JPH11296150A - 液晶の高速駆動方法 - Google Patents

液晶の高速駆動方法

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JPH11296150A
JPH11296150A JP10116057A JP11605798A JPH11296150A JP H11296150 A JPH11296150 A JP H11296150A JP 10116057 A JP10116057 A JP 10116057A JP 11605798 A JP11605798 A JP 11605798A JP H11296150 A JPH11296150 A JP H11296150A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラウン管ディスプレイと同等以上の速さで
液晶を駆動する。 【解決手段】 液晶と、前記液晶を挟む２つの電極と、
前記２つの電極間に階調データに基づいた電圧を印加す
ることにより表示を行う液晶表示装置において、前記２
つの電極間の電圧を、前記階調データに無関係に、所定
の周期で、所定の電圧を所定の時間だけ印加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶の高速駆動方
法、殊に階調表示を行う液晶の高速駆動方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】透明電極を有する２枚の透明な平板に、
液晶を挟んで、２枚の偏光板の間に置くと、前記２つの
透明電極に印加する電圧に応じて、前記２枚の偏光板を
通る光の透過率が変化することが知られている。この原
理を用いた液晶表示装置は、厚さが薄く、電力消費が少
ないなどの特徴を備え、腕時計や電卓をはじめ広く使わ
れている。
【０００３】また、近年ではカラーフィルタと組み合わ
せて、ノートパソコンや小型の液晶テレビなどのカラー
表示ディスプレイ装置に使われている。カラーフィルタ
と組み合わせて、カラー表示を可能とした液晶表示装置
においては、赤、緑、青の３色のドットを組み合わせて
カラー表示を行っている。このカラーフィルタは非常に
高価で、パネルに張り合わせる作業も高い精度が要求さ
れる。さらに、白黒表示の液晶パネルと同等の解像度を
出すためには、３倍のドット数が必要となるため、通常
の液晶パネルでは、水平方向の駆動回路の数が３倍とな
ってしまい、コストがかかるとともに、パネルと駆動回
路の接続点数も３倍となるため、接続作業も困難になっ
てしまう。
【０００４】従って、液晶パネルを使ってカラー表示を
する方法として、カラーフィルタを使う方式は、コスト
的には高価になる要素が多く、安価に製造することが困
難であった。また、カラーフィルタによる光の透過率が
約２０パーセントしかなく、カラーフィルタを使うこと
によって明るさが約５分の１になってしまうため、バッ
クライトの消費電力が非常に大きくなってしまうという
欠点があった。
【０００５】また、従来の液晶表示装置では、液晶パネ
ルの応答速度が遅いため、テレビなどの動画再生をする
場合や、パソコンなどのマウスカーソルを高速で動かし
た場合などでは、ブラウン管を使用したディスプレイに
較べ、性能的に劣っていた。
【０００６】カラーフィルタを使用しないカラー液晶表
示装置としては、特開平１−１７９９１４の様に、白黒
液晶パネルと３色バックライトを組み合わせてカラー表
示を行う方法が提案されており、カラーフィルタ方式に
較べ、安価に高精細のカラー表示を実現出来る可能性が
ある。
【０００７】前記カラー表示方法においては、フリッカ
ーのない表示を得るためには、同一色のバックライトの
点滅周波数は最低でも４０Ｈｚ以上、望ましくは６０Ｈ
ｚ以上の高速で行う必要がある。従って、液晶表示の周
波数としてはさらにその３倍となるので１８０Ｈｚとな
り、液晶表示の周期は５．５ミリセカンドとなる。
【０００８】バックライトの点灯時間としては、冷陰極
管を用いた場合には、白色管に較べて、赤、緑、青の短
残光の蛍光体を使う冷陰極管では入力電力に対する光の
変換効率が半分近くに落ちるものの、カラーフィルタを
無くすことによって透過率が５倍増加する為、白色管１
本を使う場合と同等の表示輝度を赤、緑、青３色各１本
で得る為に必要な点灯時間としては、表示周期の約５分
の２の２ミリセカンド以上が必要となる。従って、表示
周期５．５ミリセカンド中２ミリセカンドをバックライ
トの点灯に使うと、液晶パネルの応答速度としては、
３．５ミリセカンド以下で安定する必要がある。グラフ
ィック表示などで画面を走査する場合には、さらに画面
の色むらを無くすために走査周期を１０００Ｈｚと高速
走査をした場合でも、１ミリセカンドの余裕をさらにと
る必要があるため、液晶パネルの応答速度としては、
２．５ミリセカンド以下で安定する必要がある。
【０００９】しかしながら、一般的に使われているＴＮ
液晶やＳＴＮ液晶等のネマティック液晶を使った液晶表
示装置では、応答速度は数十ミリセカンドから数百ミリ
セカンドかかっていた。
【００１０】高速に動作する液晶パネルとして、強誘電
液晶や反強誘電液晶を使った液晶パネルが提案されてい
るが、液晶パネルのセルギャップが１μｍ以下と非常に
狭いギャップを±０．０５μｍ以下のばらつきで高精度
に製造する必要があるなど、製造の課題が多く、実用化
に至っていない。
【００１１】液晶パネルの応答速度を高速化する手段と
して、セルギャップを狭くすることにより、応答速度が
セルギャップの２乗に反比例して早くなることが知られ
ている。ＴＮ液晶の場合には、低粘性の液晶材料を選び
セルギャップを２μｍにすることにより、応答速度を２
〜３ミリセカンド以下に容易に高速化できる。また、セ
ルギャップを２μｍと狭くしても、許容範囲が±０．４
μｍの範囲でも均一な表示が得られるため、大型パネル
の製造に対しても大きな問題は無い。従って、３色バッ
クライトを用いて各色２階調で８色表示することは、前
述の狭ギャップのＴＮ液晶で実現することが可能とな
る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】近年パソコン用表示装
置として、省スペース、省電力等の点で、ブラウン管に
変わり液晶表示装置が使われてきている。ところが、パ
ソコン用ソフトにおいては多色表示に対応したものが急
速に普及しており、表示装置においても各色２５６階調
の１６７７万７２１６色表示が求められている。また、
パソコン用途以外でも、ビデオ画像を表示をするために
は、各色６４階調以上の多色表示が求められている。
【００１３】液晶パネルの階調表示の方式としては、Ｔ
Ｎ液晶や反強誘電液晶の様に、電圧に対する透過率の変
化が緩やかな液晶では、電圧による階調制御が行われ、
ＳＴＮ液晶や強誘電液晶の様に、電圧に対して透過率が
２値しかない液晶では、白と黒の表示している時間の比
率を変化させて表示する方法か、複数の画素を集めて平
均化する方法が採られている。ところが、前述の３色バ
ックライトを用いたカラー表示方法では、表示の周期が
短いために、白と黒の時間の比率を変化させる方法で
は、制御回路の動作周波数が高くなりすぎて、階調数を
多くとれない。また、複数のドットを集めて平均化する
方法では、カラーフィルタ方式に較べて画素数を３分の
１に削減できる利点が失われてしまう。
【００１４】従って、３色バックライトを用いたカラー
表示方法において、多色表示を行う場合は、電圧による
階調制御を行う必要がある。しかしながら、一般的に液
晶パネルの応答速度は、白から黒あるいは黒から白に変
化する場合に較べて、中間調からあるいは中間調への変
化は数倍以上遅くなってしまう。本発明が解決しようと
する課題は、駆動方法の変更により、中間調表示を含め
た応答速度を速め、前述の３色バックライトによるカラ
ー化や、動画再生においてブラウン管を使用したディス
プレイと同等以上の性能を得ることを可能とすることで
あり、即ち、応答速度が速い液晶の駆動方法を提供する
ものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めになされた本発明は、液晶と、前記液晶を挟む２つの
電極と、前記２つの電極間に階調データに基づいた電圧
を印加することにより表示を行う液晶表示装置におい
て、前記２つの電極間の電圧を、前記階調データに無関
係に、所定の周期で、所定の電圧を所定の時間だけ印加
し、特に３色バックライトを用いたカラー表示方法にお
いては、３色バックライトが全て消灯している時間が周
期的に発生することに着目した。３色バックライトが全
て消灯している時間は、液晶パネルの透過率がどの様な
状態でも画質に影響しないことを利用し、従来の液晶パ
ネルの駆動回路と異なるタイミングで液晶に電圧を印加
することで、中間調を含めた液晶パネルの応答速度を速
め、明るく低消費電力のカラー液晶パネルを得ることを
可能とした。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の好ましい実施の形
態を示すものであり、ノーマリーホワイトのＴＮ液晶パ
ネルに対する印加電圧波形とその絶対値、光透過率の変
化、赤、緑、青の３色バックライトの点灯タイミングを
示している。図２は本発明の実施の形態に対応させた従
来技術における、ノーマリーホワイトのＴＮ液晶パネル
に対する印加電圧波形とその絶対値、光透過率の変化、
赤、緑、青の３色バックライトの点灯タイミングを示し
ている。
【００１７】図１及び図２におけるＴＮ液晶パネルは、
従来から使われているＴＮ液晶パネルと基本的に同一構
造で、ＴＮ液晶材料及びセルギャップなどを最適化して
高速化したパネルである。高速化の手法としては、前述
の様に例えば、ＴＮ液晶パネルでセルギャップを２μｍ
にすれば、ノーマリーホワイトの場合、白から黒の応答
速度は１ミリセカンド以下、黒から白への応答速度は２
ミリセカンド程度まで高速化することは容易に行える。
図１及び図２における液晶パネルは同一のパネルについ
てのものである。また、図１におけるＴ１からＴ６及
び、図２におけるＵ１からＵ６は同一時間であって時間
の長さは、前述した３色バックライト方式によるカラー
化に必要な液晶パネルの駆動周期である５．５ミリセカ
ンドである。
【００１８】従来から知られている様に、液晶パネルの
印加電圧に対する光透過率の変化は、印加する電圧の極
性には関係がない。ただし、液晶パネルに直流電圧を印
加し続けると、液晶材料が電気化学反応により劣化する
などの問題があるため一定時間毎に印加する電圧の極性
を反転させることが一般に行われている。本発明の実施
の形態でも、極性反転は行っているが、本発明の目的で
ある液晶の高速駆動に対して、極性反転を行うことで液
晶の応答速度は大きく変化しない。本発明における液晶
パネルの印加電圧では、極性に関係なく絶対値が問題と
なる。以下図１及び図２の比較により本発明の動作を説
明する。
【００１９】一般的に、液晶パネルの応答速度について
は、絶対値が高い印加電圧を加えた場合には、以前の状
態が中間調の場合でも、高速に応答することが知られて
いる。
【００２０】図１における本発明の実施の形態の駆動方
法では、Ｔ１からＴ６の各期間において、画像の階調デ
ータに応じて印加電圧の絶対値がＶ１から０Ｖの範囲で
出力される時間と別に各期間の終わりに一定時間だけ印
加電圧の絶対値が、Ｖ１になる様に、液晶パネルに電圧
を印加している。Ｖ１の電圧が十分高い場合において
は、前述の様に、いずれの透過率からでも、黒になるま
での時間を１ミリセカンド以下にすることが可能とな
る。この場合、透過率だけではなく、液晶分子そのもの
の状態もほぼ一定状態になるため、次の期間に前の期間
における透過率の状態が影響することもない。従って、
バックライトが点灯開始する時点において、透過率が定
常状態になっていなくとも、該当する期間に対応した画
像の階調データーに対応した表示が可能となり、該当す
る期間以外の画像の階調データに、表示が影響されるこ
とを防ぐことが可能となる。また、中間調の階調データ
に対する応答速度も、必ず、黒の状態から変化するた
め、中間調から変化する場合に較べて、応答速度を安定
して短くすることが可能となる。
【００２１】図２における従来の駆動方法では、Ｕ１か
らＵ６の各期間において、画像の階調データに応じて印
加電圧の絶対値がＶ１から０Ｖの範囲で出力されてい
る。しかしながら、前述の様に中間調からの応答速度は
数倍遅くなってしまうため、画像の階調データによって
は、５．５ミリセカンドという短い時間では応答出来な
くなってしまう。また、本発明の実施の形態と比較する
と、表示が該当する期間の階調データ以外に、該当する
期間の前の液晶の分子の状態に大きく影響を受けるた
め、各期間において、階調データに応じた表示を、５．
５ミリセカンドという短い周期で行うことは非常に困難
であった。
【００２２】図３は本発明の別の実施の形態であり、ノ
ーマリーホワイトのＴＮ液晶パネルに対する印加電圧波
形とその絶対値、光透過率の変化、赤、緑、青の３色バ
ックライトの点灯タイミングを示している。図３におけ
る本発明の実施の形態では、図１における本発明の実施
の形態に対し、さらに液晶パネルの応答速度を改善した
ものである。
【００２３】図３におけるＴＮ液晶パネルは、前述の図
１及び図２における液晶パネルと同一のパネルについて
のものである。また、図３におけるＷ１からＷ６は、図
１におけるＴ１からＴ６及び、図２におけるＵ１からＵ
６と同一時間であって時間の長さは、前述した３色バッ
クライト方式によるカラー化に必要な液晶パネルの駆動
周期である５．５ミリセカンドである。
【００２４】図３における本発明の実施の形態の駆動方
法では、図１における本発明の実施の形態と同様に、Ｗ
１からＷ６の各期間において、画像の階調データに応じ
て印加電圧の絶対値がＶ１から０Ｖの範囲で出力される
時間と別に、各期間の終わりに一定時間だけ印加電圧の
絶対値がＶ１になる様に、液晶パネルに電圧を印加して
いる。さらに、図３における本発明の実施の形態におい
ては、前述の各期間の終わりに一定時間だけ印加電圧の
絶対値がＶ１になる様に、液晶パネルに電圧を印加した
後、一定時間だけ印加電圧の絶対値がほぼ０Ｖになる様
に、液晶パネルに電圧を印加している。
【００２５】一般的に、液晶パネルの応答速度は、黒か
ら中間調に変化する場合に較べて、黒から白に変化する
場合の方が速い。従って、一定時間だけ印加電圧の絶対
値がほぼ０Ｖになる様にすることにより、図１における
本発明の実施の形態に対し、図３における本発明の実施
の形態では、中間調に対する液晶パネルの応答速度がさ
らに改善される。
【００２６】図３においては、Ｗ１及びＷ４の期間の様
に、画像の階調データが黒の場合にも、液晶パネルの透
過率が変化する時間が発生するが、バックライトが消灯
しているので、表示に対しての影響はない。本発明の実
施の形態では、図１のＴ１からＴ６の各期間及び、図３
のＷ１からＷ６の各期間での平均電圧がほぼ０Ｖになる
様に各期間内で極性反転を行っている。これは、液晶が
高速に動作するため、各期間毎に極性を反転すると、正
の印加電圧と負の印加電圧の微妙な絶対値の差により、
フリッカーが発生してしまうのを防ぐためある。また、
非常に短い周期で極性反転をすることにより、液晶パネ
ル内のギャップむらによって発生する液晶パネル内の応
答速度のむらが改善される。従って、ギャップの許容範
囲を広くすることが可能となり、液晶パネルの製造の歩
留まりの向上が計れる。
【００２７】本発明の実施の形態では、電圧無印加の状
態で黒を表示するノーマリーブラックの液晶パネルにつ
いて説明したが、電圧無印加の状態で白を表示するノー
マリーホワイトの液晶パネルについても同様の効果を発
揮できる。また、液晶の印加電圧と光透過率の関係が一
般的な液晶パネルと異なる特殊な液晶パネルについて
も、同様に所定の周期で階調データに無関係に印加する
電圧の値を適正な値に設定することにより同様の効果を
発揮できる。
【００２８】本発明の実施の形態において、コントラス
ト比の高い表示を行うためには、一周期で、液晶パネル
の光透過率が変化した後、光透過率が元の状態に戻る必
要がある。従って、本発明の実施の形態においては、フ
レーム周期を短くすると光透過率が完全に元の状態に戻
る前に次の周期に移ってしまい。コントラストが低下し
てしまう。一方、フレーム周期を遅くすればフリッカー
が発生するなど、不具合が発生してしまう。
【００２９】光透過率が元の状態に戻る時間は、液晶材
料の特性、特に液晶材料の粘性などにより大きく変化す
る。従って、光透過率が元の状態に戻る時間の短い液晶
材料を選択することにより、フリッカーの発生を押さえ
ながら、コントラスト比の高い表示を行うことが可能と
なる。また、光透過率が元の値に戻る時間が液晶材料の
粘性などに大きく影響を受けることから、液晶パネルの
温度を上げることにより、液晶材料の粘性を下げ、液晶
材料を変更しなくてもコントラスト比の高い表示を行う
ことも可能である。
【００３０】
【発明の効果】本発明の実施の形態においては、電圧波
形を変更することにより、液晶パネルに中間調を含めた
画像を描きその画像が完全に消えるまでが、非常に短い
時間で行うことが可能となり、非常に高速な応答速度が
得られ、フルカラーの動画再生に最適な方式である。
【００３１】また、本発明の実施の形態では、ＴＦＴ方
式に使われている液晶の印加電圧波形と基本的に同一で
あり、ＴＦＴ方式の液晶パネルに使うことができる。ま
た、その他の駆動方式に対しても、印加電圧を所定の周
期で所定の時間、階調データに無関係な所定の電圧にす
ることにより、液晶の応答速度を高速化できる。
【００３２】さらに、液晶パネルに画像を描きその画像
が完全に消えるまでが、１フレーム期間中に行われる方
式であるため、前述の３色バックライトを使用したカラ
ー表示方法に最適の方法であり、高性能でしかも低価格
なカラー表示ディスプレイを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶の印加電圧の変化に対する光透過
率の時間変化を示す図面である。
【図２】従来技術による液晶の印加電圧の変化に対する
光透過率の時間変化を示す図面である。
【図３】本発明の液晶の印加電圧の変化に対する光透過
率の時間変化を示す図面である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 液晶と、前記液晶を挟む２つの電極と、
    前記２つの電極間に階調データに基づいた電圧を印加す
    ることにより表示を行う液晶表示装置において、前記２
    つの電極間の電圧を、前記階調データに無関係に、所定
    の周期で、所定の電圧を所定の時間だけ印加することを
    特徴とする液晶の高速駆動方法。
  2. 【請求項２】 前記２つの電極間に印加する所定電圧
    が、複数の絶対値の異なる電圧である請求項１に記載の
    液晶の高速駆動方法。
  3. 【請求項３】 前記液晶に前記所定の周期で点滅する照
    明手段が備えられている請求項１または２に記載の液晶
    の高速駆動方法。
  4. 【請求項４】 前記液晶に赤、緑、青の３色の光源を独
    自に発光する照明手段が備えられているとともに、前記
    各光源を前記所定の周期で順次切り替えながら点滅する
    請求項１または２に記載の液晶の高速駆動方法。
  5. 【請求項５】 前記階調データに無関係な所定の電圧を
    印加する期間は、前記照明手段を消灯することを特徴と
    する請求項３または請求項４に記載の液晶の高速駆動方
    法。
  6. 【請求項６】 前記所定の周期内で、前記２つの電極間
    の平均電圧をほぼ０とする様、前記２つの電極間の電圧
    の極性を反転させることを特徴とする請求項１、請求項
    ２、請求項３、請求項４または請求項５に記載の液晶の
    高速駆動方法。
  7. 【請求項７】 前記所定の電圧のうち少なくとも１つの
    電圧の絶対値は、前記階調データに基づいた電圧の絶対
    値の範囲中の最大値と同じかあるいはそれ以上の値であ
    ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請
    求項４、請求項５または請求項６に記載の液晶の高速駆
    動方法。
  8. 【請求項８】 前記液晶の温度を所定の温度に上げる加
    熱手段を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、
    請求項３、請求項４、請求項５、請求項６または請求項
    ７に記載の液晶の高速駆動方法。
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