JPH1138386A

JPH1138386A - 映像表示装置およびその駆動方法

Info

Publication number: JPH1138386A
Application number: JP19083797A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tanaka; 幸生田中; Kazunori Komori; 一徳小森; Kazuhiro Nishiyama; 和廣西山; Akio Takimoto; 昭雄滝本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-07-16
Filing date: 1997-07-16
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶ディスプレイや、プロジェクタ用の液晶
ライトバルブなどの映像表示装置において、経時変化や
温度変化が少なく均一で色再現性の良い映像を得ること
を目的とする。【解決手段】アクティブマトリックス構造の基板とＶ
Ａ（垂直配向）液晶によって構成される液晶パネルにお
いて、１フレーム１０１の間に幅の比が１２８：６４：
３２：１６：８：４：２：１の８個の電圧変調期間１０
２を設定し、２５６階調のうちの入力すべき階調（０〜
２５５）を２進数表示したときの８桁の数の各位の数と
この電圧変調期間１０２に順に対応させ、各位の数が１
のときには液晶がＯＮとなる電圧を、０の時にはＯＦＦ
となる電圧を印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶プロジェクタ
に用いられる液晶ライトバルブや液晶ディスプレイなど
の映像表示装置とその駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在、液晶を用いた映像表示装置として
は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）液晶パネルや電気書き
込み型の液晶ライトバルブがある。これらの基本構造は
いずれも、アクティブマトリクス構造を有する基板と対
向側の透明電極基板との間に液晶が注入された基本構造
を有している。アクティブマトリクスは液晶層への印加
電圧を画素単位で制御する２次元的な電極・トランジス
タ配列構造であり、主としてガラス・石英等の透明基板
上に形成されたＴＦＴアレイや、多結晶又は単結晶のＳ
ｉ基板上に形成されたＭＯＳトランジスタアレイが用い
られる。一般に、前者は透過型の構成、後者は反射型の
構成となる。

【０００３】液晶としては、ネマティック相のものが広
く用いられる。この理由の一つとしては、例えばスメク
ティック相の液晶（強誘電性液晶など）が自発分極に基
づくイオン分解などの不安定要素を持っているのに対し
て、このネマティック相のものはそのような不安定性を
もたず非常に安定な動作ができるということがあげられ
る。

【０００４】このようなネマティック相の液晶の中で
も、特にＴＮ（ツイステッドネマティック）モードのも
のが現在広く用いられている。これは、対向する２つの
基板の間で液晶の配向方向に角度差（一般に９０゜）を
もたせて液晶が層の厚み方向に螺旋状に捻れて配列する
ようにしたものである。

【０００５】誘電率異方性Δε(＝［分子長軸方向の誘
電率］−［分子短軸方向の誘電率］) は一般に正のものが用いられる。偏光子・検光子を互い
に直交位置にあわせてその間にこの液晶パネルを挿入し
たときの、液晶への印加電圧と透過率の関係（γ特性）
は図８のようになる。

【０００６】これに対して、ＶＡ（垂直配向）モードと
呼ばれる液晶モードがある。これはΔεが負のネマティ
ック液晶１００１を用いたモードであり、電界無印加時
に液晶１００１が基板１００２ａ、１００２ｂの面に垂
直な方向に対してごくわずかに（０．１゜〜１０゜程
度）傾いた状態で配向するようにしたものである（図１
０（ａ））。

【０００７】この液晶１００１に電圧を印加すると液晶
１００１が基板に平行な方向に倒れて複屈折効果が生
じ、透過率が増大する（図１０（ｂ））。このときのγ
特性の１例は図９のようになる。ＶＡモードは図９から
わかるように、低い電圧範囲内で最小透過率（ＯＦＦ）
と最大透過率（ＯＮ）の間の透過率を制御することがで
きるという利点をもっている（場合によっては必ずしも
透過率のピークが現れないこともありうる）。また、Ｔ
Ｎモードの場合、液晶層の厚み（セルギャップ）が小さ
いと十分な旋光効果が得られなくなり最大透過率（電界
無印加時に対応）が小さくなるという制限があるが、Ｖ
Ａモードの場合は旋光性を用いるものではないためこの
ような制限がなく液晶層を薄くすることができ、従っ
て、高速応答が得られるという利点もある。

【０００８】これらの液晶の駆動の最も一般的なもの
は、例えば以下のようである。すなわち、図１１のよう
なＭ×ＮＴＦＴアレイ構造（ゲート線１１０３はＭ本、
データ線１１０４はＮ本、画素電極１１０１はＭ×Ｎ
個）において、第ｋフレーム（表示周期）中に、第１か
ら第Ｍのゲート線１１０３が順次選択されるが、第ｍの
ゲート線１１０３が選択されている瞬間においてはこの
ゲート線１１０３に接続されたＴＦＴ１１０２がＯＮ状
態になり、第（ｍ、ｎ）画素の電位はその瞬間における
データ線の電位Ｖ_Dn（ｋ、ｍ）になる（図１２参照）。
そして、次の第（ｋ＋１）フレームで第ｍのゲート線が
選択されるまでの間はこのＴＦＴ１１０２はＯＦＦ状態
のままであり、第（ｍ、ｎ）の画素電極の電位はほぼ一
定値Ｖ_Dn（ｋ、ｍ）に保たれる（ＴＦＴ１１０２の寄生
容量やリーク電流の影響は無視する）。第（ｋ＋１）フ
レームで第ｍのゲート線が選択されると、この画素電極
の電位はＶ_Dn（ｋ＋１、ｍ）になる。例えばＶＡ液晶を
用いた場合、このデータ線の電圧値Ｖ_Dn（ｋ、ｍ）を０
ＶとＶ_M（図９のγ特性のピーク位置での電圧値）の間
で変化させることにより液晶の透過率（階調）をアナロ
グ的に制御することができる。

【０００９】なお、一般に偶数番目のフレームと奇数番
目のフレームではかならず極性が逆になる。これは、液
晶への印加電圧の直流成分が０Ｖ近辺になるようにして
チャージアップによる電圧−透過率特性のシフトを抑制
するためである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以上のように液晶層へ
の印加電圧によって階調を制御する場合、温度変化や液
晶層のチャージアップ等によってγ特性が変化した場合
に、望み通りの階調が得られず白や黒の表示のつぶれが
生じたり色合いが変化したりするという問題があった。
また、液晶の面内でのγ特性のばらつき（例えば、ラビ
ングスジやセルギャップの不均一性等に起因するもの）
があるために均一な画像が得られないという問題もあっ
た。

【００１１】本発明は、これらの諸問題を解決し、液晶
ライトバルブを用いたプロジェクタや液晶ディスプレイ
などの映像表示装置において、温度による変化や経時変
化のない均一な映像を得ることを目的とする。またγ特
性が直線的となり補正も容易となる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の映像表示装置は、ネマティック相を示す液晶
を主成分とする液晶層と、映像入力信号に応じて前記液
晶層の面内の各々の画素に対して電圧波形を印加する表
示制御手段とを備え、前記表示制御手段が発生する前記
電圧波形の１表示周期は２個以上の電圧変調期間を有
し、前記電圧波形の１表示周期は、各々の前記電圧変調
期間について各々の前記電圧変調期間に属する２個以上
の有限個の単位電圧波形の集合のうちから１つを選ぶこ
とによって構成されたものであることが望ましい。

【００１３】ここで、単位電圧波形は電圧変調期間内に
おいて概略一定電圧の矩形パルスであることが好まし
い。

【００１４】さらに、各々の電圧変調期間について単位
電圧波形は４個あり、第１および第３の単位電圧波形の
電圧は逆極性であり、第２および第４の単位電圧波形の
電圧は逆極性であり、前記第１の単位電圧波形の電圧の
絶対値は前記第２の単位電圧波形の電圧の絶対値よりも
大きく、前記第３の単位電圧波形の電圧の絶対値は前記
第４の単位電圧波形の電圧の絶対値よりも大きく、奇数
番目の表示周期は各々の前記電圧変調期間について前記
第１および第２の単位電圧波形のうちのいずれかを映像
入力信号に応じて選ぶことによって構成され、偶数番目
の表示周期は各々の前記電圧変調期間について前記第３
および第４の単位電圧波形のうちのいずれかを前記映像
入力信号に応じて選ぶことによって構成されることが望
ましい。

【００１５】そして、第１の単位電圧波形を印加したと
きの液晶層の光学的状態と第３の単位電圧波形を印加し
たときの前記液晶層の光学的状態は概略同じであり、第
２の単位電圧波形を印加したときの前記液晶層の光学的
状態と第４の単位電圧波形を印加したときの前記液晶層
の光学的状態は概略同じであることが望ましい。

【００１６】さらに、１表示周期内の電圧変調期間はＭ
個あり（Ｍは２以上の整数）、Ｍ個の前記電圧変調期間
の幅は概略公比１／２の等比数列をなしていることが好
ましい。

【００１７】ここで、映像入力信号は２^M通りあり、２
^M個の映像入力信号を輝度の小さいものから順にＳ₀、
Ｓ₁、・・・Ｓ₂ ^M _-1とし、Ｍ個の電圧変調期間を幅の小
さいものから順にＰ₀、Ｐ₁、・・・、Ｐ_M-1とし、ｊ
＝０、１、・・・、２^M−１について、１表示周期内の
電圧波形の前記電圧変調期間Ｐ_k（ｋ＝０、１、・・
・、Ｍ−１）における単位電圧波形を、ｊを２進数表示
したときの第２^k位が１のときには第１の単位電圧波形
または第３の単位電圧波形とし、０のときには第２の単
位電圧波形または第４の単位電圧波形として構成した前
記電圧波形をＶ_jとするとき、表示制御手段は、前記映
像入力信号Ｓ_i（ｉ＝０、１、・・・、２ ^M−１）に対
して、前記電圧波形Ｖ_iを発生させるものであることが
望ましい。

【００１８】又は、映像入力信号は２^M通りあり、２^M
個の映像入力信号を輝度の小さいものから順にＳ₀、Ｓ
₁、・・・、Ｓ₂ ^M _-1とし、Ｍ個の電圧変調期間を幅の小
さいものから順にＰ₀、Ｐ₁、・・・、Ｐ_M-1とし、ｊ
＝０、１、・・・、２^M−１について、１表示周期内の
電圧波形の前記電圧変調期間Ｐ_k（ｋ＝０、１、・・
・、Ｍ−１）における単位電圧波形を、ｊを２進数表示
したときの第２^k位が１のときには第１の単位電圧波形
又は第３の単位電圧波形とし、０の時には第２の単位電
圧波形又は第４の単位電圧波形として構成した前記電圧
波形をＶ_jとし、前記電圧波形Ｖ_jに対応する液晶層の
透過又は反射光強度の１表示周期にわたる積分値をＩ_j
とするとき、表示制御手段は、前記映像入力信号Ｓ
_i（ｉ＝０、１、・・・、２^M−１）に対していずれか
の整数ｊを対応させてｊ（ｉ）として電圧波形Ｖ_j(i)を
発生させるものであり、かつＩ_j(i)がｉに対して増加関
数になっていることが望ましい。

【００１９】なお、ｎ＝１、２、３、４について、第ｎ
の単位電圧波形の電圧は１表示周期内のすべての電圧変
調期間において概略一定であることが望ましい。

【００２０】また、表示制御手段は表示制御基板と透明
電極基板を備え、液晶層は前記表示制御基板と前記透明
電極基板によって両側から挟まれていて、前記透明電極
基板は全面が等電位であり、Ｖ_SおよびＶ_Bを、Ｖ_S＞
｜Ｖ_B｜≧０を満たす電圧値として、前記透明電極基板
の電位は、第１および第２の単位電圧波形のときには−
Ｖ_Bであり、第３および第４の単位電圧波形のときには
Ｖ_Sであり、前記表示制御基板の電位は、第１および第
４の単位電圧波形のときにはＶ_S−Ｖ_Bであり、第２お
よび第３の単位電圧波形のときには０であることが望ま
しい。

【００２１】そして、液晶は、分子長軸方向の誘電率が
前記分子長軸方向に対して垂直な方向の誘電率よりも小
さい液晶であることが望ましい。

【００２２】また、上記の課題を解決するための本発明
の映像表示装置の駆動方法は、異常軸方向の誘電率が前
記異常軸方向に対して垂直な方向の誘電率よりも小さい
液晶を主成分とする液晶層と、映像入力信号に応じて前
記液晶層の面内の各々の画素に対して電圧波形を印加す
る表示制御手段とを備えた映像表示装置を駆動する方法
において、前記表示制御手段が発生する前記電圧波形の
１表示周期は２個以上の電圧変調期間を有し、前記電圧
波形の１表示周期は、各々の前記電圧変調期間について
各々の前記電圧変調期間に属する２個以上の有限個の単
位電圧波形の集合のうちから１つを選ぶことによって構
成されたものであることが望ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２４】（実施の形態１）まず、簡単のため全面に
１つの電極を形成したサンプルパネル２０６での実験に
ついて述べる。このときの実験系を図２に示す。

【００２５】サンプルパネル２０６は、ガラス基板２０
４上にＡｌ電極２０２を全面に形成して配向膜（図示せ
ず）を塗布して配向処理を行ったものと、別のガラス基
板２０５上にＩＴＯ２０３を形成して同様に配向膜（図
示せず）を塗布して配向処理を行ったものとを、あるギ
ャップを持たせて互いに貼りあわせてその間隙にＶＡ液
晶２０１を注入したものである。ここで、セルギャップ
はｄ＝１．３μｍであり、ＶＡ液晶としてはΔｎ＝−
０．１２のものを用いた。

【００２６】このサンプルパネル２０６を駆動電源２０
７に接続し、光源２０８からの光をフィルタ２０９およ
び偏光ビームスプリッタ２１０を介してサンプルパネル
２０６に入射し、そのときの反射光をフォトディテクタ
２１１で観察する。光源２０８はハロゲンランプを用
い、フィルタ２０９は中心波長がλ＝５４０ｎｍのもの
を用いている。

【００２７】まず、駆動電圧として非常に低周波（〜
０．１Ｈｚ）の三角波を用いてサンプルパネルを駆動さ
せた。このときの駆動電圧をＸＹプロッタのＸ入力と
し、フォトディテクタ２１１で観測される反射光強度を
Ｙ入力としてこれらの関係を図示させた。すると、図９
にあるような正負対称な図形が得られた。このとき、反
射光強度が立ち上がりを始める電圧（閾値電圧）はＶ_T
＝１．９Ｖ、極大になる電圧（最大電圧）はＶ_M＝７．
０Ｖになった。

【００２８】次に、この液晶の応答速度（Ｖ_TからＶ_M
へ、およびＶ_MからＶ_Tへ電圧を変化させたときの反射
光強度の立ち上がり、および立ち下がりの時間）を測定
したところ、約０．５ｍｓｅｃであった。これは通常の
ＴＮ液晶（数ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ）に比べて非常に
速い応答であるが、これはセルギャップが非常に小さい
ためであると考えられる。

【００２９】次に、サンプルパネル２０６を駆動するた
めの図３のような電圧波形について考える。この電圧波
形は１６．６６６７ｍｓｅｃが１つの単位となってい
て、映像表示装置の１表示周期（１フレーム）に相当す
る。１フレームは８個の電圧変調期間Ｐ₇、Ｐ₆、・・
・、Ｐ₁、Ｐ₀と、１個の予備期間（ブランキング）Ｐ
_Bによってこの順に構成されている。そして、８個の電
圧変調期間の幅はＰ₇から順にそれぞれ８ｍｓｅｃ、４
ｍｓｅｃ、２ｍｓｅｃ、１ｍｓｅｃ、０．５ｍｓｅｃ、
０．２５ｍｓｅｃ、０．１２５ｍｓｅｃ、０．０６２５
ｍｓｅｃであり、公比１／２の等比数列になっている。
予備期間の幅は０．７２９２ｍｓｅｃである。

【００３０】奇数番目のフレームにおいては、各電圧変
調期間の電圧はＶ_SまたはＶ_Bであり（Ｖ_S＞Ｖ_B≧
０）、偶数番目のフレームにおいては−Ｖ_Sまたは−Ｖ
_Bである。予備期間の電圧は、奇数番目のフレームはＶ
_Bであり、偶数番目のフレームは−Ｖ_Bである。このよ
うな偶奇反転の電圧波形にすることにより、直流成分を
ほぼ０に近い値にすることができ、経時的な液晶のチャ
ージアップが防げるという効果が得られる。ここではＶ
_Sと−Ｖ_S、あるいはＶ_Bと−Ｖ_Bのように完全に正負
対称であるとしているが、偶奇各フレームで（絶対値が
異なっても）符号だけが逆であればある程度の効果は得
られる。

【００３１】電圧−反射率特性（γ特性）は図９に示さ
れるように正負対称であるので、奇数フレームでのＶ_S
印加時と偶数フレームでの−Ｖ_S印加時では液晶は全く
同じ光学的状態であり、反射光強度は同じになる。Ｖ_B
と−Ｖ_Bについても同様である。このように液晶の光学
的状態が偶奇各フレームで同じにすることにより、表示
のちらつき（フリッカ）をなくすことができる。

【００３２】さて、このような電圧波形は、（奇数フレ
ームおよび偶数フレームそれぞれについて）２⁸＝２５
６通り存在する。ここで、ｊ＝０、１、・・・、２５５
について、ｊを２進数表示したときの８桁の数の各位に
ついて、第２^k位（ｋ＝０、１、・・・、７）の数字が
１の場合には電圧変調期間Ｐ_kの電圧をＶ_S（または−
Ｖ_S）に、０の場合にはＶ_B（または−Ｖ_B）にするこ
とによって得られた電圧波形をＶ_jとする。

【００３３】実際に２５６通りの電圧波形Ｖ_jの各々に
ついてそのときの出力Ｉ_j（反射光強度の１フレームに
わたる積分値に相当）を測定した。電圧値は、Ｖ_S＝
７．０Ｖ、Ｖ_B＝１．５Ｖとした。このときのｊとＩ_j
の関係を図４（ａ）に、０≦ｊ≦３２の部分を拡大した
ものを図４（ｂ）に示す。これによると、数カ所におい
てｊに対する出力Ｉ_jが逆転を起こしているが、概ね線
形に近い関係が得られているのが分かる。

【００３４】ここで、このｊとＩ_jの対応を何度か繰り
返して測定してみたところ、毎回全く同じ関係が得られ
た。また、サンプルパネル２０６の温度を−２０℃〜７
０℃の範囲内で変化させて、この測定を行っても殆ど温
度による差はなかった。

【００３５】また、サンプルパネル２０６の面内のいろ
いろな点で測定を行っても全く同じ特性が得られた。本
方式の駆動の場合、液晶の状態としては本質的に完全に
ＯＮ（±Ｖ_Sに対応）と完全にＯＦＦ（±Ｖ_Bに対応）
の２つしか用いていないために、かりにγ特性の中間調
部に変化（温度、チャージアップ、面内不均一性などに
よる）があっても、その影響が従来のアナログ的な駆動
の場合に比べて現れにくくなっていると考えらえる。

【００３６】いま、２５６階調の映像入力信号を輝度の
小さい方から順にＳ₀、Ｓ₁、・・・、Ｓ₂₅₅とする。
以上の結果は、実際にアクティブマトリクス基板を用い
て液晶表示素子を作った場合に入力信号Ｓ_j（ｊ＝０、
１、・・・、２５５）に対して電圧波形Ｖ_jを発生させ
れば、概ね良好な画像が得られることを示している。

【００３７】次に、ｊ＝１７０（２進数で１０１０１０
１０）の場合について、電圧波形Ｖ ₁₇₀に対する反射光
強度の波形をオシロスコープで観測してみた。このとき
の波形を図５に示す。これによると、上位５つの電圧変
調期間（Ｐ₇〜Ｐ₃）程度はかろうじて電圧波形Ｖ₁₇₀
に追随して応答しているが、下位３つ（Ｐ₂〜Ｐ₀）に
ついては十分に電圧波形Ｖ₁₇₀に追随していない。これ
は、Ｐ₃の幅（０．５ｍｓｅｃ）と液晶の応答速度
（０．５ｍｓｅｃ）が同程度の値であることともつじつ
まがあっている。この応答波形において、Ｐ₂〜Ｐ₀の
部分は不完全な応答ではあるが、この応答を面積として
見れば概ね電圧波形のＰ₂〜Ｐ₀の部分のＶ _Bより上の
部分の面積に比例していて、その結果として図４（ａ）
および（ｂ）のような線形な関係が得られていると考え
られる。

【００３８】なお、液晶の応答速度が電圧変調期間の幅
（０．０６２５ｍｓｅｃ）にくらべて十分小さいという
極限を考えた場合には、反射光強度の波形は電圧波形の
Ｖ_Bより上の部分と完全に一致し、出力Ｉ_jはｊに対し
て完全に線形になると考えられる。これは、各電圧変調
期間の幅が公比０．５の等比数列になっていることによ
って得られる効果であるといえる。

【００３９】なお、応答の遅い液晶に対して、あえて各
電圧変調期間の幅を公比０．５の数列からずらせたもの
にして、より線形性を高めるという方法もあり得る。

【００４０】さて、実際にアクティブマトリクス構造基
板を用いて液晶パネルを構成する場合、図４（ｂ）をも
とにして、逆転が生じている部分でＳ_iとＶ_jの対応を
変えることも可能である。例えば、映像入力信号Ｓ₁₂に
対してＶ₁₁を発生させ、Ｓ₂₄に対してＶ₂₃を発生させ、
Ｓ₂₈に対してＶ₂₇を発生させるという操作を行えば、出
力Ｉ_jは入力信号Ｓ_iに対して増加関数となり、出力の
映像入力信号に対する線形性はより改善される。また、
例えばこの図において、Ｖ₀に対する出力とＶ ₁に対す
る出力が殆ど差がない。これは、Ｓ₀→Ｖ₀、Ｓ₁→Ｖ
₁と対応させれば、黒の階調つぶれが生じることを示し
ている。そこで、例えばＳ₁以降Ｓ_iとＶ_jの対応を１
ずつずらせて、Ｓ₀→Ｖ₀、Ｓ₁→Ｖ₂、Ｓ₂→Ｖ₃、
Ｓ₃→Ｖ ₄、・・・、Ｓ₂₅₄→Ｖ₂₅₅、Ｓ₂₅₅→Ｖ₂₅₅
というような操作を行えば、暗い部分での階調が比較的
忠実に再現されるようになる。

【００４１】ここで、サンプルパネル２０６のＡｌ電極
２０２とＩＴＯ２０３の電位を接地電位を基準として独
立に変化させることを考える。このときの変化のさせ方
の例を（表１）に、実際の波形図を図６に示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】これによると、確かにＡｌ電極２０２の電
位とＩＴＯ２０３の電位の差をとれば図３のような波形
になることがわかる。こうすると、Ａｌ電極の電位が０
とＶ _S−Ｖ_Bの２種のみで済むという利点がある。これ
により、実際にアクティブマトリクス基板で駆動させる
場合に周辺ドライバ回路の構成が簡単になるという利点
が生じる。また、電位が２値のみで済むということはデ
ジタル回路との整合がよいということを意味し、特にＳ
ＲＡＭ基板を用いる場合（後述）に有効になる。

【００４４】なお、ここまでの実験において、Ｖ_Bおよ
びＶ_Sの電圧は必ずしも固定されたものではなく、｜Ｖ
_B｜は０Ｖ〜閾値電圧Ｖ_Tの近傍であってもよく、Ｖ_S
も最大電圧Ｖ_Mの近傍であってもよい。また、場合によ
ってはγ特性曲線が必ずしも極大値を持たないことがあ
るが、そのときは、十分な反射率をもつような電圧値を
Ｖ_Sとすればよい。

【００４５】また、ここでは８ビット階調を例として述
べたが、別に８ビットである必要はなく、２ビット以上
であればいくらでも良い。

【００４６】また、ここでは１フレームの時間は１６．
６６６７ｍｓｅｃとしたが、これは必ずしもこの値であ
る必要はない。

【００４７】また、１フレーム内での電圧変調期間の配
列は必ずしも幅の大きいものから順番である必要はな
く、例えば幅の小さい順に配列することや、あるいはラ
ンダムに配列するのも勿論かまわない。

【００４８】また、以上の実験では１フレーム内におい
て隣り合う電圧変調期間はいずれも時間的に接している
が、別にこれらの間に適当な予備期間（非変調期間；ブ
ランキング）を設けても構わない。

【００４９】また、本実験では１フレーム内の電圧変調
期間の高さはすべて同じとしたが、これもかならずしも
すべて同じである必要はない。ただし、その場合には、
アクティブマトリクスの周辺ドライバ回路の構成がやや
複雑になるという問題が発生しうる。

【００５０】また、各々の電圧変調期間内で必ずしも一
定の電圧である必要はない。ただ、アクティブマトリク
ス駆動を行う場合、一定の電圧にするのが余分な構成を
必要としない最も自然な方法である（厳密には、トラン
ジスタの寄生容量やリーク電流の存在によって、電圧変
調期間内で僅かの電圧の変動はあり得るが、この程度の
変動は無視し、一定の電圧であるとみなして差し支えな
い）。

【００５１】以上の実験は、セルギャップｄ＝１．３μ
ｍ、複屈折Δｎ＝−０．１２、光の波長λ＝５４０ｎｍ
の場合について行ったが、これも必ずしもこれらの値で
ある必要はない。例えば、セルギャップｄは、０．０５
μｍ〜５０μｍの間であればよい。

【００５２】また、以上の実験はすべてＶＡ液晶に対し
て行ったが、ＴＮ液晶、ＳＴＮ（スーパーツイステッド
ネマティック）液晶、ＩＰＳ（面内スイッチング）液
晶、ＧＨ（ゲスト・ホスト）型液晶、高分子分散型液
晶、ホモジニアス液晶、ハイブリッド液晶等のネマティ
ック相液晶に関しても同様のことがいえる。

【００５３】また、以上の実験は反射型の構成で行った
が、これは、透過型の構成でも全く同様に行うことがで
きる。この場合、サンプルパネル２０６のＡｌ電極２０
２の代わりにＩＴＯを用い、このサンプルパネル２０６
を２枚の偏光板で挟んでそのときの透過光強度を測定す
ればよい。ただ、透過型にする場合、ＶＡ液晶のように
複屈折効果を用いるときの変調度が反射型の場合の半分
になるため、効率の低下などが生じる可能性はあり得
る。この点から見れば、反射型の方が望ましい。

【００５４】また、以上においては各電圧変調期間内に
おいて２値論理的に２通りの単位電圧波形（偶奇フレー
ムでの反転を除く）のうちからの選択を行っているが、
あえて３値論理、４値論理的に複数の単位電圧波形のな
かからの選択を行ってもかまわない。

【００５５】（実施の形態２）次に、実際にアクティブ
マトリクス基板を用いて構成した液晶パネルについて述
べる。いま、図１１に示すような透過型のＭ×Ｎアクテ
ィブマトリクス基板（アモルファスＳｉ、または多結晶
Ｓｉなどで形成）と透明電極（ＩＴＯ）基板の間にＶＡ
液晶を注入して液晶パネルを構成し、それぞれの画素を
（実施の形態１）で述べたような電圧波形で駆動する。
このような駆動のタイミングチャートの一例を図１に示
す。

【００５６】これは、第（１、ｎ）画素、第（２、ｎ）
画素、・・・、第（Ｍ、ｎ）画素（ｎ＝１、２、・・
・、Ｎ）の液晶への印加電圧波形であるが、それぞれ
（実施の形態１）で述べた、１フレーム１０１が８個の
電圧変調期間１０２からなる電圧波形がＴ_Sという時間
ずつ遅れながら動作する様子を示している（簡単のた
め、電圧波形としてはいずれも２進数表示で１ＸＸＸ０
１０１である場合について描いてある）。

【００５７】矢印で示してあるのが、その画素の属する
ゲート線１１０３が選択されている瞬間である。これ
は、第ｎのデータ線１１０４はＴ_Sという時間毎に各画
素で発生すべき電圧波形番号（０〜２５５）の２進数表
示時の当該桁の値（０又は１）に応じた電圧値（±
Ｖ_B、又は±Ｖ_S）になっていることを示している。

【００５８】ここで、このような駆動が有効に行われる
ためには、以下の条件が満たされている必要がある。［１］Ｔ_Sという時間内で各画素への充電がほぼ完了す
ること（液晶分子の応答時間は含まない）［２］Ｔ_Sという時間内でＮ個のデータ線１１０４に与
えるべき信号（０、又は１）を求め、それに応じた電圧
値（±Ｖ_B、又は±Ｖ_S）にすること［３］Ｍ・Ｔ_Sが最小の電圧変調期間（Ｐ₀）よりも短
いことこれらの条件は、Ｍ、Ｎが大きいほど満たすのが困難に
なるが、データ処理シフトレジスタの並列処理ビット数
を大きくしたり、トランジスタ自体の充電能力を大きく
したり（すなわち、移動度を大きくしてＲＣ時定数を小
さくする）することによって、大きなＭ、Ｎでも実現可
能になる。

【００５９】Ｍ、Ｎとしては、４〜４００００程度が望
ましい。なお、このようなＭ×Ｎ画素の表示単位をさら
に２次元的に何組か並べれば、より大きな画素数の表示
が行えることは言うまでもない。

【００６０】さて、実際に、Ｍ＝Ｎ＝６４の場合につい
て２５６階調の画像の表示を行ったところ（Ｒ、Ｇ、Ｂ
の３板構成にする）、従来のアナログ階調に比べて均一
性が良く、色合いのムラの少ない映像が得られた。ま
た、長時間動作を行っても色合いや階調特性に変化がな
く、非常に安定な映像が得られた。

【００６１】なお、アクティブマトリクス基板を用いた
パネルにおいても、各画素単位の実際の駆動に当たって
は、（実施の形態１）で述べたことはそのまま適用され
る。

【００６２】（実施の形態３）１画素あたり１トランジ
スタで構成されるアクティブマトリクス基板のかわり
に、結晶Ｓｉ基板上に形成したＣＭＯＳによるＳＲＡＭ
アレイ基板で画素パターンを形成した。このときの回路
の例を図７に示す。この回路は、ゲート線７０３が選択
された瞬間のデータ線７０２の論理値（０または１）が
そのまま画素電極７０１の論理値になるという構成であ
り、基本的な動作は（実施の形態２）でのアクティブマ
トリクス基板と同様に考えることができる。

【００６３】この回路がアクティブマトリクスと異なる
点は、［１］基本的にデジタル回路であり、画素電極電位は２
値（例えば０Ｖと５Ｖ）しかあり得ない。［２］結晶Ｓｉ上の回路であり移動度がアモルファスＳ
ｉや多結晶Ｓｉに比べて格段に大きく高速スイッチング
応答が可能である。［３］アクティブマトリクスの場合はゲート線の非選択
期間には画素電極が電気的に孤立していて電荷を保持す
ることにより電位を一定に保っているが、ＳＲＡＭの場
合は画素電極がゲート線７０３の非選択期間にも常に２
値いずれかの電源供給線に接続されていて、電位を保持
している。このことはまた次のことを意味する。すなわ
ち、アクティブマトリクスの場合にはゲート線の選択期
間内にトランジスタのチャネルを通して液晶を充電して
しまわなければならないが、ＳＲＡＭの場合にはゲート
線７０３の選択期間に画素のＣＭＯＳ回路部７０４のス
イッチングさえ完了すればあとの液晶の充電は選択期間
が終わっても継続することができ、選択期間を短くする
ことができる。［４］Ｓｉ基板上なので、特殊なプロセスを行わない限
り一般には反射型の構成になる。［５］１画素あたりのトランジスタの数が多く構成が複
雑なので微細化対応、歩留まり向上という点ではアクテ
ィブマトリクスには及ばない。などである。

【００６４】このうち、［１］の制限に関しては、先に
（実施の形態１）で述べたＡｌ電極側（ＳＲＡＭ基板
側）とＩＴＯ側の電位を独立に制御する方法を採用する
ことにより解決される。

【００６５】従って、［４］、［５］の僅かの制限を除
けば（実施の形態１）および（実施の形態２）で述べた
ことはほぼすべてより優位に適用することができる。特
に、［２］と［３］の長所があるので先に（実施の形態
２）で述べた３つの条件のうち［１］が不用になり、大
きな画素数に対応することが可能になる。

【００６６】尚、実際にこのＳＲＡＭ基板（例えば１２
８０×１０２４画素）とＶＡ液晶を組み合わせて液晶ラ
イトバルブを形成して、図１の電圧波形で駆動してプロ
ジェクタに組み込んで投写したところ、非常に均一で色
ムラや階調のつぶれがなく、かつ経時的にも安定な映像
が得られた。

【００６７】

【発明の効果】以上のように本発明の映像表示装置およ
びその駆動方法を用いることにより、階調性や色合いが
良好で経時変化や温度による変化が少なく、また面内で
均一な映像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】アクティブマトリクス基板やＳＲＡＭ基板とＶ
Ａ液晶を組み合わせた液晶パネルを駆動するための電圧
波形図

【図２】サンプルパネルの特性測定計の概念図

【図３】サンプルパネルを駆動するための電圧波形の図

【図４】（ａ），（ｂ）各電圧波形に対するサンプルパ
ネルの出力を示すグラフ

【図５】電圧波形１７０に対する反射率の応答波形図

【図６】サンプルパネルのＡｌ電極側とＩＴＯ電極側の
電位を独立に制御するときの電圧波形図

【図７】ＳＲＡＭ基板の画素構造と論理回路を示す図

【図８】ＴＮ液晶の電圧−透過率の関係図

【図９】ＶＡ液晶の電圧−透過率の関係図

【図１０】（ａ），（ｂ）ＶＡ液晶の応答を示す概念図

【図１１】アクティブマトリックス基板の画素構造を示
す図

【図１２】アクティブマトリックス基板における、デー
タ線、ゲート線、および画素電極の電位の関係を示す波
形図

【符号の説明】

１０１１フレーム１０２電圧変調期間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者滝本昭雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ネマティック相を示す液晶を主成分とする
液晶層と、映像入力信号に応じて前記液晶層の面内の各
々の画素に対して電圧波形を印加する表示制御手段とを
備え、前記表示制御手段が発生する前記電圧波形の１表
示周期は２個以上の電圧変調期間を有し、前記電圧波形の１表示周期は、各々の前記電圧変調期間
について各々の前記電圧変調期間に属する２個以上の有
限個の単位電圧波形の集合のうちから１つを選ぶことに
よって構成されたものであることを特徴とする映像表示
装置。
【請求項２】単位電圧波形は電圧変調期間内において概
略一定電圧の矩形パルスであることを特徴とする請求項
１記載の映像表示装置。
【請求項３】ネマティック相を示す液晶を主成分とする
液晶層と、映像入力信号に応じて前記液晶層の面内の各
々の画素に対して電圧波形を印加する表示制御手段とを
備え、前記表示制御手段が発生する前記電圧波形の１表
示周期は２個以上の電圧変調期間を有し、前記電圧波形の１表示周期は、各々の前記電圧変調期間
について各々の前記電圧変調期間に属する２個以上の有
限個の単位電圧波形の集合のうちから１つを選ぶことに
よって構成され、前記単位電圧波形は前記電圧変調期間内において概略一
定電圧の矩形パルスであって、各々の前記電圧変調期間
について単位電圧波形は４個あり、第１および第３の単
位電圧波形の電圧は逆極性であり、第２および第４の単
位電圧波形の電圧は逆極性であり、前記第１の単位電圧波形の電圧の絶対値は前記第２の単
位電圧波形の電圧の絶対値よりも大きく、前記第３の単
位電圧波形の電圧の絶対値は前記第４の単位電圧波形の
電圧の絶対値よりも大きく、奇数番目の表示周期は各々の前記電圧変調期間について
前記第１および第２の単位電圧波形のうちのいずれかを
前記映像入力信号に応じて選ぶことによって構成され、偶数番目の表示周期は各々の前記電圧変調期間について
前記第３および第４の単位電圧波形のうちのいずれかを
前記映像入力信号に応じて選ぶことによって構成される
ことを特徴とする映像表示装置。
【請求項４】第１の単位電圧波形を印加したときの液晶
層の光学的状態と第３の単位電圧波形を印加したときの
前記液晶層の光学的状態は概略同じであり、第２の単位
電圧波形を印加したときの前記液晶層の光学的状態と第
４の単位電圧波形を印加したときの前記液晶層の光学的
状態は概略同じであることを特徴とする請求項３記載の
映像表示装置。
【請求項５】ネマティック相を示す液晶を主成分とする
液晶層と、映像入力信号に応じて前記液晶層の面内の各
々の画素に対して電圧波形を印加する表示制御手段とを
備え、前記表示制御手段が発生する前記電圧波形の１表
示周期は２個以上の電圧変調期間を有し、前記電圧波形の１表示周期は、各々の前記電圧変調期間
について各々の前記電圧変調期間に属する２個以上の有
限個の単位電圧波形の集合のうちから１つを選ぶことに
よって構成され、前記単位電圧波形は前記電圧変調期間内において概略一
定電圧の矩形パルスであって、各々の前記電圧変調期間
について単位電圧波形は４個あり、第１および第３の単
位電圧波形の電圧は逆極性であり、第２および第４の単
位電圧波形の電圧は逆極性であり、前記第１の単位電圧波形の電圧の絶対値は前記第２の単
位電圧波形の電圧の絶対値よりも大きく、前記第３の単
位電圧波形の電圧の絶対値は前記第４の単位電圧波形の
電圧の絶対値よりも大きく、奇数番目の表示周期は各々の前記電圧変調期間について
前記第１および第２の単位電圧波形のうちのいずれかを
前記映像入力信号に応じて選ぶことによって構成され、偶数番目の表示周期は各々の前記電圧変調期間について
前記第３および第４の単位電圧波形のうちのいずれかを
前記映像入力信号に応じて選ぶことによって構成され、前記１表示周期内の前記電圧変調期間はＭ個あり（Ｍは
２以上の整数）、Ｍ個の前記電圧変調期間の幅は概略公
比１／２の等比数列をなしていることを特徴とする映像
表示装置。
【請求項６】映像入力信号は２^M通りあり、２^M個の映
像入力信号を輝度の小さいものから順にＳ₀、Ｓ₁、・
・・、Ｓ₂ ^M _-1とし、Ｍ個の電圧変調期間を幅の小さいも
のから順にＰ₀、Ｐ₁、・・・、Ｐ_M-1とし、ｊ＝０、１、・・・、２^M−１について、１表示周期内
の電圧波形の前記電圧変調期間Ｐ_k（ｋ＝０、１、・・
・、Ｍ−１）における単位電圧波形を、ｊを２進数表示
したときの第２^k位が１のときには第１の単位電圧波形
または第３の単位電圧波形とし、０のときには第２の単
位電圧波形または第４の単位電圧波形として構成した前
記電圧波形をＶ_jとするとき、表示制御手段は、前記映像入力信号Ｓ_i（ｉ＝０、１、
・・・、２^M−１）に対して、前記電圧波形Ｖ_iを発生
させるものであることを特徴とする請求項５記載の映像
表示装置。
【請求項７】映像入力信号は２^M通りあり、２^M個の映
像入力信号を輝度の小さいものから順にＳ₀、Ｓ₁、・
・・、Ｓ₂ ^M _-1とし、Ｍ個の電圧変調期間を幅の小さいも
のから順にＰ₀、Ｐ₁、・・・、Ｐ_M-1とし、ｊ＝０、１、・・・、２^M−１について、１表示周期内
の電圧波形の前記電圧変調期間Ｐ_k（ｋ＝０、１、・・
・、Ｍ−１）における単位電圧波形を、ｊを２進数表示
したときの第２^k位が１のときには第１の単位電圧波形
または第３の単位電圧波形とし、０のときには第２の単
位電圧波形または第４の単位電圧波形として構成した前
記電圧波形をＶ_jとし、前記電圧波形Ｖ_jに対応する液
晶層の透過あるいは反射光強度の１表示周期にわたる積
分値をＩ_jとするとき、表示制御手段は、前記映像入力信号Ｓ_i（ｉ＝０、１、
・・・、２^M−１）に対していずれかの整数ｊを対応さ
せてｊ（ｉ）として電圧波形Ｖ_j(i)を発生させるもので
あり、かつＩ_j(i)がｉに対して増加関数になっているこ
とを特徴とする請求項５記載の映像表示装置。
【請求項８】ｎ＝１、２、３、４について、第ｎの単位
電圧波形の電圧は１表示周期内のすべての電圧変調期間
において概略一定であることを特徴とする請求項３記載
の映像表示装置。
【請求項９】表示制御手段は表示制御基板と透明電極基
板を備え、液晶層は前記表示制御基板と前記透明電極基
板によって両側から挟まれていて、前記透明電極基板は
全面が等電位であり、Ｖ_SおよびＶ_Bを、Ｖ_S＞｜Ｖ_B
｜≧０を満たす電圧値として、前記透明電極基板の電位
は、第１および第２の単位電圧波形のときには−Ｖ_Bで
あり、第３および第４の単位電圧波形のときにはＶ_Sで
あり、前記表示制御基板の電位は、第１および第４の単
位電圧波形のときにはＶ_S−Ｖ_Bであり、第２および第
３の単位電圧波形のときには０であることを特徴とする
請求項３記載の映像表示装置。
【請求項１０】液晶は、分子長軸方向の誘電率が前記分
子長軸方向に対して垂直な方向の誘電率よりも小さい液
晶であることを特徴とする請求項１記載の映像表示装
置。
【請求項１１】異常軸方向の誘電率が前記異常軸方向に
対して垂直な方向の誘電率よりも小さい液晶を主成分と
する液晶層と、映像入力信号に応じて前記液晶層の面内
の各々の画素に対して電圧波形を印加する表示制御手段
とを備えた映像表示装置を駆動する方法であって、前記表示制御手段が発生する前記電圧波形の１表示周期
は２個以上の電圧変調期間を有し、前記電圧波形の１表
示周期は、各々の前記電圧変調期間について各々の前記
電圧変調期間に属する２個以上の有限個の単位電圧波形
の集合のうちから１つを選ぶことによって構成されたも
のであることを特徴とする映像表示装置の駆動方法。