から青に色変化する。

本来、ネマティック液晶は電圧の正負に対して対称の電気光学応答特性を示すので、一定周期で駆動電圧の極性を反転する交流駆動においては、極性によらず電圧の絶対値に応じた光学応答特性が得られるはずである。

しかし実際のカラー液晶表示素子では、走査線選択パルスがオフになるときに画素電極に現れる電圧変動、即ちフィードスルーの影響や、配向膜等に残存する残留ＤＣの影響などによって、液晶層にかかる電圧を完全に正負対称にすることは困難であることが多い。

フィールド反転駆動では、１フィールド内でパネル全面に同一極性の電圧が印加される。フレーム周波数を３０Ｈｚとすると、奇数フィールドでは６０分の１秒間が＋極性電圧、偶数フィールドでは６０分の１秒間が−極性電圧で駆動される。

この結果、異なる光学特性をもつ表示が６０分の１秒ごとに交互に行われることとなり、３０Ｈｚの画面のちらつき（フリッカ）が発生する。ハイブリッド型カラー液晶においても、液晶自体は通常のＲＧＢカラー液晶と同様の配向モードが用いられるので、問題は同じである。

フリッカをなくすために通常のＲＧＢカラー液晶で用いられている方法、即ち１走査線ごとに印加電圧の極性を反転するライン反転駆動は、ハイブリッド型カラー液晶においても有効である。また、同一走査線内で１画素ごとに印加電圧の極性を反転し、かつ１走査線ごとにも極性反転するドット反転駆動も、ハイブリッド型カラー液晶においても有効である。

ライン反転駆動やドット反転駆動では、各画素は３０Ｈｚの周期で異なる光学特性の表示が繰り返されるものの、隣接ラインもしくは隣接画素の光学特性が空間的に平均化され、人間の目にはフリッカとして視認されることが実質的になくなる。

図２３は、従来のハイブリッド型のカラー液晶表示素子におけるカラーフィルタ配列の一例を示す図である。符号Ｇで示す緑のカラーフィルタと、符号Ｍで示すマゼンタのカラーフィルタとが互い違いに配列されている。カラーフィルタを縦につなげたストライプパターンにし、縦方向に同じ副画素配列にすると、表示画像のエッジが色づくことがある。これを軽減するためには、カラーフィルタを互い違いにする図２３の配列が好ましい。

特開平８−２３４１６５号公報国際特許公開ＷＯ２００４／０４２６８７号明細書ＳＩＤ‘０４Ｄｉｇｅｓｔｐ．１１１０−１１１３

ところが、ＲＧＢカラーフィルタ方式に用いられる汎用の駆動用ドライバを、図２３の画素配列を有するハイブリッド型カラー液晶に適用すると、ドット反転駆動を行ったときに次のような問題が発生する。

図２４は、図２３のカラー液晶表示素子を、ＲＧＢカラーフィルタ方式用のドライバで駆動したときの各画素の極性を示す。ドット反転における極性反転駆動方式においては、１フレームは２つのフィールドからなる。そして、図２４の（ａ）はそのうちの一方のフィールド（奇数フィールドという）、図２４の（ｂ）は他方のフィールド（偶数フィールドという）における印加電圧の極性を示している。

ドット反転駆動は画素単位で行われるので、図２４に示すように隣接する３ドットをひとまとまりにして反転が行われる。このとき印加される極性に注目すると、以下のことがわかる。

図２４の（ａ）及び（ｂ）では、１２個の単位画素、すなわちＧとＭがそれぞれ１２個ずつからなるＥＣＢ型カラー液晶表示素子が描かれている。

奇数フィールド（図２４の（ａ））において、＋極性を示すＧ（緑）副画素は１２画素中に８個あるのに対して、−極性を示すＧ（緑）副画素は４個である。一方、＋極性を示すＭ（マゼンタ）副画素は４個であるのに対して、−極性を示すＭ（マゼンタ）副画素は８個存在する。

偶数フレーム（図２４の（ｂ））では、＋極性を示すＧ副画素は４個であるのに対して、−極性を示すＧ副画素は８個存在する。一方、＋極性を示すＭ副画素は８個あるのに対して、−極性を示すＭ副画素は４個である。

緑色の単色表示を行うと、奇数フィールドでは８個のＧ副画素が正極性電圧で、４個のＧ副画素が負極性電圧で駆動されるのに対し、偶数フィールドでは４個のＧ副画素が正極性電圧で、８個のＧ副画素が負極性電圧で駆動される。

ここで、既述したように正極性駆動時と負極性駆動時で光学特性が完全には対称でない。しかし、各フィールドにおいて、正極性駆動のＧ副画素と負極性駆動のＧ副画素とが同数なら、たとえ正極性のときの光学特性と負極性のときの光学特性が非対称であっても、奇数・偶数両フィールドの光学的性質は同じになるので、フリッカは生じない。

しかし、図２４の場合のように、フィールド内での正極性駆動のＧ副画素と負極性駆動のＧ副画素とが同数でない場合には、２つのフィールドの光学的性質が異なることになり、その結果３０Ｈｚのフリッカが発生する。

同様に、Ｍ副画素によって赤または青の単色表示を行うときも、Ｍ副画素のうち正極性駆動されるものと負極性駆動されるものが同数でなく、やはりフリッカが生じる。単色表示でないときでも、緑、赤、青の３原色の各成分が不均衡であることに変わりはないから、やはりフリッカとして見えてしまう。

以上の結果は、４行×３列＝１２画素について得られたものであるが、さらに広いエリアで見ても、図２３及び図２４が単位となって繰り返されるだけなので結果は変わらないことは明らかである。

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものである。そして、汎用のドット反転駆動用のドライバＩＣを用いた場合でも、フリッカの発生を防ぐことのできるアクティブマトリクス液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、画素が行方向と列方向とにマトリクスをなして配列し、各画素がそれぞれ複数の副画素から構成されるマトリクス液晶表示パネルと、各副画素に電圧を印加する駆動回路とを有するアクティブマトリクス液晶表示装置であって、前記副画素に印加される電圧が、行方向には前記副画素の配列の周期とは異なる数の副画素ごとに極性が反転し、かつ隣接行ごとにも極性が反転した電圧であり、前記副画素の周期を偶数とすると共に、前記行方向の副画素配列と前記行方向の極性反転の共通周期内に、前記副画素配列の繰り返し単位が奇数個、極性反転の繰り返し単位が偶数個それぞれ含まれており、隣接する２行で前記副画素の周期配列が同じ向きで半周期ずれていることを特徴とする。

本発明のように、行方向と列方向とにマトリクスをなして配列されている画素を構成する複数の副画素に、列方向と行方向とでそれぞれ一定の周期で極性が反転した電圧を印加すると共に、副画素の配列の周期が行方向の極性反転の半周期と異なるようにする。これにより、汎用のドット反転駆動用のドライバＩＣを用いた場合でも、フリッカの発生を防ぐことができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。

なお、本発明で言うフリッカとは、２つのフィールドで駆動電圧の極性を反転させて駆動する極性反転駆動において、フィールド内で正極性駆動される副画素の数と負極性駆動される副画素の数とが異なる場合に起きる。すなわち、正極性駆動される副画素の数と負極性駆動される副画素の数とが異なる場合、奇数フィールドと偶数フィールドとで同じ画像を表示しても、ちらついて見えてしまう。この現象をフリッカと言う。

従来は、ドット反転駆動を３ドット単位で行う方式、すなわち極性反転ピッチを画素ピッチに一致させていたので、上記の意味でのフリッカは生じない。

しかし、画素の構成としてはＲＧＢ３つを１単位とする以外に、ハイブリッドカラー方式や、ＲＧＢに白の副画素を加えてＲＧＢＷの４ドットで１画素を構成するなど、さまざまな場合がありえる。本発明は、これら画素ピッチが３でないマトリクスディスプレイにおいても、ＲＧＢカラー方式とおなじ３ドットピッチで極性反転駆動することが、製造コスト低減の上で有利であることに注目し、その場合のフリッカを軽減する方法を提供するものである。

ここで、まずフィールド内で正極性駆動される副画素の数と負極性駆動される副画素の数とが異なるのはどのような場合か、について以下に説明する。

１．行内での極性と副画素数との関係
今、図１に示すように、１つの単位画素５０がＱ個の副画素５０ａからなり、それらＱ個が行方向に配列しているとする。なお、図２３はＱ＝２の例である。

図１に示すように、１つの行の１つ１つの副画素５０ａにより構成されるドットの配列は、Ｑ個の副画素５０ａの並びを１つの単位パターンとして周期的に繰り返されたパターンになっている。当面、すべての行についてこのパターンは同じであるとする。

図１には、この画素配列のマトリクス液晶表示パネルを３ドットずつ極性反転駆動するときの各副画素５０ａの極性も示されている。すなわち、空白の副画素は正極性の電圧が印加されている副画素を表し、ハッチングで示された副画素は負極性の電圧が印加されている副画素を表す。極性反転周期は６ドットであり、これを以下、駆動ユニットという。

１行のドットは３つずつまとめて左から順に正、負、正、負、・・・の極性の電圧が印加され、次の行についてはその逆に左から負、正、負、正、・・・の極性の電圧が印加される。

この極性と副画素配列との関係はフィールドごとに反転する。図２は、その様子を示すものであり、図２のＡの極性で１つのフィールド（奇数フィールドとする）の駆動を行い、次のフィールド（偶数フィールドとする）では図２のＢのように各ドットの極性を反転して駆動を行う。

図３は、１つの行の副画素配列パターンと電圧極性パターンの関係を示すものである。

電圧極性は３ドットずつ正負が繰り返されるので６ドットを周期とする繰り返しパターンを持っている。一方、副画素パターンの周期はＱドットである。

電圧極性と副画素配置の両方を考慮した行方向のドットパターンの最小繰り返し単位は、６とＱの最小公倍数（Ｌとする）となる。Ｌは、副画素を単位とする極性反転の周期（６ドット）と副画素配列周期の共通周期のうち最小の周期である。

このＬドットの中で各副画素の極性を数えて、正極性の数と負極性の数が同じか異なるかを調べると、後の部分はその繰り返しであるから、全体の極性の不均衡を判定することが出来る。

図２３の場合はＱ＝２であり、Ｑと６の最小公倍数は６なので、Ｌ＝６ドット分の極性及び副画素配置が決まると、後はその繰り返しである。

極性及び副画素の両方の周期パターンを掛け合わせた繰り返し単位であるＬ個のドット内には、図３に示すように、Ｑ個の副画素からなる単位画素がＬ／Ｑ（＝Ｐとする）個含まれている。

特定の副画素（Ａと呼ぶ）に注目すると、Ｌドット列の中には当然副画素ＡもＰ個ある。そのうちの何個かは正極性、残りは負極性であり、フィールドごとにその個数が入れ替わる。奇数フィールドでの正極性のＡの個数をＰ１、負極性のＡの個数をＰ２とする（Ｐ１＋Ｐ２＝Ｐ）と、偶数フィールドでは、正極性のＡがＰ２個、負極性のＡがＰ１個となる。

以下、Ｐが偶数の場合と奇数の場合とに分けて説明する。

（１−１）Ｐが偶数のとき
Ｐが偶数の例として、図４に、Ｑ＝５、Ｌ＝３０（したがってＰ＝６）の場合を示す。この場合、左から２番目の副画素をＡとすると、正極性のものが３つ（Ｐ１＝３）と負極性のものが３つ（Ｐ２＝３）になる。

図５は、Ｐが偶数の一般の場合を示す。

いま、Ｐが偶数なので、Ｌ個のドット列を中央で２等分したとき、左右に分けられたＬ／２個のドット列がそれぞれＰ／２個の単位画素を含んでいる。

ところが、電圧極性パターンのほうは、Ｌ／２は６の倍数ではない（６の倍数であるとすると、Ｌ／２が６とＱの公倍数となり、Ｌが最小公倍数であるという仮定に反する）ので、この２分点で６ドットからなる駆動ユニットが半分の３個ずつに分断されてしまう。

このため、２分点の左側のＬ／２個のドット列は、左から３ドットずつ順に正、負、正、負・・・（正で終わる）の極性を持ち、２分点の右側のＬ／２個のドット列は、左から３ドットずつ順に負、正、負、正・・・（負で終わる）の極性を持つ。２分点の左右で対応するドットが逆極性であるから、特定の副画素Ａの極性も２分点の左右で逆である。したがって、正極性のＡと負極性のＡは、Ｌドット列内で同数含まれている（Ｐ１＝Ｐ２）ことがわかる。

（１−２）Ｐが奇数のとき
図６は、Ｐが奇数の例として、Ｑ＝４，Ｌ＝１２（したがってＰ＝３）の場合を示したものである。左から２番目の副画素Ａは、正極性のものが１つ（Ｐ１＝１）と負極性のものが２つ（Ｐ２＝２）になる。

一般に、Ｐが奇数ならＰ１とＰ２は当然等しくないから、Ｌ個のＡのうち正極性のものと負極性のものは同数でないということになる。すなわち、Ｐが奇数のとき、１つの行だけを見る限り、偶数フィールドと奇数フィールドで光学特性に違いが生じる。

Ｌ＝ＰＱは６の倍数で偶数であるから、Ｐが奇数のときＱは偶数でなければならない。Ｑ個の副画素をＱ／２個に２等分して、
第１群：Ａ_１，Ａ_２，・・，Ａ_Ｑ／２
第２群：Ａ_{Ｑ／２＋１}，Ａ_{Ｑ／２＋２}，・・，Ａ_Ｑ
とする。

図７は、Ｐが奇数の場合を描いたものである。ただし、Ｌ＝６ＪとしてＪが偶数のときの極性パターンを描いてある。

Ｌドット列を２分すると、Ｌドット中に含まれる単位画素の数（Ｐ）が奇数であるから、図７に示すように、分割点では１つの単位画素が第１群と第２群の境界で分割されることになる。

分割点の左側のＬ／２ドット列は、第１群で始まり第１群で終わる副画素の列になり、右側のＬ／２ドット列は、第２群で始まり第２群で終わる副画素の列になる。

一方、電圧極性パターンのほうは、Ｊが偶数なので、分割点で駆動ユニットがちょうど６ドット周期の区切りになっており、２分した両側のＬ／２ドット列で同じ極性パターン、すなわち、ともに左から順に正，負，正，負・・・（負で終わる）になる。

一方、図８は、Ｐが奇数で、Ｊが奇数のときの極性パターンである。

Ｊが奇数のときは、Ｌドット列を中央で２分すると、２分点で６ドットの駆動ユニットが３ドットずつに分断されるため、２分した左側のＬ／２ドット列と右側のＬ／２ドット列とでは逆相のパターン列になる。つまり、左側は、正，負，正，負・・・（正で終わる）の順であるが、右側は、負，正，負，正・・・（負で終わる）の順になっている。

図７及び図８に示すとおり、Ｐが奇数である限り、Ｊが偶数、奇数いずれの場合も、極性不均衡が生じることには変わりはない。

２．異なる２行の関係
以上は、正極性駆動のドットと負極性駆動のドットを１つの行の中で比較したときの結果である。

ドット反転やライン反転駆動においては、隣り合う行間の駆動電圧極性も逆になる。

隣り合う行が、同じ副画素配列である場合を図９に示す。また、その具体例を図１０〜図１２に示す。なお、以下、複数行にわたって同じ信号線で駆動される列が同じ副画素からなっているときに同じ副画素配列であるという。図９〜図１２はいずれもその例である。

図１０はカラーフィルタがストライプパターンになる配列例である。

図１０では、行方向に配列した２つの副画素（Ｇ，Ｍ）が１つの画素１００を構成する。奇数列の信号線Ｓ１，Ｓ３，・，Ｓ７上にはＭ副画素、偶数列の信号線Ｓ２，Ｓ４，・，Ｓ８上にはＧ副画素が並べられている。外部の行駆動回路２００、列駆動回路３００は、それぞれ行方向の走査線Ｇ１〜Ｇ３と、列方向の信号線Ｓ１〜Ｓ８に電圧信号を与える。行ごとに走査線Ｇ１〜Ｇ８を順次選択して信号線Ｓ１〜Ｓ８に画像信号を与える。

図１１はＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（白）の４ドットが１つの画素を構成する例である。この配列も、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗがそれぞれ同じ信号線で駆動されるので、各行は同じ画素配列であるという。

図１２は，Ｒ、Ｇ、Ｂがそれぞれ２つの副画素から構成される場合であり、６つの副画素が１つの画素を構成する。各色の２つの副画素の面積比を２：１にして４段階の輝度を作り、合計で６４色の表示を行う。

図１０〜図１２には、それぞれ３ドットピッチで駆動したときの副画素の極性を示してある。引き続くフィールドでは各ドットの正負が逆転し、図１０〜図１２におけるＡの状態から、Ｂの状態に変わる。

先の（１で述べた）副画素数と極性反転ピッチの関係は、図１０ではＱ＝２、Ｐ＝３であり、図１１ではＱ＝４、Ｐ＝３、図１２ではＱ＝６、Ｐ＝１である。

いずれの場合も、Ｐが奇数なので、１つのフィールド内で、行方向には極性が不均衡であるが、引き続く２行では極性が逆になるので、その２行にわたってみれば、正極性駆動ドットと負極性駆動ドットの数が同じになる。このように、副画素配列がすべての行について同じ場合には、行毎に極性を反転させることによって極性不均衡がなくなり、フリッカの発生を防ぐことが出来る。

しかし、図９〜図１２のように同じ行パターンを列方向に繰り返すと、先にも述べたように、表示によっては画像の縁が色づくといった悪い結果をもたらす場合がある。そこで、ある行の副画素配列があるとき、となりの行はその配列パターンをそのまま行方向にずらせた配置にすることがよく行われる。

次に、引き続く２行で副画素配列を異ならせた場合のフリッカについて述べる。

副画素配列パターンを行ごとにずらせたとしても、先に（１で）述べた行内での極性と副画素数との関係は変わらない。副画素がＡ_１，Ａ_２，・・，Ａ_Ｑの配列であり、隣接する２つの行でそれが１ドット分ずれているとすると、ずれたほうの行の単位画素をＡ_Ｑ，Ａ_１，Ａ_２，・・Ａ_Ｑ−１とみなせば、１で述べたことはそのまま成り立つ。

すなわち、ＬとＰを同じように定義して、Ｐが偶数なら、１つのフィールド内で正負の副画素の数はどの副画素をとっても同数である。したがって、Ｐが偶数のときは、副画素配列を異なる行の間でどのようにずらせたとしても、異なるフィールド間での光学特性に差がなく、フリッカは生じない。

Ｐが奇数のときは、１つの行の中では必ず正負の副画素の数が異なっているので、その行だけを見る限りフリッカが生じることになる。しかし、２つの行が異なる副画素配置をとり、一方の行の不均衡が他方の行の不均衡を打ち消すならば、この２行にわたってみれば正極性の画素と負極性の画素は同数になり、フリッカをなくすことが出来る。本発明はこの着想に基づき、フリッカのない表示装置を提供するものである。

以下詳しく説明する。

（２−１）Ｐ＝奇数、Ｊ＝偶数のとき
図１３は、図７と同じ、Ｐが奇数かつＪが偶数のときの副画素配列と電圧極性パターンを、２つの行にわたって示したものである。隣接する２行は、極性が反転しているとともに、互いに他方の行に対して副画素の配列がＱ／２ドット分（半画素ピッチ分）ずれている。

Ｊが偶数のときは、画素配列をＱ／２ドット分ずらせた行は、元の行と比べて副画素配列パターンの第１群と第２群が入れ替わっている。あるいは、Ｌドット列全体を見て、２分した左右が入れ替わっているといってもよい。また、極性パターンは、元の行に対しては反転した関係にあり、Ｊが偶数なのでＬドット列の左右で同パターンである。

したがって、図１３にも示されているように、第１行の左側のＬ／２ドット列と第２行の右側のＬ／２ドット列とは、同じ副画素パターンを持ち、電圧極性は逆パターンである。このことは、第１行の左側のＬ／２ドット列と第２行の右側のＬ／２ドット列とは、対応する副画素同士が、不均衡を打ち消しあっていることを意味する。

したがって、２行について互いにＱ／２ドットずつ配列をずらせることにより、奇数フィールドと偶数フィールドのいずれのフィールドにおいても、各副画素の極性が正負同数になり、フリッカが解消される。

（２−２）Ｐ＝奇数、Ｊ＝奇数のとき
Ｊが奇数のときは、Ｊが偶数のときと同じように、隣接行において極性を反転し、かつ画素配列をＱ／２ドット分ずらせると、副画素配列パターンについて第１群と第２群の配置が入れ替わる。しかし、これに加えて極性も左右入れ替わったパターンになるので、不均衡は元の行と変わらずそのままとなり、打ち消すことが出来ない。

図１４は、図８とおなじく、Ｐが奇数かつＪも奇数のときの副画素配列と極性パターンを、２つの行にわたって示したものである。ただし図１４は、第１行の副画素配列に対し、第２行の副画素配列をＱ／２ドット分ずらせただけでなく、副画素配列の向きも逆向きにした。

このように副画素の順序を逆向きにした上でＱ／２ドット分ずらせると、全体の副画素配列は、元の行と比べて、Ｌ／２ドット列の中でそれぞれの向きを変えたのと等価になる。

図１４において、第１行と第２行の左側のＬ／２ドット列同士、あるいは第１行と第２行の右側のＬ／２ドット列同士を比較すると、向きが反対であるが同じ副画素配列であり、かつ電圧極性が逆である。したがって、第１行の左側の副画素と第２行の左側の対応する副画素とは、互いに不均衡を打ち消す。第１行の右側の副画素と第２行の右側の対応する副画素についても同様である。

このように、ＰとＪがともに奇数のときも、引き続く２行で副画素配列を逆向きにし、かつＱ／２ドット分ずらせることにより、どの副画素をとっても正負極性が均衡し、フリッカが解消できることがわかった。

以上の結果を図１０〜図１２の画素配置にそれぞれ適用してみる。

図１０では、Ｑ＝２なのでＬ＝６、Ｐ＝３，Ｊ＝１となるから、ＰとＪがともに奇数になる。したがって、第１行が図１０の副画素であるとして、第２行は、副画素のＭとＧを入れ替えてかつ半ピッチつまり１ドットずらせることになる。

しかし、この操作により第１行の画素配列に戻るので、第２行の画素配列は第１行と同じになる。結局Ｑ＝２のときは同じ副画素配列の場合に帰着する。

図１１では、Ｑ＝４なのでＬ＝１２、Ｐ＝３，Ｊ＝２となるから、Ｐが奇数、Ｊが偶数である。上で得られた結果によれば、図１０のＢに示す配置から、副画素の順番はそのままで、偶数行の画素配置を半ピッチ（すなわち２ドット）ずらせることになる。その配置を図１５に示す。図１１の場合と同様、ＡとＢは２つのフィールドにおける画素の状態を示している。各フィールドで極性の均衡が成り立っていることがわかる。

図１２の画素構成は、Ｑ＝６なのでＬ＝６、Ｐ＝１，Ｊ＝１となるから、ＰとＪがともに奇数である。上で得られた結果によれば、図１２の配置から、偶数行の副画素の順番を入れ替えて、さらに画素配置を半ピッチ（すなわち２ドット）ずらせることになる。その配置を図１６に示す。図１２の場合と同様、ＡとＢは２つのフィールドにおける画素の状態を示している。この場合も各フィールドで極性の均衡が成り立っていることがわかる。

以上の議論において，極性反転の単位は３ドットとして説明したが，本発明はこれに限らず、任意のドット数について成り立つ。これをＳとすると、ここまでの説明において６としてきた極性周期は２Ｓに置き換えて一般化できる。

このように、行方向と列方向とにマトリクスをなして配列されている画素を構成する複数の副画素に、列方向と行方向とでそれぞれ一定の周期で極性が反転した電圧を印加すると共に、副画素の配列の周期が行方向の極性反転の半周期と異なるようにする。これにより、汎用のドット反転駆動用のドライバＩＣを用いた場合でも、フリッカの発生を防ぐことができる。

次に、以上の結果をハイブリッドカラー素子に適用したときの形態について説明する。

本発明に用いるカラー表示素子は、さまざまな形態のものが適用できるが、その表示原理について、ＥＣＢ効果を利用したカラー液晶表示素子を一例に挙げて説明する。

図１７は、ハイブリッドカラー表示装置の１画素の構成を示す構造を示す図である。

本発明に用いることができるカラー液晶表示素子（カラー表示素子）では、図１７の（ａ）に示すように、１画素５０を複数（２つ）の副画素５１，５２に分割している。そして、そのうちの１つの副画素５１には符号Ｇで示す緑色のカラーフィルタを重ね、他の副画素５２は、電圧印加によって液晶層のリタデーションを調節して黒から白に至る無彩色の輝度変化と、赤からマゼンタを経て青に至るいずれかの色とを表示させる。

即ち、電圧印加によってリタデーションを変化させて有彩色を表示する第１の副画素５２と、緑色のカラーフィルタを有し、電圧によって明度変化範囲でリタデーションを変化させてカラーフィルタの色（緑）を表示する第２の副画素５１とで単位画素を構成する。つまり、視感度の高い緑色を表示させる副画素（以下、緑副画素という）５１には、ＥＣＢによる着色を利用しないで緑色のカラーフィルタＧを用い、赤と青だけにＥＣＢによる着色現象を利用することが特徴である。

図１７の（ａ）に示すカラー液晶表示素子では、緑副画素５１については連続階調表示可能であるが、透明副画素５２の有彩色状態つまり青と赤はＥＣＢによる着色を利用しているため階調表示はできない。

この点を改良した画素構成を図１７の（ｂ）に示す。透明副画素５２を２個のサブピクセルに分割すると共に、その面積比を変えることによってデジタル的に階調を表現する。ここで、サブピクセル５２ａ，５２ｂは異なる面積を有しているので、点灯して色が表示されるサブピクセル５２ａ，５２ｂの面積によっていくつかの段階の中間調が表示される。

分割数をさらに増やし、面積比が１：２：・・・：２^Ｎ−１となるようＮ（透明画素の分割数）個に分割することで、リニアリティーの高い階調表示特性を得ることが出来る。

図１７の（ａ）の基本構成に対して色純度を改良したのが図１８である。

図１８の（ａ）に示すものは、緑カラーフィルタのある副画素５１は基本構成と同じであるが、透明であった副画素５２に符号Ｍで示すマゼンタ色のカラーフィルタが配設されている。緑副画素５１には、上記基本構成と同じく明度を変化させる変調領域の変調を与えて緑色の明度を変化させ、マゼンタ副画素５２には、色相変化領域の変調を与えて有彩色を表示させると共に、明度変化領域の変調を与えてマゼンタ色の明度を変化させる表示を行う。

このように、リタデーション変化で着色する方の副画素５２に緑色と補色関係にあるカラーフィルタを配設することによって、赤色及び青色の色再現範囲を広げることが可能となる。

図１８の（ｂ）はマゼンタカラーフィルタの副画素を階調表示のために２：１の２つに分割した例である。画素分割で階調表示を得る場合、画素分割数を増やせば増やすほど取り得る表示色は増えていく。しかしこの手法はあくまでもデジタル階調であり、アナログフルカラー表示ではない。

図１９は、ハイブリッドカラー表示モードでアナログ階調を得るための画素構成である。図１９の（ａ）に示すように、図１７の（ａ）の基本構成に赤色と青色のカラーフィルタを有する第３及び第４の副画素５５，５６を追加する。副画素５５，５６は、緑カラーフィルタのある画素５１とおなじ電圧で駆動され、それぞれ青と赤の連続的な明るさ変化を作る。これによって、マゼンタ画素の不連続な階調レベルの間を埋めることができるので、赤色、青色についても連続階調を表示することが出来る。

マゼンタ副画素は１つでもよいが、複数に分割してもよい。なお、赤色と青色のカラーフィルタを配設した第３及び第４の副画素５５，５６は、マゼンタ色のデジタル階調の隙間を埋めるものである。このため、最大明度が、マゼンタ副画素を構成するサブピクセルのうち最小のサブピクセルによって表示される明度と略一致するように変調を行う。したがって、第３及び第４の副画素５５，５６の大きさは、画素分割したマゼンタ副画素のうち最小面積の副画素と同等の面積を持てば十分である。

赤や青のカラーフィルタは外光の１／３以上を吸収するため、あまり大きな面積を占めるのは光利用効率の点からは好ましくない。画素分割数を増やせば増やすほど、赤・青カラーフィルタを使用することによる光利用効率の減少の影響を減らすことが可能となる。

なお、必ずしも赤色と青色両方のカラーフィルタを追加しないでも有効な効果を得ることが可能である。図１９の（ｂ）はその例を示すものであり、赤色のカラーフィルタを持つ副画素５６だけを追加している。

この場合、赤色は連続階調となり全ての色が表現可能だが、青色が混じる色は不連続なので表現できない色ができる。しかし、人間の視感度特性は青色が最も鈍感であり、必要な階調数は最も少なくても良いと考えられ、赤色のみを追加することによってもフルカラーに近い表示を得ることができる。

ハイブリッドカラー液晶モードは、以下に述べる従来のＲＧＢカラー方式で用いられてきたさまざまな液晶表示モードを、リタデーション域を上方に拡大して用いることができる。

ＶＡ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードは、液晶層の液晶分子が電圧無印加時には基板面に略垂直に配向し、電圧印加時には垂直から傾斜してリタデーションを変化させる。

ＯＣＢ（ＯｐｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ）モードは、液晶層の液晶分子が電圧印加によってベンド配向と略垂直配向との間にて配向状態を変化させることでリタデーションを変化させるものである。したがって、本発明を適用できることはＶＡモードと同様である。

ＭＶＡ（ＭｕｌｔｉｄｏｍａｉｎＶｉｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードは非常に良好な視野角特性を示すモードとして既に商品化され、広く使用されている。その他、ＰＶＡ（ＰａｔｔｅｒｎｅｄＶｉｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードと称されるモードも広く使用されている。

これらのモードは、表面に凹凸をつけたり（ＭＶＡ）、電極形状を工夫したり（ＰＶＡ）して、電圧印加時の液晶分子傾斜方向を制御することで、広い視野角特性を実現している。そして、これらは電圧によってリタデーション量を変化させるモードであるために、本発明の構成を適用することが可能である。

本発明のカラー液晶表示装置について、実施例１〜３を用いて詳述する。以下の実施例は３ドット反転駆動の例であるが、３ドット以外の反転駆動に拡張することも容易にできる。

以下の各実施例において使用するカラー液晶表示素子の共通の構成を図２０に示す。

垂直配向処理を施した２枚のガラス基板３，７を貼り合わせてセルとし、液晶５として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を注入する。セルの厚さはリタデーションが最適となるように調整するものとする。

一方の基板７にＴＦＴ（不図示）を配置してアクティブマトリクス駆動回路とし、もう一方の基板３にはカラーフィルタ（不図示）を配置する。画素形状やカラーフィルタ構成は以下の実施例ごとに異なるので、各実施例中で説明する。

カラーフィルタ側基板３には透明電極４を設け、ＴＦＴ側の基板７にはアルミ電極６を設けて反射型ディスプレイとする。ノーマリブラック表示にするために、上基板（カラーフィルタ基板）３と偏光板１との間には位相補償板３が配置されている。

（実施例１）
本実施例に用いるハイブリッドカラー液晶表示素子は、図１７の（ａ）の構成である。一つの単位画素５０が二つの副画素５１，５２に分割されており、そのうち一つの副画素５１に緑色のカラーフィルタが配設され、残る一つの副画素５２にはマゼンタカラーフィルタが配設されている。また、このカラー液晶表示素子のセル厚は５ミクロンであり、このとき±５Ｖ電圧を印加した時のリタデーション量は約３００ｎｍとなっている。

このハイブリッドカラー液晶表示素子に電圧を印加すると、緑のカラーフィルタの画素５１は３Ｖ以下で印加電圧値に応じた透過率変化を示し、連続階調特性が得られる。一方、マゼンタのカラーフィルタ画素５２は、５Ｖ印加時には青色、３．８Ｖ印加時には赤色表示となり、２つの副画素で三原色が表示出来る。３Ｖ以下では印加電圧の大きさに応じたモノクロの連続階調を表示する。

図２０は、上記の画素を緑色及びマゼンタのカラーフィルタを列方向にストライプ状となるように配置しマトリクス液晶表示パネルとしたものである。このように画素が配列されたマトリクス液晶表示パネルに通常のＲＧＢカラー方式の駆動に用いられる駆動ＩＣを取り付けて駆動することにより、フリッカのない３ドット反転駆動を行うことが出来る。

（実施例２）
本実施例に用いるカラー液晶表示素子は図１７の（ｂ）に示す構成を有している。一つの単位画素５０が４つの副画素５１〜５４に分割され、一つの副画素５１にのみ緑色のカラーフィルタが配設され、残る３つの副画素５２〜５４にはマゼンタカラーフィルタが設けられている。マゼンタ１（５２）、マゼンタ２（５３）及びマゼンタ３（５４）の副画素は、４：２：１の面積比に分割されている。これにより、赤や青色表示の階調レベル数が増加する。

この構成の画素を、図２１に示すように緑色（Ｇ）、マゼンタ１（Ｍ１）、マゼンタ２（Ｍ２）及びマゼンタ３（Ｍ３）のカラーフィルタが、それぞれ行方向にストライプ状となるように配列する。

本実施例においては、同じ色及び同じ形状を有するカラーフィルタを、それぞれ行方向にストライプ状となるように配列している。このように画素が配列されたマトリクス液晶表示パネルに通常のＲＧＢ駆動に用いられる駆動ＩＣを取り付けて駆動することにより、フリッカのない３ドット反転駆動を行うことが出来る。

（実施例３）
本実施例は、図２２に示すように、実施例２の構成の副画素順序を２ドット、すなわち画素ピッチの半分だけずらせて配置したものである。このように画素が配列されたマトリクス液晶表示パネルに通常のＲＧＢ駆動に用いられる駆動ＩＣを取り付けて駆動しても、フリッカのない３ドット反転駆動を行うことが出来る。

（実施例４）
本実施例に用いるカラー液晶表示素子は図１９の（ａ）に示されたものと同様である。一つの単位画素５０が６つの副画素５１〜５６に分割されており、そのうち一つの副画素５１にのみ緑色のカラーフィルタが配設されている。残る５つのうち３つ５２〜５４にはマゼンタカラーフィルタが配設され、残る２つ５５，５６にはそれぞれ青と赤のカラーフィルタが配設されている。

マゼンタの副画素は、それぞれが４：２：１に分割されており、赤と青のカラーフィルタを設けている副画素の面積は最小画素であるマゼンタ３と同じ面積である。この構成によりアナログフルカラー表示が実現できる。

この構成の画素を、緑色５１、マゼンタ色５２，５３，５４、青（Ｂ）５５及び赤（Ｒ）５６のカラーフィルタが、それぞれ行方向にストライプ状となるように配列する。

このように画素が配列されたマトリクス液晶表示パネルに通常のＲＧＢ駆動に用いられる駆動ＩＣを取り付けて駆動することにより、フリッカのない３ドット反転駆動を行うことが出来る。

本発明の実施の形態に係るアクティブマトリクス液晶表示装置の１つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係を説明する第１の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係を説明する第２の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係を説明する第３の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係をＰが偶数の場合について説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係を副画素数が４の場合について説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の副画素の配列と電圧極性パターンの関係をＰが偶数の場合について説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係をＰが奇数、Ｊが偶数の場合について説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係をＰが奇数、Ｊが奇数の場合について説明する図。副画素配列が２つの行で同一である場合を一般的に示す図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置のマトリクス画素配置と副画素構成、駆動極性を示す第１の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置のマトリクス画素配置と副画素構成、駆動極性を示す第２の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の２つの行における副画素の配列と電圧極性パターンの関係を説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の２つの行における他方の行に対して副画素の配列が半画素ピッチ分ずれている場合の副画素の配列と電圧極性パターンの関係をＰが奇数、Ｊが偶数の場合について説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の２つの行における他方の行に対して副画素の配列が半画素ピッチ分ずれている場合の副画素の配列と電圧極性パターンの関係をＰが奇数、Ｊが奇数の場合について説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の、２つの行における他方の行に対して副画素の配列が半画素ピッチ分ずれている場合のマトリクス画素配置と副画素構成、駆動極性を示す図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の、副画素の順番を入れ替えて、さらに画素配置を半画素ピッチ分ずれている場合の副画素の配列と電圧極性パターンの関係を説明する図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１画素の構成を示す第１の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１画素の構成を示す第２の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の１画素の構成を示す第３の図。上記アクティブマトリクス液晶表示装置の断面構造を示す図。本発明の第２の実施例に係るマトリクス液晶表示パネルの副画素の構成と配置を示す図。本発明の第３の実施例に係る副画素配置を示す図。従来のハイブリッド型のカラー液晶表示装置における副画素配列を示す図。従来のハイブリッド型のカラー液晶表示装置の副画素配列と電圧極性を示す図。

符号の説明

１偏光板
２位相補償板
３、７ガラス基板
４、６電極
５液晶
５０画素
５０ａ副画素
５０ｂ駆動ユニット
５１〜５６副画素
Ｇ緑色副画素
Ｍマゼンタ色副画素
１００画素
２００行駆動回路
３００列駆動回路
Ｓ１〜Ｓ８信号線
Ｇ１〜Ｇ３走査線

Claims

画素が行方向と列方向とにマトリクスをなして配列し、各画素がそれぞれ複数の副画素から構成されるマトリクス液晶表示パネルと、各副画素に電圧を印加する駆動回路とを有するアクティブマトリクス液晶表示装置であって、
前記副画素に印加される電圧が、行方向には前記副画素の配列の周期とは異なる数の副画素ごとに極性が反転し、かつ隣接行ごとにも極性が反転した電圧であり、
前記副画素の周期を偶数とすると共に、前記行方向の副画素配列と前記行方向の極性反転の共通周期内に、前記副画素配列の繰り返し単位が奇数個、極性反転の繰り返し単位が偶数個それぞれ含まれており、隣接する２行で前記副画素の周期配列が同じ向きで半周期ずれていることを特徴とするアクティブマトリクス液晶表示装置。
画素が行方向と列方向とにマトリクスをなして配列し、各画素がそれぞれ複数の副画素から構成されるマトリクス液晶表示パネルと、各副画素に電圧を印加する駆動回路とを有するアクティブマトリクス液晶表示装置であって、
前記副画素に印加される電圧が、行方向には前記副画素の配列の周期とは異なる数の副画素ごとに極性が反転し、かつ隣接行ごとにも極性が反転した電圧であり、
前記副画素の周期を偶数とすると共に、前記行方向の副画素配列と前記行方向の極性反転の共通周期内に、前記副画素配列の繰り返し単位が奇数個、極性反転の繰り返し単位が奇数個それぞれ含まれており、隣接する２行で前記副画素の周期配列が半周期ずれ、かつ配列の向きが逆であることを特徴とするアクティブマトリクス液晶表示装置。
前記行方向に連続する３画素ごとに、前記副画素に印加される電圧の極性が反転することを特徴とする請求項１または２に記載に記載のアクティブマトリクス液晶表示装置。
前記副画素の配列の行方向の周期が副画素を単位として２であり、前記周期内の２つの副画素のうち、一方の副画素が緑色カラーフィルタを有し、他方の副画素がマゼンタ色カラーフィルタを有し、複屈折効果によって呈色することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス液晶表示装置。
前記副画素の配列の行方向の周期が副画素を単位として４以上であり、前記周期内の副画素のうち、１つの副画素が緑色カラーフィルタを有し、少なくとも２つの副画素がマゼンタ色カラーフィルタを有し、複屈折効果によって呈色することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス液晶表示装置。
前記副画素の配列の行方向の周期が副画素を単位として５以上であり、前記周期内の副画素のうち、１つの副画素が緑色カラーフィルタを有し、少なくとも２つの副画素がマゼンタ色カラーフィルタを有し、さらに赤色カラーフィルタを有する副画素と青色カラーフィルタをそれぞれ１個有し、複屈折効果によって呈色することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアクティブマトリクス液晶表示装置。