JPH07230266A

JPH07230266A - カラー液晶表示装置及びカラー液晶表示素子の駆動方法

Info

Publication number: JPH07230266A
Application number: JP33359094A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Nishino; 利晴西野; Koichi Tanaka; 幸一田中
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】カラーフィルタを用いることなく明るいカラ
ー液晶表示が行えるようにする。【構成】コントローラ３５は、入力される表示データ
から垂直同期信号と水平同期信号とを取り出し、これに
同期させて走査側駆動回路３３及び信号側駆動回路３４
に対して各種タイミング信号を供給するとともに、駆動
電圧発生回路３７に制御信号を供給する。信号側駆動回
路３４では、入力されるデジタル表示データとタイミン
グ信号及び各種駆動電圧に基づいて、液晶駆動パルスの
パルス幅あるいはパルス高を制御することによって、表
示色に対応した所望の実効電圧値を画素に印加する液晶
駆動電圧波形を生成する。アクティブ・アドレッシング
法を用いて複数の走査電極を同時に選択するようにして
もよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示装置及
びカラー液晶表示素子の駆動方法に係り、詳細には、液
晶の複屈折性を利用してカラー表示を行うカラー液晶表
示装置及びカラー液晶表示素子の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、テレビ、パーソナルコンピュータ
あるいは腕時計などのディスプレイとして液晶表示装置
が知られており、表示色は白黒のみでなく、有彩色の表
示を行う液晶カラーテレビやコンピュータ端末のカラー
ディスプレイなどのカラー液晶表示装置が一般化してき
ている。

【０００３】上記カラー液晶表示装置の液晶表示パネル
は、ガラス基板等で構成された液晶セルの上下面を一対
の偏光板で挟んで、一方の偏光板の外側にバックライト
を配置した透過型のものが一般的である。そして、その
場合、液晶セルの各画素に相当する位置には、ＲＧＢの
カラーフィルタが配置されており、各画素の液晶層をを
選択的に光透過状態とすることにより、カラー表示を行
っている。

【０００４】このように、従来のカラー液晶表示装置で
は、液晶セルは光スイッチとして機能しており、光の着
色はカラーフィルタによりなされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のカラー
液晶表示装置は、カラーフィルタを使ってバックライト
からの透過光を着色してカラー表示を行っている。しか
し、カラーフィルタは、一般に光透過率が小さいため、
従来のカラーフィルタを用いたカラー液晶表示装置では
透過光の光損失が大きく、表示が暗くなる傾向があり、
それを補う為に高輝度の光源が必要となり、消費電力が
アップするという問題があった。

【０００６】一方、表示部の設置スペースが限られる小
型電卓や腕時計等では、上記したようなバックライトを
設けることが難しいため、従来は反射型のモノクロ表示
の液晶表示装置が使われていた。しかし、従来から上記
した小型電子機器についても表示部をカラー化したいと
いう要請はあったが、カラーフィルタを使って反射型カ
ラー液晶表示装置を構成すると、非常に表示が暗くなる
という問題がある。

【０００７】すなわち、反射型カラー液晶表示装置にカ
ラーフィルタを使うと、入射光がカラーフィルタ（１回
目）を通って液晶層で選択透過され、反射板で反射され
た反射光が再度カラーフィルタ（２回目）を通って人の
目で視認されるため、通常でも弱い反射光を光透過率の
悪いカラーフィルタを２度も通過させることから、さら
に光が減衰し、鮮明なカラー表示が行えなくなることに
よる。

【０００８】このように、反射型の液晶表示装置をカラ
ーフィルタを使ってカラー化するのは、非常に困難であ
った。

【０００９】また、カラーフィルタは、偏光板等の他の
光学素子と同様に厚さ等の寸法やその組み付けに高精度
が要求されるため、液晶表示装置のコストアップの原因
ともなっていた。

【００１０】また、従来の単純マトリクスタイプの液晶
表示装置は、走査電極を順次選択して駆動する。このた
め、１フレーム期間の間に液晶の配向状態が変化し、フ
レーム応答と呼ばれるちらつきが発生し、表示品質が低
いという問題があった。このフレーム応答のため、高速
応答性の液晶を使用できず、応答速度が遅いという問題
もあった。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、カラーフィルタを用いることなく明るいカラー
表示が行えるカラー液晶表示装置を提供することを目的
とする。また、本発明は、高品質のカラー画像を表示で
きるカラー液晶表示装置及びカラー液晶表示素子の駆動
方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、
高速応答性を有するカラー液晶表示装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載のカラー液
晶表示装置は、所定の間隔を隔てて対向配置された一対
の透明基板と、該一対の透明基板の内の一方の基板の対
向面に所定方向に配列して形成した複数の走査電極と、
他方の前記透明基板の対向面に前記複数の走査電極に対
向させて所定方向に配列して形成された複数の信号電極
と、前記一対の透明基板間に液晶を封入して形成した液
晶層と、前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基
板の外面側に配置された偏光板と、前記走査電極に走査
信号を供給して選択状態とする走査電極駆動回路と、前
記信号電極に表示信号を供給して液晶を駆動する信号電
極駆動回路と、を備え、前記液晶層を透過する光を液晶
の複屈折作用で楕円偏光させ、前記液晶層に印加する液
晶駆動電圧を変えて液晶層のリタデーションを変化さ
せ、楕円偏光の偏光状態を変化させて透過光の色を変化
させるカラー液晶表示装置であって、前記信号電極駆動
回路に供給される表示信号のパルスを変調して前記液晶
層にに印加される液晶駆動電圧を表示色に応じて制御す
る印加電圧制御手段を備え、前記印加電圧制御手段で制
御された液晶駆動電圧を前記信号電極駆動回路に供給し
て液晶層のリタデーションを変化させて透過光の色を変
化させることにより上記目的を達成する。

【００１３】請求項２記載のカラー液晶表示装置は、請
求項１記載の印加電圧制御手段が、前記信号電極駆動回
路に供給される表示信号のパルス幅を変調して前記液晶
層に印加される液晶駆動電圧を可変するようにしてもよ
い。

【００１４】請求項３記載のカラー液晶表示装置は、請
求項１記載の印加電圧制御手段が、前記信号電極駆動回
路に供給される表示信号のパルス高を変調して前記液晶
層に印加される液晶駆動電圧を可変するようにしてもよ
い。

【００１５】請求項４記載のカラー液晶表示素子の駆動
方法は、所定の間隔を隔てて対向配置された一対の透明
基板と、該一対の透明基板の内の一方の基板の対向面に
所定方向に配列して形成した複数の走査電極と、他方の
前記透明基板の対向面に前記複数の走査電極に対向させ
て所定方向に配列して形成された複数の信号電極と、前
記一対の透明基板間に液晶を封入して形成した液晶層
と、前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の
外面側に配置された偏光板と、を備え、前記液晶層を透
過する光を液晶の複屈折作用で楕円偏光させ、前記液晶
層に印加する液晶駆動電圧を変えて液晶層のリタデーシ
ョンを変化させ、楕円偏光の偏光状態を変化させて透過
光の色を変化させるカラー液晶表示素子の駆動方法であ
って、複数の走査電極に同時に選択信号を印加し、且
つ、信号電極に各画素の表示色に対応するデータ信号を
印加することを特徴とする。

【００１６】請求項９記載のカラー液晶表示装置は、所
定の間隔を隔てて対向配置された一対の透明基板と、該
一対の透明基板の内の一方の基板の対向面に所定方向に
配列して形成した複数の走査電極と、他方の前記透明基
板の対向面に前記複数の走査電極に対向させて所定方向
に配列して形成された複数の信号電極と、前記一対の透
明基板間に液晶を封入して形成した液晶層と、前記一対
の透明基板の少なくとも一方の透明基板の外面側に配置
された偏光板と、複数の走査電極に同時に選択信号を印
加する走査電極駆動手段と、各信号電極に各画素の表示
色に対応するデータ信号を印加する信号電極駆動手段
と、を備えることを特徴とする。

【００１７】請求項５〜８、１０、１１記載の発明のよ
うに、前記選択信号をウォルシュ関数などの正規直交関
数の関係にある信号から構成し、前記データ信号を、各
前記走査信号と仮想上の走査信号とを表示色と全表示色
数とに基づいて定めた係数に従って線形結合することに
より得てもよい。

【００１８】

【作用】請求項１〜３記載の発明のカラー液晶表示装置
では、一対の透明基板の内の対向面に走査電極と信号電
極が配設され、その透明基板間に液晶層が形成されると
ともに、一対の透明基板の両外面側に偏光板が配置さ
れ、走査電極駆動回路と信号電極駆動回路とで液晶層に
印加する液晶駆動電圧を変えて液晶層のリタデーション
を変化させ、液晶層を透過する光を液晶の複屈折作用で
楕円偏光させて透過光の色を変化させる。液晶層に印加
する液晶駆動電圧は、表示色に応じて印加電圧制御手段
により信号電極駆動回路に供給する表示信号のパルスを
変調する。

【００１９】従って、表示信号をパルス変調することに
よって複数種類の実効電圧、つまり液晶駆動電圧が容易
に作成できるため、ドットマトリクスなどの多色表示に
利用することができる。

【００２０】また、印加電圧制御手段は、パルスの幅を
変えて液晶層に印加するパルス幅変調としたため、容易
に複数種類の実効電圧が得られることから、多色表示に
利用できる。

【００２１】また、印加電圧制御手段は、パルスの高さ
を変えて液晶層に印加するパルス高変調としたため、容
易に複数種類の実効電圧が得られることから、多色表示
に利用できる。

【００２２】請求項４〜１１記載の発明によれば、複数
の走査電極を同時に選択し、信号電極に選択した走査電
極上の画素に表示する色に対応する電圧を印加する。複
数の走査電極を同時に選択するので、フレーム応答が目
立たなくなり、高画質の画像を表示できる。また、高速
応答性の液晶を使用することができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００２４】図１〜図７は、本発明の一実施例としての
カラー液晶表示装置を示す図である。本実施例では、液
晶セルにツイスト角が１８０°〜２７０°でツイスト配
向された超ねじれネマティック型セル（ＳＴＮ：Super
Twisted Nematic ）を採用するとともに、複数の走査電
極を順次走査しながら各信号電極に表示信号を供給する
単純マトリクス駆動により液晶を駆動して画像表示を行
っている。

【００２５】まず、構成を説明する。

【００２６】図１は、本実施例のカラー液晶表示装置の
液晶表示パネル１１の構成を示す断面図である。

【００２７】図１において、液晶表示パネル１１の液晶
セル１２は、上側ガラス基板１３と下側ガラス基板１４
とが液晶層を封入する微細間隔（数μｍ間隔）を隔てて
対向配置されて構成され、そのガラス基板１３、１４の
各対向面側には、ＩＴＯなどの透明導電材料からなる複
数の走査電極１５と複数の信号電極１６とが交差した状
態でそれぞれ配設されている。

【００２８】配向膜１７、１８は、液晶セル１２の各ガ
ラス基板１３、１４の内側表面に配設された走査電極１
７及び信号電極１８の表面に設けられ、液晶分子の配向
方向を規制するためのものである。例えば、配向膜１
７、１８は、その表面を布で擦るラビング法等の配向処
理を施すことにより、その配向処理方向に近接する液晶
分子の長軸方向を沿わせる。

【００２９】シール材１９は、上下のガラス基板１３、
１４の間の周囲に配され、ガラス基板間を所定間隔に保
持するとともに、その領域に液晶を注入して封止するも
のである。

【００３０】液晶層２０は、その液晶分子が一方のガラ
ス基板１３から他方のガラス基板１４に向けて１８０゜
〜２７０゜の角度でねじれるように並んだ状態となって
いる。即ち、本実施例における液晶セル１２は、超ねじ
れネマティック（ＳＴＮ）型液晶セルである。

【００３１】位相差板２１は、上側偏光板２２を透過し
た直線偏光を楕円偏光させるもので、その光学軸（進相
軸又は遅相軸）を、位相差板２１に隣接する上側偏光板
２２の透過軸（２２ａ）に対して所定角度斜めにずらし
た状態で配置されている。

【００３２】上側偏光板２２と下側偏光板２３は、液晶
表示パネル１１に入射する入射光のうち吸収軸方向の偏
光成分を遮断し、それと直交する偏光成分を透過させる
ものである。

【００３３】反射板２４は、下側偏光板２３の下面に設
けられ、上側偏光板２２から入射し、液晶セル１２と下
側偏光板２３を透過してくる光を液晶セル１２側に反射
するものである。

【００３４】図２は、上記液晶セル１２における配向処
理方向と上記位相差板２１の光学軸と上記偏光板２２、
２３の透過軸の組合せの一例を、各構成要素毎の平面図
で模式的に示した図である。

【００３５】図２（ａ）及び（ｄ）における両矢印付直
線２２ａ、２３ａは、それぞれ上側偏光板２２及び下側
偏光板２３の透過軸であり、図２（ｂ）の直線２１ａは
位相差板２１の光学軸である。

【００３６】図２（ｃ）における片矢印付直線２０ｂ，
２０ｃは、それぞれ液晶セル１２における上側配向膜１
７及び下側配向膜１８に施された配向処理方向である。

【００３７】なお、図２中の一点鎖線Ｓは表示面の左右
方向に沿う基準線であり、説明の便宜上設けたものであ
る。

【００３８】図２（ｃ）に示すように、液晶セル１２の
配向処理方向２０ｂ，２０ｃは、基準線Ｓに対して互い
に逆方向に所定角度θ₃ ずつ傾いた方向に設定されてお
り、これにより液晶分子２０ａの配向状態は、下側ガラ
ス基板１４側から上側ガラス基板１３側に向かって矢印
θ₄ で示す角度と方向にツイストした配向状態となる。

【００３９】また、図２（ｂ）に示す位相差板２１の光
学軸２１ａは、ここでは遅相軸であり、基準線Ｓに対し
て所定の傾き角θ₂ で斜めに交差している。

【００４０】さらに、図２（ａ）及び（ｄ）に示すよう
に、この実施例においては、上下一対の偏光板２２，２
３の透過軸２２ａ，２３ａは、基準線Ｓに対してそれぞ
れθ₁ 、θ₅ だけ斜めに傾いている。

【００４１】以上の構成の液晶表示パネル１１を有する
カラー液晶表示装置は、位相差板２１の偏光作用と液晶
セル１２の偏光作用とにより、液晶表示パネル１１に入
射し、反射板２４で反射されて液晶表示パネル１１の外
に出射する光を着色するものである。その際、液晶セル
１２の液晶駆動方法としては、時分割駆動を行い、液晶
駆動信号のパルス幅あるいはパルス高を変調することに
より、各画素に印加する実効電圧を制御して所望の色を
表示させるものである。

【００４２】次に、上記した着色原理について説明す
る。

【００４３】図１に示すように、上方から液晶表示パネ
ル１１に入射する光は、上側偏光板２２を透過すること
により直線偏光となり、さらに位相差板２１を透過する
過程で、位相差板２１の光学軸２１ａの位置等の光学的
配置条件とリタデーション値に応じた偏光作用を受けて
楕円偏光となる。その楕円偏光は、液晶セル１２を通る
過程で、さらに液晶セル１２の光学的配置条件とリタデ
ーション値に応じた偏光作用を受けて、その偏光状態が
変化する。

【００４４】そして、位相差板２１及び液晶セル１２に
よる偏光作用を受けた楕円偏光が下側偏光板２３に入射
すると、その楕円偏光のうち、下側偏光板２３の透過軸
２３ａに一致する偏光成分の波長光だけが下側偏光板２
３を透過する。それ故、下側偏光板２３から出射する光
（直線偏光）は、着色された状態となる。その色相は、
主に位相差板２１のリタデーション値と液晶セル１２の
リタデーション値とによって決まる。

【００４５】さらに、下側偏光板２３を通った光は、反
射板２４で反射されて、上述した光経路と逆の経路で液
晶表示パネル１１の上面側に出射するため、この出射光
の色による表示が得られる。

【００４６】なお、位相差板２１のリタデーションは、
位相差板２１の屈折率異方性Δｎと板厚ｄとの積Δｎ・
ｄによって決まり、また液晶セル１２のリタデーション
は、液晶分子２０ａの配向状態によって決まる。従っ
て、液晶セル１２に印加する電圧値を変えて液晶分子２
０ａの配向状態を変化させることにより、液晶セル１２
のリタデーションが変わり、液晶セル１２における偏光
作用が変化する。

【００４７】具体的には、液晶セル１２に電圧を印加し
ていない時には、液晶表示パネル１１に入射した光は、
位相差板２１の偏光作用と、液晶分子２０ａの初期のツ
イスト角θ₄ に応じた偏光作用とを受け、それに応じた
楕円偏光となる。そして、下側偏光板２３を透過し、反
射板２４で反射され、逆の経路を経て液晶表示パネル１
１の上面側に出射する際の出射光の色は、上記位相差板
２１及び初期のツイスト角θ₄ で配向されてなる液晶層
２０の両者のリタデーションに応じた色となる。

【００４８】また、液晶セル１２の透明電極１５，１６
間に電圧を印加し、その実効電圧値を少しずつ上げてゆ
くと液晶分子２０ａが初期のツイスト状態から徐々に立
ち上がる。その立ち上がった配向状態に応じて液晶セル
１２のリタデーションが変化し、液晶表示パネル１１に
入射した光は、位相差板２１の偏光作用と、液晶セル１
２の変化したリタデーションに応じた偏光作用とを受
け、それに応じた楕円偏光となる。そのため、その時の
表示色は、上述した液晶セル１２に電圧を印加していな
い時の色とは異なる。

【００４９】さらに、液晶セル１２に、液晶分子２０ａ
がほぼ垂直に立上り配向する大きさの電圧を印加した時
には、液晶セル１２のリタデーションもほぼ“０”とな
る。よって、液晶セル１２による偏光作用がほぼなくな
り、液晶表示パネル１１に入射した光は、位相差板２１
の偏光作用のみによる楕円偏光となる。そして、その楕
円偏光は、下側偏光板２３、反射板２４及びその逆の経
路を経て、液晶表示パネル１１から出射し、位相差板２
１のリタデーションに応じた色に着色される。上述した
各角度θ₁ 、θ₂ 、θ₃ 、θ₄ 、θ₅ については、例え
ば、θ₁ は９５゜、θ₂ は１４０゜、θ₃ は３５゜、θ
₄ は２５０゜、θ₅ は８０°程度が好適である。また、
位相差板２１のリタデーションは４３０ｎｍ程度で、液
晶セル１２のΔｎは０．１３で、液晶層厚ｄは６．８μ
ｍであって、その時のΔｎ・ｄが８８４ｎｍ程度が好ま
しい。その場合に、上記構成の液晶表示パネル１１にお
いては、液晶セル１２に所定の実効駆動電圧値（以下、
＊Ｖｋで表す）を印加することにより、赤色、緑色、青
色のカラー表示が得られる。

【００５０】図３は、本実施例のカラー液晶表示装置３
１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、
カラー液晶表示装置３１は、液晶表示パネル３２、走査
側駆動回路３３、信号側駆動回路３４、コントローラ３
５、Ａ／Ｄ変換器３６、駆動電圧発生回路３７から構成
されている。

【００５１】液晶表示パネル３２は、ここでは単純マト
リクスの液晶表示パネルが使用されており、微細間隔を
隔てて対向配置されたガラス基板の内側にそれぞれ走査
電極と信号電極とが液晶層を挟んでマトリクス状に配置
されている。

【００５２】走査側駆動回路３３は、透明電極からなる
上記した走査電極を順次走査するための走査信号を供給
するドライバである。

【００５３】信号側駆動回路３４は、透明電極からなる
上記信号電極に画像データである表示信号を供給して液
晶を駆動するドライバである。入力される色情報を含む
表示データに応じて表示信号のパルス幅あるいはパルス
高を変調させることにより、液晶層に印加される実効電
圧を可変して、所望のカラー表示を行うものである。こ
こでは、入力される所定（ここでは、Ｋとする）ビット
の色情報を含むデジタル信号を用いて液晶駆動信号であ
る２^K 種類のパルス幅変調あるいはパルス高変調された
信号電極駆動電圧を作り、液晶表示パネル３２に配設さ
れた各信号電極に印加するものである。

【００５４】コントローラ３５は、液晶表示パネル３２
を表示制御する場合の全体のタイミングをコントロール
するものである。例えば、コントローラ３５に入力され
る表示データからは、垂直同期信号φＶと水平同期信号
φＨとを取り出し、これに同期させて走査側駆動回路３
３及び信号側駆動回路３４を駆動するタイミング信号
（フレームクロック、ラインクロック、ドットクロッ
ク）を供給している。また、コントローラ３５は、液晶
を駆動させる種々の駆動電圧を発生させる駆動電圧発生
回路３７に対して制御信号を出力する。

【００５５】駆動電圧発生回路３７は、コントローラ３
５からの制御信号に基づいて、種々の駆動電圧を選択的
に信号側駆動回路３４及び走査側駆動回路３３に供給す
るものである。

【００５６】本実施例のカラー液晶表示装置は、上記し
たように構成されており、以下その動作について説明す
る。本実施例では、液晶表示パネル３２を使ってカラー
表示する場合に液晶駆動電圧のパルス幅あるいはパルス
高を変調し、液晶層に印加される実効電圧を可変するこ
とにより、種々の色を表示している。そこで、パルス幅
変調とパルス高変調の場合の動作を分けて説明する。

【００５７】〔パルス幅変調〕図４は、時分割駆動によ
るパルス幅変調の場合の走査電極と信号電極に印加され
る駆動波形を示す図であり、図５は、図４に示す各画素
に印加される合成駆動波形を示す図である。図４におい
て、４１、４２、４３は走査電極、４４は信号電極、４
５、４６、４７は画素である。

【００５８】まず、図４に示すように、時分割駆動によ
る１フレーム時間をＴｆとし、走査電極の本数をＮとす
ると、Ｔｆ／Ｎ時間毎にそれぞれの走査電極を順次選択
し、それに合わせて各信号電極に表示信号を供給するこ
とにより、カラー表示が行われる。

【００５９】図４に示す走査電極に印加する電圧は、バ
イアス比をｂとし、動作電圧をＶｏとすると〔１−（１
／ｂ）〕Ｖｏとなる。

【００６０】また、各画素をオフ表示する場合は（１／
ｂ）Ｖｏを、また、オン表示する場合は−（１／ｂ）Ｖ
ｏを各走査電極の選択時間の全区間に亘り印加する。そ
して、ここでは、３色以上のカラー表示を行うために各
画素に印加する実効電圧値を可変するにあたって、階調
表示の場合と同様のパルス幅変調を用いている。なお、
画素のオフ表示とは、その画素の液晶分子が２極限状態
の間で配向を変化させる場合の一方の極限配向状態をと
るときの表示をいい、他方の極限配向状態をとるときが
オン表示となる。

【００６１】そして、上記した選択時間Ｔｆ／Ｎ時間を
階調数に相当する表示色数Ｍから１を引いた数で除す
る。例えば、ｋ（ｋ＝１，２，……，Ｍ−１）色表示を
行う場合は、（Ｔｆ／Ｎ）・ｋ／（Ｍ−１）の時間分だ
け−（１／ｂ）Ｖｏの電圧を印加し、さらに、（Ｔｆ／
Ｎ）・（Ｍ−ｋ−１）／（Ｍ−１）の時間分だけ（１／
ｂ）Ｖｏの電圧を印加するようにする。上記した液晶駆
動電圧を印加することによって、ｋ階調に相当する色を
表示する画素に印加される実効電圧（以下、＊Ｖｋで表
記する）は、数式１で表される。

【００６２】

【数１】

【００６３】本実施例では、数式１において、Ｎをデュ
ーティ数、ｂをバイアス比、Ｖｏをオペレーション電圧
とし、それぞれの値が、Ｖｏ＝１０．７、Ｎ＝３６、ｂ
＝７、Ｍ＝８とすると、ｋ＝０の時は、その実効電圧＊
Ｖk ＝１．９７Ｖとなり、液晶表示パネル１１には
「赤」が表示される。また、ｋ＝３の時は、その実効電
圧＊Ｖk ＝２．１３Ｖとなり、液晶表示パネル１１には
「緑」が表示される。さらに、ｋ＝７の時は、その実効
電圧＊Ｖk ＝２．３３Ｖとなり、液晶表示パネル１１に
は「青」が表示されることになる。

【００６４】このように、本実施例では、液晶駆動パル
スをｋ＝７，３，０の３段階にパルス幅変調する。これ
により、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、Ｗ
１（青色表示）、Ｗ２（緑色表示）、Ｗ３（赤色表示）
の波形が得られ、液晶を駆動する実効電圧が所望の大き
さの３段階に変化し、所望のカラー表示を行うことがで
きる。

【００６５】〔パルス高変調〕図６は、パルス高変調の
場合の走査電極と信号電極に印加される駆動波形を示す
図であり、図７は、図６に示す各画素に印加される合成
駆動波形を示す図である。

【００６６】まず、図６に示すように、１フレーム時間
をＴｆとし、走査電極の本数をＮとすると、Ｔｆ／Ｎ時
間毎にそれぞれの走査電極を順次選択し、それに合わせ
て各信号電極に表示信号を供給することにより、カラー
表示を行うものである。

【００６７】図６に示す走査電極に印加する電圧は、バ
イアス比をｂとし、動作電圧をＶｏとすると〔１−（１
／ｂ）〕Ｖｏとなる。

【００６８】そして、所定の走査電極の選択時間内に信
号電極に対して、１ライン走査時間の半分の時間（Ｔｆ
／２Ｎ）に電圧ｘＶｏを印加し、残りの半分の時間（Ｔ
ｆ／２Ｎ）に電圧ｙＶｏを印加する。

【００６９】そして、ここでは、カラー表示を行うため
に各画素に印加する実効電圧値を可変するにあたって、
階調表示を行う場合と同様のパルス高変調が行われる。

【００７０】ｋ（ｋ＝０，１，２，……，Ｍ−１）階調
に相当する色を表示する画素部に相当するｘ，ｙは、次
式２と３で表される。

【００７１】

【数２】

【００７２】

【数３】

【００７３】その結果、ｋ階調に相当する色を表示する
画素に印加される実効電圧＊Ｖｋは、数式１と同一の数
式４で表される。

【００７４】

【数４】

【００７５】本実施例では、数式４において、Ｎをデュ
ーティ数、ｂをバイアス比、Ｖｏをオペレーション電圧
とし、それぞれの値が、Ｖｏ＝１０．７、Ｎ＝３６、ｂ
＝７、Ｍ＝８とすると、ｋ＝０の時は、その実効電圧＊
Ｖk ＝１．９７Ｖとなり、液晶表示パネル１１には
「赤」が表示される。また、ｋ＝３の時は、その実効電
圧＊Ｖk ＝２．１３Ｖとなり、液晶表示パネル１１には
「緑」が表示される。さらに、ｋ＝７の時は、その実効
電圧＊Ｖk ＝２．３３Ｖとなり、液晶表示パネル１１に
は「青」が表示されることになる。

【００７６】このように、本実施例では液晶駆動パルス
をｋ＝７，３，０の３段階にパルス高変調する。これに
より、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すＨ１（青色表
示）、Ｈ２（緑色表示）、Ｈ３（赤色表示）の波形が得
られ、液晶を駆動する実効電圧が所望の大きさの３段階
に変化し、青、緑、赤の３色カラー表示を行うことがで
きる。

【００７７】以上述べたように、本実施例のカラー液晶
表示装置は、液晶表示パネル１１の階調表示を行う場合
と同様に、液晶駆動信号のパルス幅、あるいはパルス高
を変調することによって、画素に印加される実効電圧を
所望の値に正確に制御することが可能となった。これに
より、本実施例のカラー液晶表示装置は、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ができる。こ
の場合、カラーフィルタを使用しないため、透過光の光
量の損失が格段に少なくなり、カラー表示の明るさを充
分高くすることができる。

【００７８】また、上記実施例における液晶表示パネル
のように、バックライトを用いない反射型のカラー液晶
表示装置としても充分な表示輝度を確保することが可能
となり、実用上何等不都合を生じない。従って、カラー
液晶表示装置の低コスト化、薄型化及び低消費電力化等
を達成することができる。

【００７９】また、例えば、電卓や腕時計などの小型電
子機器における反射型の液晶表示装置において、数色程
度のカラー表示を行う場合は、簡単な回路構成でその駆
動回路を構成することができる。

【００８０】なお、上記実施例においては、液晶表示パ
ネル１１を反射型として構成したが、反射板２４を設け
ずに透過型としてもよく、或いは、反射板として、半透
明性の反射板を用いて反射型と透過型を兼用できるタイ
プとしてもよい。

【００８１】また、他のパルス変調駆動方法として、走
査電極を線順次走査するのではなく、互いに直交関数の
関係にある波形のパルス電圧により、複数の走査電極を
同時選択走査する、所謂アクティブ・アドレッシング法
による駆動方法を用いてもよい。

【００８２】また、上記実施例においては、表示色が３
色の場合について説明したが、２色でもよいし、４色以
上でもよいのは勿論である。表示色を多くする場合は、
表示データのビット数を増やし、より細かくパルス幅や
パルス高を変えることにより、各画素に印加する実効電
圧を細かく調節することが可能となり、多色表示が行え
る。

【００８３】さらに、上記実施例においては、位相差板
２１が設けられているが、位相差板２１を設けなくても
カラー液晶表示を行うことができる。その場合は、透過
光の偏光状態が変わるので、信号電極に印加する実効電
圧値もこれに応じて変える必要がある。

【００８４】さらにまた、上記実施例においては、上側
偏光板２２と下側偏光板２３の透過軸を基準線Ｓに対し
てそれぞれθ₁ 、θ₅ だけずらしたが、平行あるいは直
交するような関係にしてもよい。その場合でも、上記実
施例と同様に、信号電極１６に印加する実効電圧値を変
えることによって表示色を変化させ、カラー表示を行う
ことができる。

【００８５】加えて、液晶分子の配向ねじれ角が９０°
程度のＴＮ型の液晶セルを用いる場合にも、本発明を適
用できることは勿論である。

【００８６】上記実施例においては、パルス変調駆動方
法として、走査電極を順次走査する方式について説明し
た。この駆動方法では、１フレーム中の１走査期間のみ
各画素が選択されるため、デューティ比が大きくなるに
従って、フレーム応答が目立ち、表示がちらつくという
問題がある。この問題は、上述の所謂アクティブ・アド
レッシング法を採用することにより低減することができ
る。そこで、以下、複屈折制御方式のカラー液晶表示素
子（液晶表示パネル）をアクティブ・アドレッシング法
を用いて駆動する実施例について説明する。まず、本実
施例の駆動方法を論理面から説明する。

【００８７】本駆動方法では、ｉ番目（ｉ行）の走査電
極に数式５に示す条件を満足する走査信号Ｃ_i(t)を印加
する。数式５から明らかなように、走査信号Ｃ_i(t)は自
己の内積がＶｏ、他との内積が０となる関数であり、正
規直交関数である。なお、実際に駆動する走査電極の本
数をＮとすると、実際には印加することのないＮ＋１番
目の仮想走査信号Ｃ_N+1(t)も考える。

【００８８】

【数５】

【００８９】次に、ｐ番目（ｐ列）の信号電極１６に印
加するデータ信号Ｓp(t)を、走査信号Ｃ₁(t)〜Ｃ_N+1(t)
と各画素の表示色とに基づいて、数式６に示すように走
査信号の線形結合により求める。

【００９０】

【数６】

【００９１】ここで、Ｍは全階調数（０、１、２、・・・・
・・、M-1階調）、Ｋ_ipはｉ行ｐ列の画素（ｉ番目の走査
電極とｐ番目の信号電極の交点の画素）の階調を意味す
る。ｉ行ｐ列の画素には、走査信号Ｃ_i(t)とデータ信号
Ｓ_p(t)の差分｛Ｃ_i(t)−Ｓ_p(t)｝が各画素の液晶に印加
される。各画素の印加電圧の実効値Ｖ_ipは数式７で示さ
れる。

【００９２】

【数７】

【００９３】この実効電圧Ｖ_ipが液晶表示素子の特性上
表示したい各色を表示する電圧となるように変数Ｍ、
Ｎ、Ｖｏを選択すれば、複数の走査電極を同時に選択し
て任意の色を表示することができる。

【００９４】次に、図１及び図２に示した構成の液晶表
示パネル１１を駆動する場合を例に上記駆動方法を具体
的に説明する。図１及び図２に示す構成の液晶表示パネ
ル１１は印加電圧の実効値が１．９８Ｖ以下で「赤」を
表示し、２．１０Ｖ〜２．１８Ｖで「緑」を表示し、
２．３０Ｖ以上で「青」を表示する。これらの３つの表
示色を用いて表示を行う場合には、上記の変数（階調数
又は色数）Ｍは３となり、ｋ_ip＝０の時の電圧が１．９
８Ｖ以下、ｋ_ip＝１の時の電圧が２．１０Ｖ〜２．１８
Ｖ、ｋ_ip＝２の時の電圧が２．３０Ｖ以上となるよう
に、電圧Ｖｏと走査電極数Ｎを選択する。

【００９５】このようにして電圧Ｖｏ及び走査電極数Ｎ
を選定し、上述の信号Ｃ_i(t)とＳ_p(t)を走査電極１５と
信号電極１６とに印加することにより、任意のカラー画
像を表示できる。

【００９６】具体的に走査電極１５の数を４と仮定する
と、例えば、Ｖｏ＝１．５Ｖの時に、赤表示（ｋ_ip＝
０）の時の電圧が１．５Ｖ、緑表示（ｋ_ip＝１）の時の
電圧が２．１２Ｖ、青表示（ｋ_ip＝２）の時の電圧が
２．６０Ｖとなり、所望の色を表示できる。

【００９７】数式５に示す関係を充足する各走査信号Ｃ
₁〜Ｃ₄及び仮想走査信号Ｃ₅をそれぞれ図８に示すよう
なウォルシュ（Walsh）関数とし、第１列（ｐ＝０）の
第１〜第４行の画素に青、緑、緑、赤（ｋ₁₁＝２、ｋ₂₁
＝ｋ₃₁＝１、ｋ₄₁＝０）をそれぞれ表示する場合を考え
る。この場合、数式６の結合係数ａ₁₁〜ａ₅₁は次のよう
になる。ａ₁₁＝−１／２、ａ₂₁＝０、ａ₃₁＝０、ａ₄₁＝１／２、ａ₅₁＝１／√２＝０．７０７これらの値を数式６に代入して求めると、第１列の信号
電極１６に印加する階調信号Ｓ₁は図８に示す波形とな
る。

【００９８】このような信号Ｃ₁〜Ｃ₄及びＳ₁を対応す
る電極１５、１６に印加した場合、第１列第１行の画素
の液晶には、図９（ａ）に示す電圧波形｛Ｃ₁−Ｓ₁｝が
印加され、その実効値は２．６０Ｖとなり、青が表示さ
れる。同様に、第２〜第４画素の液晶には、図９（ｂ）
〜（ｄ）に示す電圧波形が印加され、印加電圧の実効値
は２，１２Ｖ，２．１２Ｖ、１．５０Ｖとなり、緑、
緑、赤がそれぞれ表示される。

【００９９】以上説明したように、本実施例によれば、
各走査電極１５に正規直交関数の関係にある走査信号を
印加し且つ信号電極１６に各画素に所望の色を表示する
ための電圧信号を印加しているので、各画素を常時駆動
してフレーム応答の影響が小さいカラー画像を表示する
ことができる。

【０１００】このような駆動を実現する場合、例えば、
図３に示す回路構成において、走査側駆動回路３３は、
コントローラ３５から供給されるタイミング信号に従っ
て、予め定められた波形の走査信号Ｃ₁〜Ｃ_Nを各走査電
極１５に供給する。

【０１０１】一方、信号側駆動回路３４は、１フレーム
分の表示データを記憶するメモリを備えた構造とする。
そして、１フレーム分の表示データが供給されると、供
給された表示データにより定義される各列の各画素の表
示色（階調）から各結合係数ａ_ipを計算し、更に、各結
合係数ａ_ipと走査信号Ｃ₁〜Ｃ_N及び仮想走査信号Ｃ_N+ ₁
の波形から、数式６により各信号電極１６に印加するデ
ータ信号Ｓ_p(t)の電圧波形を求める。信号側駆動回路３
４は、求めた電圧波形に従って、駆動電圧発生回路３７
から供給される駆動電圧を選択して各信号電極１６に印
加する。

【０１０２】上記実施例では、理解を容易にするため、
表示色を赤、緑、青の３種類（３階調）とし、走査電極
数を４としたが、表示色（階調）の数及び走査電極の数
は任意である。また、上記実施例においては、表示色数
（変数Ｍ）を３としたが、例えば、表示色数を５（電圧
がＶ₁以下、Ｖ₁〜Ｖ₂，Ｖ₂〜Ｖ₃、Ｖ₃〜Ｖ₄、Ｖ₄以上で
表示される色の５種類）とし、赤を表示する階調を０、
緑を表示する階調を３、青を表示する階調を５として電
圧値などを求めても良い。

【０１０３】また、走査信号Ｃ₁〜Ｃ_N+1としてウォルシ
ュ関数を用いたが、正規直交関数ならばどのような波形
を使用してもよい。

【０１０４】また、上記実施例では、いわゆる全線選択
法の場合を説明したが、複数の走査電極を順次選択する
複数電極同時選択法を採用してもよい。

【０１０５】

【発明の効果】請求項１記載のカラー液晶表示装置によ
れば、液晶層に印加する液晶駆動電圧は、表示色に応じ
て印加電圧制御手段により信号電極駆動回路に供給する
表示信号のパルスを変調することにより、複数種類の実
効電圧、つまり液晶駆動電圧が容易に作成可能となるの
で、ドットマトリクスなどの多色表示に利用することが
できる。

【０１０６】また、印加電圧制御手段は、パルスの幅を
変えて液晶層に印加するパルス幅変調としたので、容易
に複数種類の実効電圧が得られ、多色表示に利用するこ
とができる。

【０１０７】また、印加電圧制御手段は、パルスの高さ
を変えて液晶層に印加するパルス高変調としたので、容
易に複数種類の実効電圧が得られ、多色表示に利用する
ことができる。

【０１０８】更に、印加電圧に応じたカラー画像を表示
するカラー液晶表示素子の複数の走査電極を同時に選択
して駆動するようにしたので、フレーム応答の影響を低
減し、高品質の画像を表示できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例のカラー液晶表示装置の液晶
表示パネルの構成を示す断面図である。

【図２】液晶セルにおける配向処理方向と位相差板の光
学軸と偏光板の透過軸の組合せの一例を各構成要素毎の
平面図で模式的に示した図である。

【図３】本実施例のカラー液晶表示装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】本実施例におけるパルス幅変調の場合の走査電
極と信号電極に印加される駆動波形を示す図である。

【図５】図４に示す各画素に印加される合成駆動波形を
示す図である。

【図６】本実施例におけるパルス高変調の場合の走査電
極と信号電極に印加される駆動波形を示す図である。

【図７】図６に示す各画素に印加される合成駆動波形を
示す図である。

【図８】他の実施例における走査電極と信号電極に印加
される信号の波形を示す図である。

【図９】他の実施例において、各画素に印加される合成
駆動波形を示す図である。

【符号の説明】

１１液晶表示パネル１２液晶セル１３上側ガラス基板１４下側ガラス基板１５走査電極１６信号電極１７、１８配向膜１９シール材２０液晶層２０ａ液晶分子２１位相差板２２上側偏光板２３下側偏光板２４反射板３１カラー液晶表示装置３２液晶表示パネル３３走査側駆動回路３４信号側駆動回路３５コントローラ３７駆動電圧発生回路４１、４２、４３走査電極４４信号電極４５、４６、４７画素

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の間隔を隔てて対向配置された一対の
透明基板と、該一対の透明基板の内の一方の基板の対向面に所定方向
に配列して形成した複数の走査電極と、他方の前記透明基板の対向面に前記複数の走査電極に対
向させて所定方向に配列して形成された複数の信号電極
と、前記一対の透明基板間に液晶を封入して形成した液晶層
と、前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の外面
側に配置された偏光板と、前記走査電極に走査信号を供給して選択状態とする走査
電極駆動回路と、前記信号電極に表示信号を供給して液晶を駆動する信号
電極駆動回路と、を備え、前記液晶層を透過する光を液晶の複屈折作用で
楕円偏光させ、前記液晶層に印加する液晶駆動電圧を変
えて液晶層のリタデーションを変化させ、楕円偏光の偏
光状態を変化させて透過光の色を変化させるカラー液晶
表示装置であって、前記信号電極駆動回路に供給される表示信号のパルスを
変調して前記液晶層にに印加される液晶駆動電圧を表示
色に応じて制御する印加電圧制御手段を備え、前記印加電圧制御手段で制御された液晶駆動電圧を前記
信号電極駆動回路に供給して液晶層のリタデーションを
変化させて透過光の色を変化させることを特徴とするカ
ラー液晶表示装置。
【請求項２】前記印加電圧制御手段が、前記信号電極駆動回路に供給される表示信号のパルス幅
を変調して前記液晶層に印加される液晶駆動電圧を可変
することを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装
置。
【請求項３】前記印加電圧制御手段が、前記信号電極駆動回路に供給される表示信号のパルス高
を変調して前記液晶層に印加される液晶駆動電圧を可変
することを特徴とする請求項１記載のカラー液晶表示装
置。
【請求項４】所定の間隔を隔てて対向配置された一対の
透明基板と、該一対の透明基板の内の一方の基板の対向面に所定方向
に配列して形成した複数の走査電極と、他方の前記透明基板の対向面に前記複数の走査電極に対
向させて所定方向に配列して形成された複数の信号電極
と、前記一対の透明基板間に液晶を封入して形成した液晶層
と、前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の外面
側に配置された偏光板と、を備え、前記液晶層を透過する光を液晶の複屈折作用で
楕円偏光させ、前記液晶層に印加する液晶駆動電圧を変
えて液晶層のリタデーションを変化させ、楕円偏光の偏
光状態を変化させて透過光の色を変化させるカラー液晶
表示素子の駆動方法であって、複数の走査電極に同時に選択信号を印加し、且つ、信号
電極に選択された走査電極上の各画素の表示色に対応す
るデータ信号を印加することを特徴とするカラー液晶表
示素子の駆動方法。
【請求項５】前記選択信号は正規直交関数の関係にある
信号から構成されることを特徴とする請求項４記載のカ
ラー液晶表示素子の駆動方法。
【請求項６】前記選択信号はウォルシュ関数の関係にあ
る信号から構成されることを特徴とする請求項４又は５
記載のカラー液晶表示素子の駆動方法。
【請求項７】前記データ信号は、前記走査信号と仮想の
走査信号と各画素の表示色とに対応する信号から構成さ
れることを特徴とする請求項４、５又は６記載のカラー
液晶表示素子の駆動方法。
【請求項８】前記データ信号は、各前記走査信号と仮想
上の走査信号とを表示色と全表示色数とに基づいて定め
た係数に従って線形結合することにより得られた信号で
あることを特徴とする請求項４、５、６又は７記載のカ
ラー液晶表示素子の駆動方法。
【請求項９】所定の間隔を隔てて対向配置された一対の
透明基板と、該一対の透明基板の内の一方の基板の対向面に所定方向
に配列して形成した複数の走査電極と、他方の前記透明基板の対向面に前記複数の走査電極に対
向させて所定方向に配列して形成された複数の信号電極
と、前記一対の透明基板間に液晶を封入して形成した液晶層
と、前記一対の透明基板の少なくとも一方の透明基板の外面
側に配置された偏光板と、複数の走査電極に同時に選択信号を印加する走査電極駆
動手段と、各信号電極に各画素の表示色に対応するデータ信号を印
加する信号電極駆動手段と、を備えることを特徴とする
カラー液晶表示装置。
【請求項１０】前記走査電極駆動手段は、正規直交関数
の関係にある選択信号を前記走査電極に印加することを
特徴とする請求項９記載のカラー液晶表示装置。
【請求項１１】前記信号電極駆動手段は、各前記走査信
号と仮想上の走査信号とを、各画素の表示色と全表示色
数とに基づいて定めた結合係数に従って線形結合するこ
とにより得られた前記データ信号を各信号電極に印加す
ることを特徴とする請求項９又は１０記載のカラー液晶
表示装置。