JPH11264965A

JPH11264965A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11264965A
Application number: JP6800498A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Tsuchida; 勝也土田; Haruhiko Okumura; 治彦奥村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-18
Filing date: 1998-03-18
Publication date: 1999-09-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】３層ＧＨ液晶表示装置などの複数の液晶層の
積層構造を有するアクティブマトリックス型液晶表示装
置の消費電力を、表示品質を劣化させることなく削減す
る。【解決手段】第１の液晶層と、前記第１の液晶層と電
磁気的に相互作用するように配設された第１の電極と、
第１の表示信号を選択して第１の電極に印加する第１の
印加手段３１Ｄ、３２Ｄと、第１の液晶層と積層された
第２の液晶層と、第２の液晶層と電磁気的に相互作用す
るように配設された第２の電極と、第２の表示信号を選
択して第２の電極に印加する第２の印加手段３１Ｍ、３
２Ｍと、第１の印加手段が第１の電極に第１の表示信号
を印加する期間と第２の印加手段が第２の電極に第２の
表示信号を印加する期間とを第１の液晶層と第２の液晶
層との反射率の差が緩和されるように調節する補償手段
３３とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置に関
し、特に複数の液晶層を積層して表示画面を構成する積
層型の液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータ、ワードプロセ
ッサ、ＥＷＳ等のＯＡ用電子機器の表示装置、あるいは
電卓、電子ブック、電子手帳、ΡＤＡ等の表示装置、ま
た携帯テレビ、携帯電話、携帯ＦＡＸ等の表示装置は、
バッテリー駆動する必要があり、低消費電力の表示装置
でなければならない。従来、薄型ディスプレイとして、
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ、
フラットＣＲＴ等が知られている。このうちでは、消費
電力などを考えるとＬＣＤが最も適しており、実用化さ
れている。

【０００３】ＬＣＤのうち、ディスプレイの表示面で画
像を直接観察するようにしたものを直視型という。直視
型のＬＣＤには液晶セルの背面側に蛍光ランプなどの光
源を組み込む透過型と、周囲光を利用する反射型とがあ
る。このうち前者はバックライトを必要とするので低消
費電力化には不向きである。これはバックライトが１Ｗ
以上の消費電力となり、バッテリー駆動で約２〜３時間
程度しか用いることができないからである。したがって
携帯型情報機器のような携帯用電子機器のディスプレイ
としては後者の反射型が多く用いられている。

【０００４】反射型ＬＣＤにおいては、例えば表面を梨
地状に加工したアルミニウムなどからなる反射板と偏光
板とが液晶セルの背面側ガラス基板上に重ねて貼り付け
られている。このような反射型ＬＣＤはバックライトを
必要としないので消費電力が少なくなる。しかし、従来
の反射型ＬＣＤでは、明るいペーパーホワイトな表示を
行うことができず、また鮮やかなカラー表示もできない
という問題があった。透過型のアクティブマトリクス型
ＬＣＤの画質に匹敵する反射型ＬＣＤを開発する上で、
このことが大きな技術課題になっている。

【０００５】反射型ＬＣＤにおいては、ＥＣΒ（Ｅｌｅ
ｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅ
ｆｒｉｇｅｎｎｃｅ）モード、ＧＨ（Ｇｕｅｓｔ Ηｏ
ｓｔ）モード、ＴΝ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉ
ｃ）モードなどが用いられる。ＥＣＢモードやＴＮモー
ドの場合には偏光板が必要である。偏光板に対する光の
透過率はたかだか４０％程度なので、光の利用効率は悪
くなってしまう。反射型液晶表示装置の場合、そのその
表示の明るさは反射率で評価される。この反射率は液晶
表示装置に入射した光の何％が反射されるかにより表示
される。反射率の計測は通常、拡散反射光を積分球で積
分することによって行われる。例えば新聞紙は６０％程
度、上質紙は８０％程度、酸化マグネシウム、硫酸バリ
ウムなどの粉体は９９％以上の反射率を有する。

【０００６】これに対して、偏光板を用いる表示モード
の液晶表示装置では４０％以上の反射率を望むことがで
きず、表示性能上問題がある。明るくペーパーホワイト
な表示を実現するためには約６０％以上の反射率が必要
である。

【０００７】このような光利用効率の観点から、反射型
液晶表示装置の表示モードとしては偏光板を必要としな
いＧΗ方式がもっとも適していると考えられる。この方
式でカラー表示させる場合には、例えばＣ（シアン）、
Ｍ（マジェンタ）、Ｙ（イエロー）等の減法混色の３原
色の色素がそれぞれ入った３枚のＧΗセルを積層する必
要がある。一般に反射板を用いて色再現範囲の広いカラ
ー表示を実現するためには、ＧＨセルを視線方向に積層
する方法がもっとも好ましい。これに対して、３枚のＧ
Ｈセルを並列配置したＲＧＢ並列配置や、ＣＭＹ並列配
置では表示画面の全面で同一色表示を行うことができな
いので色再現範囲はどうしても狭くなってしまうという
問題がある。

【０００８】これら３層のＧＨ液晶セルを用いてドット
マトリックス表示を行う場合、表示画面を構成する単位
画素単位で画像情報を伝える必要がある。このようなマ
トリックス駆動の方法としては単純マトリックス駆動、
アクティブマトリックス駆動が知られている。前者は急
峻なＶ−Ｔ特性（電圧一透過率特性）を必要とするの
で、色素が入って液晶組成物の構成比率が少なくなって
いるＧΗ液晶の場合あまり適さない。後者にはアクティ
ブ素子（非線形スイッチング素子）としてＭＩＭ（Ｍｅ
ｔａｌ−Ｉｎｓｉｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）などのダイ
オードを用いた構成と、薄膜トランジスタを用いた構成
とが知られている。

【０００９】ＭＩＭ方式では、表示画面を構成する画素
数を増やしていくと、１画素にかかる実効電圧が少なく
なってゆき５Ｖ未満になってしまう可能性がある。この
ため、現状のＧΗ液晶のＶ−Ｔ特性から考えて、ＭＩＭ
方式はＧΗ液晶の駆動に適していない。一方、これに対
してＴＦＴ方式は単位画素への印加電圧は任意に設定す
ることができるためＧΗモードの液晶表示装置に適して
いるといえる。

【００１０】以上の背景より、複数のＧＨ液晶層の積層
構造を有する高画質な反射型表示装置（以下「３層ＧΗ
液晶表示装置」という）が例えば特願平８−５７５３１
に提案されている。このような３層ＧΗ液晶表示装置の
駆動方法としては例えば特願平７−２３５３５７が提案
されている。

【００１１】なお、上記３層ＧＨ液晶表示装置を反射型
表示装置としてではなく、反射板の替わりにバックライ
トを用い透過型液晶表示装置とした場合でも、カラーフ
ィルターが不要なため光利用効率の高い低消費電力な表
示装置を構成することができる。

【００１２】図１は複数の液晶層を積層した液晶表示装
置の構成の例を概略的に示す図であり、図２は、図１に
例示した液晶表示装置の断面構造の例を概略的に示す図
である。両図においては単位画素の構成を示している。
基板１００上には、複数のΤＦＴ２ａ、２ｂ、２ｃが形
成されている。アレイ基板１００上には、絶縁膜を介し
てアルミニウム等からなる反射画素電極３が配置されて
いる。この反射画素電極３は画素電極を構成している。
さらに、反射画素電極３上に液晶層１ａ、１ｂ、１ｃが
順次積層されている。この場合液晶層１ａがイエロー
（Ｙ）、液晶層１ｂがシアン（Ｃ）、液晶層１ｃがマジ
ェンタ（Ｍ）であるが、例えば、イエロー、マジェン
ダ、シアンのＧＨ液晶層を順次積層するようにしてもよ
く、積層順序は順番は必要に応じて定めるようにすれば
よい。また、液晶層１ａ、１ｂ、１ｃの間には透明画素
電極４、５が配設されている。さらに、液晶層１ｃ上に
は、透明な対向電極６を有する対向基板（図示せず）が
配置されている。なお、対向電極６は各液晶層ごとに配
設するようにしてもよい。

【００１３】ΤＦΤ２ａと反射画素電極３、ＴＦＴ２ｂ
と透明画素電極４、ＴＦＴ２ｃと透明画素電極５とは例
えば銅メッキ柱などにより電気的に接続されている。す
なわち、各ＴＦＴのゲート電極には、図示しない走査線
駆動回路から走査線ＧＤi 、ＧＭ i、ＧＵi を介して走
査信号が印加される。また各ＴＦＴのドレイン電極には
図示しない信号線駆動回路から信号線Ｓ（ＳＤi 、ＳＭ
i 、ＳＵi ）を介して表示信号が印加される。走査信号
によりＴＦＴがオン状態になったとき、表示信号が選択
され、ソース電極と接続した各画素電極に印加される。
そして各画素電極により形成される電界に液晶層１ａ、
１ｂ、１ｃが応答し、その配向状態、相変化状態を制御
することにより液晶層に入射する光の強度を変調するの
である。このような光の変調素子である画素を２次元的
に配置し、光を２次元的に変調することにより画像の表
示を行うことができる。

【００１４】図１に例示した液晶表示装置の作製手法又
は１ａ、１ｂ、１ｃ、３、４、５、６に使用される材料
の選択等は、例えば特願平８−５７５３１と同様に行う
ようにしてもよい。

【００１５】図３は図１、図２に例示した液晶表示装置
を概略的に示す等価回路図である。信号線ＳＤi （ＳＤ
１、ＳＤ２、ＳＤ３）と接続されたΤＦＴは反射画素電
極３を制御するΤＦＴであり、信号線ＳＭi （ＳＭ１、
ＳＭ２、ＳＭ３）と接続されたΤＦΤは透明画素電極４
を制御するＴＦΤであり、ＳＵi （ＳＵ１、ＳＵ２、Ｓ
Ｕ３）と接続されたＴＦＴは透明画素電極５を制御する
ＴＦＴである。すなわち図３では平面的に示している
が、実際は積層構造となっている。また、図３のＣａ、
Ｃｂ、Ｃｃはそれぞれ、液晶層１ａ、１ｂ、１ｃより形
成される液晶容量を示しており、Ｖcom は対向電極６へ
の印加電圧を示し、ＳＤ１〜ＳＤ３及びＳＭ１〜ＳＭ３
及びＳＵ１〜ＳＵ３は信号線を示し、ＧＤi 、ＧＭi 、
ＧＵi は各層の画素に対応したスイッチング素子に独立
して走査信号を供給することができる走査線を示してい
る。

【００１６】一方、アクティブマトリックス型液晶表示
装置の低消費電力化を実現する駆動方法として、マルチ
フィールド駆動（ＭＦ駆動）と呼ばれる駆動方式が提案
されている。このＭＦ駆動は１枚のフレーム画像をシー
ケンシャルに表示される複数のサブフィールドに分割し
て駆動するものであり、消費電力を低減することができ
る（参考：東芝レビュー，１９９５，Ｖｏｌ．５０，Ν
ｏ．９，ｐｐ６９１：テレビジョン学会誌，Ｖｏｌ．５
０，Ｎｏ５，ｐｐ５６３−５６９：Ｊｏｕｒｎａｌｏ
ｆＳＩＤ，４／３，１９９６，ｐｐ１２９）。

【００１７】例えば３層のＧΗ液晶層を積層した３層Ｇ
Ｈ型液晶表示装置にアクティブマトリクス駆動を適用し
た場合、各液晶層の保持率等の特性差に起因して各液晶
層ではＶ−Ｒ特性が異なってしまうという問題がある。
ここでＶ−Ｒ特性は、印加電圧一反射率の関係を示した
ものであり、最大反射時を１００％、最小反射時を０％
としている。

【００１８】図４は３層ＧＨ型液晶表示装置にアクティ
ブマトリクス駆動を適用した場合のＣＭＹ各液晶層のＶ
−Ｒ特性の例を示すグラフである。図４に示したとおり
各液晶層間でＶ−Ｒ特性の相違が生じていることがわか
る。これは３層ＧＨ型液晶表示装置の場合、各層が異な
った色素材料等の、比誘電率等の物性値が異なる材料で
構成されるためである。

【００１９】また、３層ＧΗ型液晶表示装置に上述のよ
うなＭＦ駆動を適用した場合、通常駆動（ΜＦ駆動では
ない通常の信号線反転駆動やＨコモン反転駆動等の交流
駆動を意味している）を行った場合と、ＭＦ駆動を行っ
た場合とでは保持期間が異なるために、Ｖ−Ｒ特性の差
が生じてしまうという問題がある。図５は３層ＧＨ型液
晶表示装置に通常駆動を適用した場合とＭＦ駆動を適用
した場合でのＶ−Ｒ特性の例を示すグラフである。

【００２０】図５に例示したようなＶ−Ｒ特性差が存在
したままであると、ＭＦ駆動を適用した場合に最適な表
示特性が得られないという問題がある。また、図４に例
示したようなＶ−Ｒ特性差が存在したままであるとホワ
イトバランスが悪くなり表示上色付きの問題が発生して
しまう。このため、表示品位を向上するためには何らか
の対策を施さなければならない。

【００２１】このような問題を解決するためには、例え
ばそれぞれの液晶層のＶ−Ｒ特性に応じた階調基準電圧
をソースドライバーＩＣに供給すればＶ−Ｒ特性差を解
消することができる。しかしながらそのためには、それ
ぞれの液晶層のＶ−Ｒ特性に応じて異なった階調基準電
圧を発生させなければならず、階調電圧発生回路の規模
がそれぞれ２倍、３倍と増大してしまうという問題があ
る。

【００２２】図６、図７は上述のようなＶ−Ｒ特性差を
補償するために必要な階調電圧発生回路の構成の例を示
す図である。図６には図５で説明したようなＶ−Ｒ特性
の差を補償するために必要な階調電圧発生回路の例を、
図７には図４で説明したようなＶ−Ｒ特性の差を補償す
るために必要な階調電圧発生回路の例をそれぞれ示して
いる。

【００２３】図６、図７におけるＶＶ1 、ＶＶ2 は供給
電圧を示し、７は抵抗を示し、８はオペアンプを示し、
ＶＭ0 〜ＶＭ3 はＭＦ駆動時に最適な階調基準電圧を示
し、Ｖ0 〜Ｖ3 は通常駆動時に最適な階調基準電圧を示
し、Ｖy0〜Ｖy3はイエロー層に最適な階調基準電圧を示
し、Ｖc0〜Ｖc3はシアン層に最適な階調基準電圧を示
し、またＶm0〜Ｖm3はマジェンダ層に最適な階調基準電
圧を示している。なお、この場合ソースドライバー
ＩＣとしては例えばＤＡＣ内蔵タイプ（例えば、ＳＩＤ
９６ＤＩＧＥＳＴ「Ａｎ８−ｂｉｔＤｉｇｉｔａｌ
ＤａｔａＤｒｉｖｅｒｆｏｒＣｏｌｏｒＴＦ
Ｔ−ＬＣＤｓ」，ＳＩＤ９４ＤＩＧＥＳＴ「Α ６４−
Ｇｒａｙ−ＳｃａｌｅＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌ
ＤｒｉｖｅｒｆｏｒＣｏｌｏｒＴＦＴ−ＬＣＤ
ｓ」）のソースドライバーＩＣを用いる場合の構成を例
示している。

【００２４】このように、例えば３層ＧＨ型液晶表示装
置のような複数の異なる液晶層を積層した液晶表示装置
においては、各液晶層の物性の差等に起因してＶ−Ｒ特
性などの電気光学応答に差が生じてしまい、このＶ−Ｒ
特性差を解消するために各液晶層のＶ−Ｒ特性に応じて
異なった階調基準電圧を発生させようとすると、階調電
圧発生回路の規模が増大してしまい、液晶表示装置の構
成が複雑になり、小型化・軽量化が疎外され、コストが
高くなってしまうという問題がある。したがって、高表
示品質の要求と低消費電力の要求とをともに満たすよう
な液晶表示装置を実現するために、より簡単な構成で、
生産性を低下させることなくＶ−Ｒ特性を補償する技術
を確立することが求められている。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を解決するためになされたものである。すなわち本
発明は表示品質が高く、消費電力が小さい液晶表示装置
を提供することを目的とする。また本発明は、例えば３
層ＧＨ液晶表示装置などの複数の液晶層の積層構造を有
するアクティブマトリックス型液晶表示装置の消費電力
を、表示品質を劣化させることなく削減することを目的
とする。

【００２６】また本発明は、例えば３層ＧＨ液晶表示装
置などの複数の液晶層の積層構造を有する液晶表示装置
にアクティブマトリクス駆動を適用した際に各液晶層の
Ｖ−Ｒ特性差に起因して生じる表示品質の劣化を液晶表
示装置の構成を複雑にすることなく抑制することを目的
とする。さらに本発明は、例えば３層ＧＨ液晶表示装置
などの複数の液晶層の積層構造を有する液晶表示装置に
アクティブマトリクス駆動を適用し、さらにＭＦ駆動を
適用した際に生じるＶ−Ｒ特性変化による各液晶層のＶ
−Ｒ特性差に起因して生じる表示品質の劣化を液晶表示
装置の構成を複雑にすることなく抑制することを目的と
する。

【００２７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明の液晶表示装置は以下のような構成を
採用している。本発明の液晶表示装置の第１のアスペク
トは、第１の液晶層と、前記第１の液晶層と電磁気的に
相互作用するように配設された第１の電極と、第１の表
示信号を選択して前記第１の電極に印加する第１の印加
手段と、前記第１の液晶層と積層された第２の液晶層
と、前記第２の液晶層と電磁気的に相互作用するように
配設された第２の電極と、第２の表示信号を選択して前
記第２の電極に印加する第２の印加手段と、前記第１の
印加手段が前記第１の電極に前記第１の表示信号を印加
する期間と前記第２の印加手段が前記第２の電極に前記
第２の表示信号を印加する期間とを前記第１の液晶層と
前記第２の液晶層との反射率の差が緩和されるように調
節する手段とを具備したことを特徴とする。またマトリ
クス状に配列された複数の画素を有する液晶表示装置で
あって、反射板として機能する電極の上に積層された、
異なる複数の色を表示するための複数の液晶層及びこれ
らの液晶層に電界を印加するための複数の透明な電極
と、表示信号を選択して前記電極に印加する手段とを具
備し、前記表示信号を印加する手段は、前記各液晶層の
電気光学応答の差が緩和されるように、前記各液晶層の
電気光学特性に対応して、各前記液晶層に前記表示信号
を印加する期間を調節するようにしてもよい。

【００２８】ここで第１の液晶層、第２の液晶層は例え
ば異なった色を表示するために、異なった色素を含有し
たＧＨ液晶層を用いるようにしてもよい。また液晶層は
２層に限ることなく３層、あるいは４層以上の液晶層を
積層して用いるようにしてもよい。本発明では以下に詳
述するように同一の印加電圧に対する電気光学応答が相
違している場合でもそれら特性差を補償することができ
るので、表示品質を低下させることなく低消費電力の液
晶表示装置を実現することができる。

【００２９】また第１の電極、第２の電極としては、例
えば液晶層を挟持する基材上にマトリクスアレイ状に配
設された画素電極をあげることができる。これら第１の
画素電極と第２の画素電極など複数の液晶層を駆動する
複数の画素電極は、１つの絵素を構成するように互いに
積層配置される。本発明の液晶表示装置を反射型液晶表
示装置に適用する場合には、最下層（光入射面と反対
側）に配設される電極は、画素電極と反射板とを兼用し
た反射電極として構成すればよい。反射電極以外の画素
電極は、例えばＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉ
ｄｅ）などの透明導電性物質により形成するようにして
もよい。

【００３０】また第１の印加手段、第２の印加手段とし
ては例えば走査線駆動回路から走査信号が供給される走
査線と、信号線駆動回路から表示信号が供給される信号
線と、走査信号に応じてオン・オフが制御され、表示信
号を選択して第１の電極、第２の電極に印加する薄膜ト
ランジスタ、ＭＩＭなどの非線形スイッチング素子を備
えるようにしてもよい。例えば薄膜トランジスタのゲー
ト電極を走査線に接続し、ソース電極を画素電極（第１
の電極、第２の電極）に接続し、ドレイン電極を信号線
に接続することにより、走査信号により薄膜トランジス
タがオン状態となったときに信号線に供給されている表
示信号がサンプリングされて画素電極に印加することが
できる。このようなスイッチング素子を各画素電極ごと
に配設することにより、マトリクス状に配設された各画
素電極に、選択的にかつ独立に表示信号を印加すること
ができる。

【００３１】そして本発明の液晶表示装置では、第１の
印加手段が第１の電極に第１の表示信号を印加する期間
と、第２の印加手段が第２の電極に第２の表示信号を印
加する期間とを、第１の液晶層と第２の液晶層との反射
率の差が緩和されるように調節する補償手段を具備して
いる。すなわち、画素へ表示信号電圧が印加されたとき
には、定常状態にいたるまでに漸次的に電圧が上昇して
いく過渡状態を経るため、表示信号の画素電極への印加
期間を各液晶層の電気光学特性の差に対応して調節する
ことにより、単一電源を用いた場合でも各液晶層に最適
な電圧を印加するようにことができる。

【００３２】例えばＣＭＹの３層のＧＨ液晶層を積層し
た場合には、Ｃの液晶層を駆動するの画素電極、Ｍの液
晶層を駆動する画素電極、およびＹの液晶層を駆動する
画素電極への表示信号（電圧）の印加期間を、各液晶層
の反射率（Ｖ−Ｒ特性）の差が緩和されるように調節す
るようにすればよい。例えば１ライン期間にＣＭＹの３
層の液晶層に表示信号を書き込む場合には、１ライン期
間を各液晶層の反射率（Ｖ−Ｒ特性）の差が緩和される
ように分割して表示信号を印加するようにすればよい。
各層の画素電極への表示信号の印加期間は、例えば薄膜
トランジスタを用いた場合には、ゲート電極に印加する
走査信号のパルス幅を各液晶層ごとに調節するようにす
ればよい。

【００３３】このような構成を採用することにより本発
明の液晶表示装置では単一電源を用いた場合でも各液晶
層に最適な電圧を印加するようにことができ、Ｖ−Ｒ特
性の差を補償することができる。また同一のドライバＩ
Ｃを用いて駆動回路を構成することができる。

【００３４】本発明の液晶表示装置の第２のアスペクト
は、第１の液晶層と、前記第１の液晶層と電磁気的に相
互作用するように配設された第１の電極と、単位期間ご
とに第１の表示信号を選択して前記第１の電極に印加す
る第１の印加手段と、前記第１の液晶層と積層された第
２の液晶層と、前記第２の液晶層と電磁気的に相互作用
するように配設された第２の電極と、前記単位期間内の
第１のタイミングで第２の表示信号を選択して前記第１
の電極に印加するとともに、前記単位期間中の前記第１
の液晶層の平均反射率と前記第２の液晶層との平均反射
率との差が緩和されるような前記単位期間内の第２のタ
イミングで第３の表示信号を選択して前記第２の電極に
印加する第２の印加手段とを具備したことを特徴とす
る。またマトリクス状に配列された複数の画素を有する
液晶表示装置であって、反射板として機能する電極の上
に交互に積層された、異なる複数の色を表示するための
複数の液晶層と、これらの液晶層に表示信号を印加する
ための複数の透明な電極と、表示信号を選択して前記電
極に印加する手段とを具備し、前記表示信号を印加する
手段は、単位期間中の前記表示信号書き込み後の前記各
液晶層の光学特性に応じて補正電位を書き込むととも
に、前記各液晶層の光学特性に応じて補正電位を書き込
むタイミングを制御するようにしてもよい。前述した本
発明の液晶表示装置の第１のアスペクトは、積層された
複数の液晶層のＶ−Ｒ特性の差を緩和するように表示信
号の印加期間を調節する構成を採用したものであるが、
本発明の第２のアスペクトでは単位期間中の平均反射率
を各液晶層のＶ−Ｒ特性の差を緩和するように調節する
構成を採用している。

【００３５】例えば、いまノーマリ黒（Ｈｉｇｈレベル
で黒表示）の液晶表示装置を考える。第２の液晶層に
ついてみると、まず単位期間内の第１のタイミングで第
２の表示信号を選択して第１の電極に印加し、単位期間
中の第１の液晶層の平均反射率と第２の液晶層との平均
反射率との差が緩和されるような単位期間内の第２のタ
イミングで第３の表示信号を選択して第２の電極に印加
するようしている。第３の表示信号により画素電極にＨ
ｉｇｈレベルの表示信号電圧が書き込まれると、第２の
液晶層は暗状態になるから、単位期間内の第１のタイミ
ングと第２のタイミングとを調節することにより、第２
の液晶層の単位期間中の平均の反射率を第１の液晶層の
それと合わせ込むことができる。なおここでは第２の液
晶層の駆動について、その単位期間中の平均反射率と第
１の液晶層の単位期間中の平均の反射率との差を緩和す
るように行う構成を例示したが、積層配置されるすべて
の複数の液晶層の駆動についても同様に行うようにして
ももちろんよい。なお単位期間は１フレーム期間に対応
するように設定するようにしてもよいし、複数フレーム
期間に対応するように設定するようにしてもよい。

【００３６】このような構成を採用することにより、本
発明の液晶表示装置では単一電源を用いた場合でも各液
晶層に最適な電圧を印加するようにことができ、Ｖ−Ｒ
特性の差を補償することができる。また同一のドライバ
ＩＣを用いて駆動回路を構成することができる。したが
って駆動回路の回路規模を増大させることなく表示品質
が高くかつ消費電力の小さな液晶表示装置を提供するこ
とができる。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の液晶表示装置の
実施形態についてさらに詳細に説明する。

【００３８】（実施形態１）図８は本発明の液晶表示装
置を説明するための図である。図８（ａ）は本発明を適
用可能な３層ＧＨ型の液晶表示装置の単位絵素の構成を
示しており、図８（ｂ）は本発明の液晶表示装置の絵素
を構成する積層された複数の画素電極の駆動タイミング
の例を示す図である。図８（ａ）に例示した３層ＧＨ液
晶の単位絵素は、６つの非線形スイッチング素子である
薄膜トランジスタＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、Ｓ
Ｗ５、ＳＷ６３つのＧＨ液晶層ＬＣ１、液晶層ＬＣ２、
液晶層ＬＣ３、４つの画素電極（または対向電極）ＰＥ
１、ＰＥ２、ＰＥ３、ＰＥ４、３本の信号線ＳＵ１、信
号線ＳＭ１、信号線ＳＤ１、３本の走査線ＧＵ１、走査
線ＧＭ１、走査線ＧＤ１が配設されている。ＧＨ液晶層
ＬＣ１、液晶層ＬＣ２、液晶層ＬＣ３は積層されて単位
絵素を構成する。信号線ＳＵ１、信号線ＳＭ１、信号線
ＳＤ１及び走査線ＧＵ１、走査線ＧＭ１、走査線ＧＤ１
は、図示しない信号線駆動回路及び走査線駆動回路にそ
れぞれ接続される。

【００３９】本発明の液晶表示装置では、図８（ｂ）に
例示したように単位絵素を構成する複数の画素電極ＰＥ
１、ＰＥ２、ＰＥ３を駆動している。

【００４０】すなわち、１ライン期間中に３層のＧＨ型
液晶層ＬＣ１、液晶層ＬＣ２、液晶層ＬＣ３に対応する
画素電極を駆動する走査信号は、３つの期間に時分割し
て印加する構成を採用している。そして例えば図８
（ｂ）に例示したような本発明の液晶表示装置が行う時
分割駆動では、各ＧＨ液晶層ＬＣ１、ＬＣ２、ＬＣ３の
Ｖ−Ｒ特性に応じて各薄膜トランジスタのオン時間Ｔ１
（ＳＷ１）、Τ２（ＳＷ２）、Ｔ３（ＳＷ３）を調節し
ている。

【００４１】いま液晶層ＬＣ１、液晶層ＬＣ２、液晶層
ＬＣ３をそれぞれシアン、マジェンダ、イエローのＧＨ
液晶層であるとし、１Η期間を６０μｓｅｃとする。表
示信号の印加期間Τ１、Ｔ２、Τ３を各液晶層のＶ−Ｒ
特性差によらずそれぞれ２０μｓｅｃと同じ印加期間に
設定した場合、各液晶層を実際に駆動した際のＶ−Ｒ特
性は図４に示したままであり、ホワイトバランスが崩れ
て色付きが生じてしまうなど表示品質が低下してしま
う。

【００４２】ところで、液晶層に電圧を印加する際の等
価回路は図９のように示される。図９（ａ）におけるＲ
ｏｎは薄膜トランジスタ（ＳＷ１）のオン抵抗を示し、
ＣLC1 は液晶層ＬＣ１の画素容量を示し、ＶPE1 はＣLC
1 の印加された電圧を示し、ＶCOM1は０Ｖで、またＳＷ
４のオン抵抗は無視できるものとする。なお図９（ａ）
は図８（ａ）における液晶層ＬＣ１に係る部分の等価回
路を示しているが、液晶層ＬＣ２、液晶層ＬＣ３に係る
部分においても図９と同様である。この場合、ＶPE1 は
図９（ｂ）に示される通り、以下のように表すことがで
きる。ＶPE1 ＝ＶS1（１−ｅ^{（−ｔ／（Ｒｏｎ×ＣLC1 ））}）ただし、ＶS1は信号線ＳＵ１に印加される表示信号電圧
であり、以下の通り定義される。ｔ≦０においてＶS1＝０Ｖｔ＞０においてＶS1＝５ＶＲｏｎ＝５００ΚΩ ＣLC1 ＝２０ｐＦ本発明の液晶表示装置では、各ＧＨ液晶層のＶ−Ｒ特性
差が緩和されるように表示信号の印加期間Ｔ１、Τ２、
Τ３を例えば１Ｈ期間などの所定期間内で分配してい
る。例えば図４に例示したような特性差を考慮した場
合、Ｔ１＝２５μｓｅｃ、Ｔ２＝２０μｓｅｃ、Ｔ３＝
１５μｓｅｃのように表示信号の印加期間を設定するこ
とにより、ＶPE1 は約４．６Ｖ、ＶPE2 は約４．３Ｖ、
ＶPE3 は約３．９Ｖとなる。ただし、ＶPE2 は液晶層Ｌ
Ｃ２の画素容量に印加された電圧を示し、ＶPE3 は液晶
層ＬＣ３の画素容量に印加された電圧を示す。したがっ
て、各液晶層とも同じ階調基準電圧を用いて、同じ信号
線駆動回路（例えば信号線駆動ΙＣ）から、各液晶層に
同じ信号線電圧を印加したとしても、実際に各液晶層に
印加される表示信号電圧はそれぞれ印加期間Ｔ１、Ｔ
２、Ｔ３の分配に応じて異なることになる。したがっ
て、各液晶層のＶ−Ｒ特性差に起因して生じる表示画質
の劣化を、各液晶層に同じ階調基準電圧を用い、かつ同
じ信号線駆動回路を採用しながら防止することができ
る。

【００４３】図１０は本発明の液晶表示装置の構成を模
式的に示す図である。

【００４４】この液晶表示装置では、液晶セル２１、液
晶セル２２、液晶セル２３はそれぞれ独立に走査線駆動
回路３１Ｕ、走査線駆動回路３１Ｍ、走査線駆動回路３
１Ｄおよび信号線駆動回路３２Ｕ、信号線駆動回路３２
Ｍ、信号線駆動回路３２Ｄを備えている、これらの駆動
回路は、画素アレイとともに、基板上に例えばｐｏｌｙ
−Ｓｉをチャネル半導体膜とする薄膜トランジスタによ
り一体的に形成するようにしてもよい。単位絵素を構成
するように３層積層された画素電極は、それぞれ独立し
た走査線ＧＵi 、ＧＭi 、ＧＤi と接続されている。し
たがって、単位絵素を構成する複数の画素電極に独立し
たタイミングで、独立した期間にわたって表示信号を供
給することができる。

【００４５】つまり第１の液晶層１ａと、前記第１の液
晶層と電磁気的に相互作用するように配設された第１の
電極３と、第１の表示信号を選択して第１の電極３に印
加する第１の印加手段２ａ、３１Ｄ、３２Ｄと、第１の
液晶層１ａと積層された第２の液晶層１ｂと、第２の液
晶層１ｂと電磁気的に相互作用するように配設された第
２の電極４と、第２の表示信号を選択して第２の電極４
に印加する第２の印加手段２ｂ、３１Ｍ、３２Ｍと、第
１の印加手段が第１の電極３に第１の表示信号を印加す
る期間Ｔ１と第２の印加手段が第２の電極４に第２の表
示信号を印加する期間Ｔ２とを第１の液晶層１ａと第２
の液晶層１ｂとの反射率の差が緩和されるように調節す
る補償手段３３とを具備している。

【００４６】またこの例では、複数層の液晶セルの走査
線ＧＵi 、ＧＭi 、ＧＤi の選択期間を前述のようにＶ
−Ｒ特性差が緩和されるように時分割制御するため、走
査線駆動回路３１Ｕ、３１Ｍ、３１Ｄおよび信号線駆動
回路３２Ｕ、３２Ｍ、３２Ｄに制御信号を送るコントロ
ーラ３３により、走査線駆動回路３１Ｕ、３１Ｍ、３１
Ｄのアウトプット・イネーブルＯＥを、１つの絵素を構
成する３層の画素電極に対する表示信号の印加期間Ｔ
１、Ｔ２、Ｔ３をＶ−Ｒ特性差が緩和されるように分配
するようにすればよい。

【００４７】図１１は本発明の液晶表示装置の駆動の別
の例を説明するための図である。前述のように３層ＧＨ
型の液晶表示装置では、各液晶層で反射率−実効電圧特
性（Ｖ−Ｒ特性）が異なるため、各液晶層毎に階調基準
電圧が必要となり、回路規模が増加していた。本発明で
は、図１１に示す通り各液晶層毎に表示用信号線電圧書
き込み時間を異なった値に設定するようにしてもよい。
このような構成を採用することにより、同じ表示用信号
線電圧でありながら、薄膜トランジスタの書き込み時の
ＣＲ時定数により、ゲートオフ電圧時の各液晶層におけ
る画素電極電圧をＶ−Ｒ特性を補償するように異なった
ものとすることができる。したがって、本発明の液晶表
示装置では新たな付加回路を設けることなく表示用信号
線電圧書き込み時間を調整することができ、各液晶層の
Ｖ−Ｒ特性を合わせ込むことができる。なお、図１１の
プリチャージ期間ではある一定の電圧が印加されている
ものとする。

【００４８】このように本発明の液晶表示装置によれ
ば、各液晶層に対して同じ階調基準電圧を用いて、各液
晶層に印加される電圧をそれぞれ変化させることができ
る。したがって本発明では、例えば図４に例示したよう
なＶ−Ｒ特性差が原因で生じる画質劣化を、階調電圧発
生回路の規模を増大させることなく防ぐことができる。
実際に液晶表示装置における信号処理回路の内部回路を
変更するだけでよく、回路的にもカウンター等で各液晶
層への表示信号の書き込み期間を調整するようにすれば
よい。したがって実質的な付加要素は非常に少なく、生
産性、コストを低下させることはない。

【００４９】実施形態１で例示した本発明の液晶表示装
置は、ＭＦ駆動にも対応することができる。すなわちＭ
Ｆ駆動時に生じる表示変化（ＭＦ駆動では、画素電極に
印加される表示信号電圧の保持期間が長くなるので、液
晶表示装置がノーマリーホワイトの場合、ＭＦ駆動に切
り替えると表示が白っぽくなってしまうという問題があ
る）を補正する場合にも適用することができる。このよ
うな場合には、通常駆動時の表示信号電圧の各画素電極
への書き込み期間を各液晶層とも、ＭＦ駆動における書
き込み期間より短く設定するようにすればよい。

【００５０】（実施形態２）つぎに本発明の液晶表示装
置の別の例について説明する。図１２は本発明の液晶表
示装置の単位絵素を駆動するための駆動タイミングを示
す図である。なお、実施形態２における単位絵素構造及
び液晶表示装置の形態は、実施形態１と同様である。ま
た、実施形態２に係る駆動方法は基本的に時分割駆動で
ある点でも実施形態１と同一である。また、本実施形態
では、ＶCOM1、ＶCOM2、ＶCOM3は０Ｖ（接地電位）であ
るとする。なおこの実施形態では、単位期間を１フレー
ム期間とした場合について説明するが、前述したように
単位期間は複数フレーム期間にわたって設定するように
してもよい。

【００５１】図１２では、１ライン期間を時分割してそ
れぞれの液晶層に表示信号に応じた信号線電圧（以下
「表示信号電圧」という）を書き込んでいる。液晶層Ｌ
Ｃ１は、Ｔ１期間において信号線ＳＵ１より表示信号電
圧が書き込まれるが（以下「選択期間」という）、それ
以外の画素電極が選択されている期間Ｔ２、Ｔ３は表示
信号電圧が書き込まれない（以下「非選択期間」とい
う）。従って、信号線ＳＵ１には選択期間中Ｔ１の間は
表示信号電圧を供給しなければならないが、非選択期間
中はＳＷ１、ＳＷ２がオフしている限り、どのような信
号であっても表示に影響しない。本実施形態では、非選
択期間中の信号線ＳＵ１、ＳＭ１、ＳＤ１の電圧レベル
をＨｉｇｈ（黒表示を行う電圧）に設定している。

【００５２】本実施形態に係る発明では、１フレーム期
間中において、表示信号電圧書き込み後、液晶層のＶ−
Ｒ特性差に応じて非選択期間中にＳＷ１、ＳＷ４、ＳＷ
２、ＳＷ５をオンして（図１２における補正パルスを意
味する）各液晶層に第３の表示信号であるＨｉｇｈレベ
ルの表示信号を書き込む。補正パルスの出力タイミング
は可変であるから、Ｖ−Ｒ特性差に応じて１フレーム期
間中の各層の反射率のさが緩和されるように出力するこ
とにより、Ｖ−Ｒ特性差を緩和することができる。

【００５３】図１３は図１２のような駆動を行った場合
の各液晶層の光学的特性変化を説明するための図であ
る。なお、液晶層ＬＣ１、液晶層ＬＣ２、液晶層ＬＣ３
は、それぞれ図４に示したシアン、マジェンダ、イエロ
ーのようなＶ−Ｒ特性を有しているものとする。図１３
は各液晶層における反射率の時間的変化を示しており、
縦軸は各層の最大反射時を１００％、最小反射時を０％
とした場合の反射率を、横軸は経過時間を示しているい
ま、時刻ｔ１における各液晶層の反射率を、シアン（の
液晶層）３０％、マジェンダ５５％、イエロー７０％で
あるとする。また時刻ｔ２における各液晶層の反射率
を、シアン０％、マジェンダ５５％、イエロー７０％で
あるとする。さらに時刻ｔ３における各液晶層の反射率
を、シアン０％、マジェンダ０％、イエロー７０％であ
るとする。

【００５４】このとき、１フレーム期間における平均的
な各液晶層の反射率（平均反射率）はそれぞれ以下の通
りである。ただし図１２に示したとおり、ｔ１を０ｓｅ
ｃ経過時点、ｔ２を１８ｍｓｅｃ経過時点、ｔ３を２０
ｍｓｅｃ経過時点、ｔ４を２４ｍｓｅｃ経過時点とす
る。

【００５５】シアン層の平均反射率（ＡＶＲシアン）
は、（１８×３０）／２４＝２２．５％マジェンダ層の平均反射率（ΑＶＲマジェンダ）は、（２０×５５）／２４＝４５．８％イエロー層の平均反射率（ΑＶＲイエロー）は、（２４×７０）／２４＝７０％となる。つまり、シアンとマジェンダの平均反射率は表
示信号電圧より得られるであろう反射率よりも低くなっ
ている。また、補正パルスの出力タイミング（第３の表
示信号の印加タイミング）及び非選択期間における信号
線ＳＵ１、信号線ＳＭ１、信号線ＳＤ１の電圧レベルに
より平均反射率をより低くしたり、より高くしたりする
ことができ、各液晶層のＶ−Ｒ特性を緩和することがで
きる。本発明の液晶表示装置においては、基本的には、
非選択期間における信号線ＳＵ１、信号線ＳＭ１、信号
線ＳＤ１の電庄レベルは固定しておき、補正パルスの出
力タイミングを変化させることによりＶ−Ｒ特性差を調
整するのが回路規模を削減する上で好ましい。なぜな
ら、非選択期間における信号線ＳＵ１、信号線ＳＭ１、
信号線ＳＤ１の電圧レベルを固定することができるの
で、不要な電圧を発生させる必要がなく、また複数の電
源を備える必要がなくなるからである。

【００５６】この実施形態においては、各液晶層とも同
じ階調基準電圧を用い、かつ階調電圧発生回路の規模を
増入させることなく、図１３に示した通り、シアンの液
晶層層とマジェンダの液晶層の表示をより黒レベルにシ
フトすることができる。つまり、階調電圧発生回路の規
模を増大させることなく、図４に例示したＶ−Ｒ特性差
を補正することができる。

【００５７】実際の液晶表示装置の回路構成について
も、信号処理回路の内部回路を変更するだけでよく、回
路的にもカウンター等で補正パルスタイミングを出力す
るタイミングを設定するだけであるため、事実上付加要
素は全くないといえる。例えば図１０に例示した本発明
の液晶表示装置と同じ構成を採用し、コントローラ３３
から出力される走査線駆動回路３１Ｕ、３１Ｍ、３１Ｄ
のアウトプット・イネーブルＯＥを、図１２のようにす
ることによりＶ−Ｒ特性差を補償することができる。

【００５８】さらに実施形態２に例示した駆動方法は、
ＭＦ駆動を適用した場合に生じる表示変化（ＭＦ駆動で
は、画素電極電圧の保持期間が長くなるので、表示装置
がノ一マリーホワイトの場合、ΜＦ駆動に切り替えると
表示が白っぽくなってしまう）を補正する場合にも応用
することができる。この場合は、単位期間を数フレーム
期間に設定して（例えば３フレーム期間）平均反射率を
調整することで補正を行うようにすればよい。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、例
えば３層ＧＨ液晶表示装置などの複数の液晶層の積層構
造を有する液晶表示装置にアクティブマトリクス駆動を
適用した際に各液晶層のＶ−Ｒ特性差に起因して生じる
表示品質の劣化を液晶表示装置の構成を複雑にすること
なく抑制することができる。また本発明によれば、例え
ば３層ＧＨ液晶表示装置などの複数の液晶層の積層構造
を有する液晶表示装置にアクティブマトリクス駆動を適
用し、さらにＭＦ駆動を適用した際に生じるＶ−Ｒ特性
変化による各液晶層のＶ−Ｒ特性差に起因して生じる表
示品質の劣化を液晶表示装置の構成を複雑にすることな
く抑制することができる。例えば各液晶層同じ階調基準
電圧を用い階調電圧発生回路の規模を増大させることな
く、各液晶層のＶ−Ｒ特性差を補正することができるた
め、液晶表示装置の色付きを抑制し、表示品質を向上す
ることができる。さらに本発明によればＭＦ駆動を適用
した場合であっても、通常駆動における階調基準電圧を
用い階調電圧発生回路の規模を増大させることなく、Ｍ
Ｆ駆動により生じる画質劣化を補正することができる。

【００６０】したがって本発明によれば、表示品質が高
く、消費電力が小さい液晶表示装置を提供することがで
きる。また特に３層ＧＨ液晶表示装置などの複数の液晶
層の積層構造を有するアクティブマトリックス型液晶表
示装置の消費電力を、表示品質を劣化させることなく削
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】複数の液晶層を積層した液晶表示装置の構成の
例を概略的に示す図。

【図２】図１に例示した液晶表示装置の断面構造の例を
概略的に示す図。

【図３】図１、図２に例示した液晶表示装置を概略的に
示す等価回路図。

【図４】３層ＧＨ型液晶表示装置にアクティブマトリク
ス駆動を適用した場合のＣＭＹ各液晶層のＶ−Ｒ特性の
例を示すグラフ。

【図５】３層ＧＨ型液晶表示装置に通常駆動を適用した
場合とＭＦ駆動を適用した場合でのＶ−Ｒ特性の例を示
すグラフ。

【図６】Ｖ−Ｒ特性差を補償するために必要な階調電圧
発生回路の構成の例を示す図。

【図７】Ｖ−Ｒ特性差を補償するために必要な階調電圧
発生回路の構成の例を示す図。

【図８】本発明の液晶表示装置を説明するための図。

【図９】液晶層に電圧を印加する際の等価回路。

【図１０】本発明の液晶表示装置の構成を模式的に示す
図。

【図１１】本発明の液晶表示装置の駆動の別の例を説明
するための図。

【図１２】本発明の液晶表示装置の単位絵素を駆動する
ための駆動タイミングを示す図。

【図１３】図１２のような駆動を行った場合の各液晶層
の光学的特性変化を説明するための図。

【符号の説明】

１ａ、１ｂ、１ｃ………液晶層２ａ、２ｂ、２ｃ………薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）３…………………………画素電極（反射電極）３ａ、３ｂ、３ｃ………画素電極（透明電極）４、５……………………透明画素電極６、６ａ、６ｂ、６ｃ…対向電極６ａ………………………対向電極（反射電極）６ｂ、６ｃ、６ｄ………対向電極（透明電極）２１…………液晶セル（第１層）２２…………液晶セル（第２層）２３…………液晶セル（第３層）３１Ｕ………走査線駆動回路（第１層）３１Ｍ………走査線駆動回路（第２層）３１Ｄ………走査線駆動回路（第３層）３２Ｕ………信号線駆動回路（第１層）３２Ｍ………信号線駆動回路（第２層）３２Ｄ………信号線駆動回路（第３層）３３…………コントローラＩＣ１００………基板ＧＵi ………１層目の液晶セルの走査線ＧＭi ………２層目の液晶セルの走査線ＧＤi ………３層目の液晶セルの走査線ＳＵi ………１層目の液晶セルの信号線ＳＭi ………２層目の液晶セルの信号線ＳＤi ………３層目の液晶セルの信号線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の液晶層と、前記第１の液晶層と電磁気的に相互作用するように配設
された第１の電極と、第１の表示信号を選択して前記第１の電極に印加する第
１の印加手段と、前記第１の液晶層と積層された第２の液晶層と、前記第２の液晶層と電磁気的に相互作用するように配設
された第２の電極と、第２の表示信号を選択して前記第２の電極に印加する第
２の印加手段と、前記第１の印加手段が前記第１の電極に前記第１の表示
信号を印加する期間と前記第２の印加手段が前記第２の
電極に前記第２の表示信号を印加する期間とを前記第１
の液晶層と前記第２の液晶層との反射率の差が緩和され
るように調節する補償手段とを具備したことを特徴とす
る液晶表示装置。
【請求項２】第１の液晶層と、前記第１の液晶層と電磁気的に相互作用するように配設
された第１の電極と、単位期間ごとに第１の表示信号を選択して前記第１の電
極に印加する第１の印加手段と、前記第１の液晶層と積層された第２の液晶層と、前記第２の液晶層と電磁気的に相互作用するように配設
された第２の電極と、前記単位期間内の第１のタイミングで第２の表示信号を
選択して前記第１の電極に印加するとともに、前記単位
期間中の前記第１の液晶層の平均反射率と前記第２の液
晶層との平均反射率との差が緩和されるような前記単位
期間内の第２のタイミングで第３の表示信号を選択して
前記第２の電極に印加する第２の印加手段とを具備した
ことを特徴とする液晶表示装置。