JPWO2005122126A1 - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

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Abstract

複数の画素夫々に対応して、電圧印加を制御するTFTと、TFTに接続されたコンデンサ(蓄積容量)とを有する液晶表示装置にあって、各画素に画素データに応じた電圧が印加された後に、コンデンサ(蓄積容量)の一方の電位を変化させる。Nライン目のコンデンサ(蓄積容量)の一方の端子が(N−1)ライン目のTFTのゲート線に接続されており、Nライン目のTFTのゲートをオフした後に、(N−1)ライン目のゲート電圧を変化させる。

Description

本発明は、液晶表示装置及びその駆動方法に関し、特に、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子を用いるアクティブ駆動型の液晶表示装置及びその駆動方法に関する。
近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ,PDA(Personal Digital Assistants)等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。このような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源(バックライト)からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しなくて視認性に劣るため、特に、フルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に、カラーフィルタを用いた透過型のカラー液晶表示装置が使用されている。
カラー液晶表示装置は、現在、TFTなどのスイッチング素子を用いたアクティブ駆動のものが広く使用されている。このTFT駆動の液晶表示装置は、表示品質は比較的高いが、液晶パネルの光透過率が現状では数%と低いので、高い画面輝度を得るためには高輝度のバックライトが必要になる。このため、バックライトによる消費電力が大きくなってしまう。また、液晶の電界に対する応答性が低く、応答速度、特に中間調における応答速度が遅いという問題がある。また、カラーフィルタを用いたカラー表示であるため、1画素を3個の副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であり、その表示色純度も十分ではない。
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している(例えば、非特許文献1,2,3など参照)。このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精細度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性(2ms以下)が必須である。
そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて100〜1000倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のTFT等のスイッチング素子による駆動を研究開発している(例えば、特許文献1など参照)。自発分極を有する強誘電性液晶では、液晶分子が基板に対して略平行に並んでおり、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向が変化する。そして、強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した2枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。
特開平11−119189号公報 吉原敏明,他(T.Yoshihara, et. al.):アイエルシーシー98 (ILCC 98) P1-074 1998年発行 吉原敏明,他(T.Yoshihara, et. al.):エーエム−エルシーディ’99ダイジェストオブテクニカルペーパーズ (AM-LCD'99 Digest of Technical Papers,) 185頁 1999年発行 吉原敏明,他(T.Yoshihara, et. al.):エスアイディ’00ダイジェストオブテクニカルペーパーズ (SID'00 Digest of Technical Papers,)1176頁 2000年発行
フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、前述したように、カラーフィルタ方式の液晶表示装置に比べて、光利用効率が高くて消費電力が少なくて済むという利点を有するが、より一層の低消費電力化を図るために、また、ドライバICによる駆動電圧の制限から、駆動電圧の低減化が求められている。液晶材料へ印加できる駆動電圧の制限はあるが、ドライバICは一般的にその駆動電圧が低いほどそのコストは低くなるため、コスト面でも駆動電圧の低減化が望まれている。
このような低消費電力化及び駆動電圧低減化の要求は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置においても同様である。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、駆動電圧の低減化を図ることができ、この結果、低消費電力化を実現できると共に、コストが安い低出力電圧のドライバICを用いても液晶材料の駆動を行えて低コスト化を実現できる液晶表示装置及びその駆動方法を提供することを目的とする。
第1発明に係る液晶表示装置は、複数の基板にて形成された空隙内に液晶材料が封入されており、複数の画素夫々に対応して、前記液晶材料に対する電圧印加を制御するスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続されたコンデンサとを前記基板に有する液晶表示装置において、前記液晶材料に対して電圧印加がなされた後に、前記コンデンサの一方の電位を変化させる手段を備えることを特徴とする。
第8発明に係る液晶表示装置の駆動方法は、複数の基板にて形成された空隙内に液晶材料が封入されており、複数の画素夫々に対応して、前記液晶材料に対する電圧印加を制御するスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続されたコンデンサとを前記基板に有する液晶表示装置を駆動する方法において、前記液晶材料に対して電圧印加がなされた後に、前記コンデンサの一方の電位を変化させることを特徴とする。
第1発明及び第8発明にあっては、画素の液晶材料へ画素データに応じた電圧を印加した後に、コンデンサ(蓄積容量)の一方の電位を変化させる。これにより、蓄積容量と液晶容量との電荷の分配が起こり、この電荷の分配に伴う変化電圧を画素の液晶材料に印加することができる。よって、ドライバICによるデータ電圧よりも大きな画素電圧が液晶材料に印加され得る。
第2発明に係る液晶表示装置は、前記複数の画素はマトリクス状に配されており、Nライン目の前記コンデンサの一方の端子が(N−1)ライン目の前記スイッチング素子のゲート線に接続されていることを特徴とする。
第3発明に係る液晶表示装置は、(N−1)ライン目でのゲート電圧の変化を、Nライン目のゲートオフから所定時間経過後に行うようにしたことを特徴とする。
第9発明に係る液晶表示装置の駆動方法は、前記複数の画素はマトリクス状に配されていて、Nライン目の前記コンデンサの一方の端子が(N−1)ライン目の前記スイッチング素子のゲート線に接続されており、(N−1)ライン目でのゲート電圧の変化を、Nライン目のゲートオフから所定時間経過後に行うことを特徴とする。
第2,第3発明及び第9発明にあっては、第1発明及び第8発明においてコンデンサ(蓄積容量)の一方の電位を変化させるための具体的な手法を提供する。Nライン目のコンデンサの一方の端子が(N−1)ライン目のスイッチング素子のゲート線に接続されている回路構成を利用して、Nライン目のゲートオフから所定時間経過後に(N−1)ライン目でのゲート電圧を変化させて、コンデンサ(蓄積容量)の一方の電位を変化させる。よって、容易に画素電圧を調整できる。
この場合、前記所定時間は0であっても良い。所定時間を0とする場合、つまり、Nライン目のゲートオフ直後に(N−1)ライン目でのゲート電圧を変化させる場合には、ドライバICによる画素への電荷の注入とゲート電圧の変化に伴う電荷の分配とを確実に行える。
第4発明に係る液晶表示装置は、前記所定時間が、前記液晶材料に対する電圧印加に要する時間に略等しいことを特徴とする。
第4発明にあっては、Nライン目のゲートオフから1サブフレームまたは1フレームにおける1回あたりのデータ書込みに要する走査時間が経過した後に、(N−1)ライン目でのゲート電圧を変化させる。よって、電圧印加後の時間経過に伴って画素電圧が低下する液晶表示装置にあって、ゲート電圧のみの走査により画素電圧を増加できるため、光透過率の向上を図れる。
第5発明に係る液晶表示装置は、前記液晶材料が、自発分極を有する液晶材料であることを特徴とする。
第5発明にあっては、液晶材料が自発分極を呈する。自発分極を有する液晶材料を使用するため、高速応答が可能となって、高い動画表示特性が得られ、また、フィールド・シーケンシャル方式の表示を行える。特に、自発分極値が小さい強誘電性液晶材料を使用することにより、TFTなどのスイッチング素子による駆動が容易となる。
第6発明に係る液晶表示装置は、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うことを特徴とする。
第6発明にあっては、複数色の光を経時的に切り換えるフィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う。よって、高精細、高色純度、高速応答性を有するカラー表示が可能である。
第7発明に係る液晶表示装置は、カラーフィルタ方式にてカラー表示を行うことを特徴とする。
第7発明にあっては、カラーフィルタを用いるカラーフィルタ方式にてカラー表示を行う。よって、容易にカラー表示を行える。
本発明の液晶表示装置では、画素の液晶材料へ画素データに応じた電圧を印加した後に、その画素におけるコンデンサ(蓄積容量)の一方の電位を変化させるようにしたので、蓄積容量と液晶容量との電荷の分配に伴う変化電圧を画素の液晶材料に印加することができて、駆動電圧の低減を図ることができ、この結果、低消費電力化を実現できると共に、コストが安い低駆動電圧のドライバICを用いても液晶材料の駆動を行えて低コスト化を実現することができる。
液晶パネルの透過回路を示す図である。 データ電圧及びゲート電圧を示すタイミングチャートである。 第1実施の形態(フィールド・シーケンシャル方式)による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。 第1実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。 第1実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。 液晶材料の電気光学応答特性の一例(ハーフV字状特性)を示す図である。 実施例1の液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図である。 実施例1の液晶表示装置のデータ電圧及びゲート電圧を示すタイミングチャートである。 実施例1の液晶表示装置におけるデータ電圧/透過光強度特性を示すグラフである。 実施例2の液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図である。 実施例2の液晶表示装置のデータ電圧及びゲート電圧を示すタイミングチャートである。 実施例2の液晶表示装置におけるデータ電圧/透過光強度特性を示すグラフである。 第2実施の形態(カラーフィルタ方式)による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。 第2実施の形態による液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。 第2実施の形態による液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。 第2実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスを示す図である。
符号の説明
2 ガラス基板
3 共通電極
4 ガラス基板
13 液晶層
21 液晶パネル
22 バックライト
31 制御信号発生回路
32 データドライバ
33 スキャンドライバ
34 基準電圧発生回路
40 画素電極
41 TFT
42 データ線
43 ゲート線
44 液晶セル
45 コンデンサ
50 駆動部
60 カラーフィルタ
本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
まず、本発明の概要について図1及び図2を用いて説明する。図1は、液晶パネルの等価回路を示す図である。ガラス基板上に、液晶セル44(容量CLC)とTFT41とコンデンサ45(蓄積容量CS )とを組み合わせて、1つの画素が構成されている。コンデンサ45は、各画素に蓄積される電荷量を多くするために設けられている。
Nライン目のTFT41のゲートは、スキャンドライバ(図示せず)に連なるNライン目のゲート線43に接続されており、TFT41をオン/オフ制御するためのゲート電圧Vg (N)がゲート線43を介して印加される。また、TFT41のソースは、データドライバ(図示せず)に連なるデータ線42に接続されており、表示すべき画素データに応じたデータ電圧Vs がデータ線42を介して印加される。液晶セル44の一方の端子は、TFT41のドレインに接続され、その他方の端子は共通電位になっている。Nライン目のコンデンサ45の一方の端子は、(N−1)ライン目のゲート線43に接続され、その他方の端子は、Nライン目のTFT41のドレインに接続されている。この液晶パネルで使用するガラス基板は、Nライン目のコンデンサ45の一方の端子が(N−1)ライン目のゲート線43に接続されているCS オンゲート型の基板である。
図2は本発明の駆動方法を説明するためのデータ電圧Vs 並びにゲート電圧Vg (N)及びVg (N−1)を示すタイミングチャートである。
本発明では、表示用の画素データに応じたデータ電圧が画素に印加された後に、コンデンサ45の一方の電位を変化させる。具体的には、データ電圧Vs が印加されてNライン目のTFT41がオフとなったタイミング(ゲート電圧Vg (N)が反転したタイミング)から所定時間t後に、ゲート電圧Vg (N−1)をΔVg だけ変化させる。このΔVg の影響により、液晶セル44(容量CLC)とコンデンサ45(蓄積容量CS )とで電荷の分配が行われ、電荷の分配によって液晶セル44に印加される電圧(画素電圧Vp )は変化する。このときの画素電圧Vp の具体的な値は、下記(1)で表される。
Vp =Vs ±ΔVg {CS /(CS +CLC)} …(1)
従って、データドライバによるデータ電圧Vs よりも大きな電圧を液晶材料に印加することが可能となり、駆動電圧(データドライバのデータ電圧Vs )を低減できる。よって、安価である低出力電圧のドライバICを利用でき、コストの低減化を図れる。なお、スキャンドライバとしては、少なくとも3値の電圧を出力できるドライバICを用いれば良い。
TFT41をオフとした後にコンデンサ45の一方の電位を変化させるタイミングは、TFT41のオフ直後も含めて任意であって良い。ゲートオフ直後に変化させる場合(t=0)には、データドライバによる画素への電荷の注入とゲート電圧の変化に伴う電荷の分配とを確実に行うことができる。また、1サブフレームまたは1フレームにおける1回あたりのデータ書込みに要する走査時間がゲートオフから経過した後に、電位を変化させる場合には、電圧印加後の時間経過に伴って画素電圧が低下する際に、ゲート電圧のみの走査により画素電圧を増加できるので、光透過率の向上を図ることができる。
(第1実施の形態)
図3は本発明の第1実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図4は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、図5は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第1実施の形態は、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行う液晶表示装置である。
図3において、21,22は図4に断面構造が示されている液晶パネル,バックライトを示している。バックライト22は、図4に示されているように、LEDアレイ7と導光及び光拡散板6とで構成されている。図4,図5で示されているように、液晶パネル21は上層(表面)側から下層(背面)側に、偏光フィルム1,ガラス基板2,共通電極3,ガラス基板4,偏光フィルム5をこの順に積層して構成されており、ガラス基板4の共通電極3側の面にはマトリクス状に配列された画素電極40,40…が形成されている。
これら共通電極3及び画素電極40,40…間にはデータドライバ32及びスキャンドライバ33等よりなる駆動部50が接続されている。データドライバ32は、データ線42を介してTFT41と接続されており、スキャンドライバ33は、ゲート線43を介してTFT41と接続されている。TFT41はスキャンドライバ33からゲート線43を介して送られるゲート電圧によりオン/オフ制御される。また個々の画素電極40,40…は、TFT41に接続されている。そのため、データ線42及びTFT41を介して与えられるデータドライバ32からの信号(データ電圧)により、個々の画素の透過光強度が制御される。
ガラス基板4上の画素電極40,40…の上面には配向膜12が、共通電極3の下面には配向膜11がそれぞれ配置され、これらの配向膜11,12間に液晶物質が充填されて液晶層13が形成される。なお、14は液晶層13の層厚を保持するためのスペーサである。
バックライト22は、液晶パネル21の下層(背面)側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板6の端面に臨ませた状態でLEDアレイ7が備えられている。このLEDアレイ7は、導光及び光拡散板6と対向する面に3原色、即ち赤,緑,青の各色を発光するLED素子を1チップとした1または複数個のLEDを有する。そして、赤,緑,青の各サブフレームにおいては赤,緑,青のLED素子をそれぞれ点灯させる。導光及び光拡散板6はこのLEDアレイ7の各LEDからの光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。
この液晶パネル21と、赤,緑,青の時分割発光が可能であるバックライト22とを重ね合わせる。このバックライト22の点灯タイミング及び発光色は、液晶パネル21に対する表示データに基づくデータ走査に同期して制御される。
図3において、31は、パーソナルコンピュータから同期信号SYNが入力され、表示に必要な各種の制御信号CSを生成する制御信号発生回路である。画像メモリ部30からは画素データPDが、データドライバ32へ出力される。画素データPD、及び、印加電圧の極性を変えるための制御信号CSに基づき、データドライバ32を介して液晶パネル21には電圧が印加される。
また制御信号発生回路31からは制御信号CSが、基準電圧発生回路34,データドライバ32,スキャンドライバ33及びバックライト制御回路35へそれぞれ出力される。基準電圧発生回路34は、基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ32へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ33へそれぞれ出力する。液晶パネル21の等価回路は、前述した図1に示す通りである。データドライバ32は、画像メモリ部30からの画素データPDと制御信号発生回路31からの制御信号CSとに基づいて、画素電極40のデータ線42に対して信号(データ電圧)を出力する。この信号の出力に同期して、スキャンドライバ33は、画素電極40のゲート線43をライン毎に順次的に走査する。また、図1に示すように、(N−1)ライン目のゲート線43にNライン目のコンデンサ45の一方の端子が接続されており、Nライン目のTFT41がオフとなった後に、ゲート電圧Vg (N−1)をΔVg だけ変化させ、その変化させた電圧をコンデンサ45の一方の端子に印加するようになっている(図2)。また、バックライト制御回路35は、駆動電圧をバックライト22に与えて、バックライト22から赤色光,緑色光,青色光をそれぞれ発光させる。
次に、液晶表示装置の動作について説明する。パーソナルコンピュータから画像メモリ部30へ表示用の画素データPDが入力され、画像メモリ部30は、この画素データPDを一旦記憶した後、制御信号発生回路31から出力される制御信号CSを受け付けた際に、この画素データPDを出力する。制御信号発生回路31で発生された制御信号CSは、データドライバ32と、スキャンドライバ33と、基準電圧発生回路34と、バックライト制御回路35とに与えられる。基準電圧発生回路34は、制御信号CSを受けた場合に基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ32へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ33へそれぞれ出力する。
データドライバ32は、制御信号CSを受けた場合に、画像メモリ部30から出力された画素データPDに基づいて、画素電極40のデータ線42に対して信号(データ電圧)を出力する。スキャンドライバ33は、制御信号CSを受けた場合に、画素電極40のゲート線43をライン毎に順次的に走査する。データドライバ32からの信号(データ電圧)Vs 及びスキャンドライバ33からのゲート電圧Vg に従ってTFT41が駆動し、画素電極40に電圧が印加され、画素の透過光強度が制御される。バックライト制御回路35は、制御信号CSを受けた場合に駆動電圧をバックライト22に与えてバックライト22のLEDアレイ7が有している赤,緑,青の各色のLED素子を時分割して発光させて、経時的に赤色光,緑色光,青色光を順次発光させる。このように、液晶パネル21への入射光を出射するバックライト22(LEDアレイ7)の点灯制御と液晶パネル21に対する複数回のデータ走査とを同期させてカラー表示を行っている。
以下、具体的な実施例について説明する。
実施例.1
画素電極40,40…(画素数640×480,対角3.2インチ)を有するTFT基板と共通電極3を有するガラス基板2とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して200℃で1時間焼成することにより、約200Åのポリイミド膜を配向膜11,12として成膜した。更に、これらの配向膜11,12をレーヨン製の布でラビングし、ラビング方向が平行となるようにこれらの2枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径1.6μmのシリカ製のスペーサ14でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜11,12間に、図6に示すようなハーフV字状の電気光学応答特性を示すナフタレン系液晶を主成分とする強誘電性液晶材料(例えば、A.Mochizuki,et.al. :Ferroelectrics,133,353(1991) に開示された材料)を封入して液晶層13とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは10nC/cm2 であった。また、各画素における液晶容量CLCと蓄積容量CS との比率CS /CLCが略1.0になるように、コンデンサ45の蓄積容量CS の値を設計した。なお、液晶容量CLCは自発分極がほとんど影響を及ぼさない10kHzの値を用いた。作製したパネルをクロスニコル状態の2枚の偏光フィルム1,5で挟んで液晶パネル21とし、強誘電性液晶分子の長軸方向が一方に傾いたときに暗状態になるようにした。
このようにして作製した液晶パネル21と、赤,緑,青の単色面発光スイッチングが可能なLEDアレイ7を光源としたバックライト22とを重ね合わせ、図7に示すような駆動シーケンスに従って、フィールド・シーケンシャル方式によるカラー表示を行った。 フレーム周波数を60Hzとして、1つのフレーム(期間:1/60s)を3つのサブフレーム(期間:1/180s)に分割し、図7(a)に示すように、例えば1フレーム内の第1番目のサブフレームにおいて赤色の画像データの2回の書込み走査を行い、次の第2番目のサブフレームにおいて緑色の画像データの2回の書込み走査を行い、最後の第3番目のサブフレームにおいて青色の画像データの2回の書込み走査を行う。各サブフレームでの2回のデータ走査において、1回目(前半)のデータ走査時には、0Vを含む明るい表示が得られる極性側の電圧を画素データに応じて各画素の液晶に印加し、2回目(後半)のデータ走査時には、1回目のデータ走査時の印加電圧とは極性が反対で実質的に等しい大きさの電圧を各画素の液晶に印加した。この結果、2回目のデータ走査時において、1回目のデータ走査時と比較して、実質的に黒表示とみなせる暗い表示を得た。
また、各サブフレームの1回目,2回目のデータ走査に対して、図8のタイミングチャートに示すように、Nライン目のゲートオフ直後に(N−1)ライン目のゲート電圧Vg (N−1)をΔVg (具体的に2V)だけ変化させた(図7(a)の1回目,2回目のゲート走査)。よって、ゲートオフ直後にゲート電圧を変化させるため、データ走査による画素への電荷の注入とゲート電圧の変化に伴う電荷の分配とを確実に行うことができる。
一方、バックライト22の赤,緑,青各色の点灯は、図7(b)に示すように制御した。各サブフレームにおいて、1回目のデータ走査開始から2回目のデータ走査終了までの間でバックライト22を点灯した。
図9に、このように実施例1でゲート電圧を変化させた場合におけるデータ電圧と白色表示における透過光強度との関係を示す。また、対照のために、このようなゲート電圧の変化を行わなかった場合におけるデータ電圧と白色表示における透過光強度との関係も、図9に併せて示す。図9の結果から、同一の透過光強度を得る際に、ゲート電圧を変化させた場合ではデータ電圧を約1V低減できていることが分かる。
実施例1のようにゲート電圧を変化させる駆動方法と、従来のようにゲート電圧を変化させない駆動方法とにより、各種の表示状態で映像を表示したところ、何れの駆動方法においても、表示色純度、動画表示特性及び精細度に優れた高品質の表示を実現できた。
実施例.2
画素電極40,40…(画素数640×480,対角3.2インチ)を有するTFT基板と共通電極3を有するガラス基板2とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して200℃で1時間焼成することにより、約200Åのポリイミド膜を配向膜11,12として成膜した。更に、これらの配向膜11,12をレーヨン製の布でラビングし、ラビング方向が平行となるようにこれらの2枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径1.6μmのシリカ製のスペーサ14でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜11,12間に、図6に示すようなハーフV字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料(クラリアントジャパン製:R2301)を封入して液晶層13とした。封入した液晶材料の自発分極の大きさは6nC/cm2 であった。そして、封入後、コレステリック相からカイラルスメクチックC相の転移点を挟んで3VのDC電圧を印加することで、一様な液晶配向状態を実現した(配向処理)。また、各画素における液晶容量CLCと蓄積容量CS との比率CS /CLCが略1.5になるように、コンデンサ45の蓄積容量CS の値を設計した。なお、液晶容量CLCは自発分極がほとんど影響を及ぼさない10kHzの値を用いた。作製したパネルをクロスニコル状態の2枚の偏光フィルム1,5で挟んで液晶パネル21とし、強誘電性液晶分子の長軸方向が一方に傾いたときに暗状態になるようにした。
このようにして作製した液晶パネル21と、赤,緑,青の単色面発光スイッチングが可能なLEDアレイ7を光源としたバックライト22とを重ね合わせ、図10に示すような駆動シーケンスに従って、フィールド・シーケンシャル方式によるカラー表示を行った。
実施例2における画像データの書込み走査は、実施例1の場合(図7(a))と同様であり、各サブフレームにおいて極性が異なる2回の書込み走査を行った(図10(a))。
また、各サブフレームの1回目,2回目のデータ走査に対して、図11のタイミングチャートに示すように、Nライン目のゲートオフから所定時間後に(N−1)ライン目のゲート電圧Vg (N−1)をΔVg (具体的に3V)だけ変化させた(図10(a)の1回目,2回目のゲート走査)。この例では、上記所定時間を、サブフレームにおける1回あたりのデータ走査に要する時間(具体的に約1.4ms)としている。よって、電圧印加後の時間経過に伴って画素電圧が低下する液晶表示装置にあって、ゲート電圧のみの走査により画素電圧を増加できるため、光透過率の向上を図ることができる。
なお、バックライト22の赤,緑,青各色の点灯期間は、実施例1の場合(図7(b))と同様であり、1回目(前半)のデータ走査開始から2回目(後半)のデータ走査終了までの間とした(図10(b))。
図12に、このように実施例2でゲート電圧を変化させた場合におけるデータ電圧と白色表示における透過光強度との関係を示す。また、対照のために、このようなゲート電圧の変化を行わなかった場合におけるデータ電圧と白色表示における透過光強度との関係も、図12に併せて示す。図12の結果から、同一の透過光強度を得る際に、ゲート電圧を変化させた場合ではデータ電圧を約1.5V低減できていることが分かる。
実施例2のようにゲート電圧を変化させる駆動方法と、従来のようにゲート電圧を変化させる駆動方法とにより、各種の表示状態で映像を表示したところ、何れの駆動方法においても、表示色純度、動画表示特性及び精細度に優れた高品質の表示を実現できた。
(第2実施の形態)
図13は本発明の第2実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図14は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、並びに、図15は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。第2実施の形態は、カラーフィルタ方式にてカラー表示を行う液晶表示装置である。図13〜図15において、図3〜図5と同一または同様な部分には同一番号を付している。
共通電極3には、3原色(R,G,B)のカラーフィルタ60,60…が設けられている。また、バックライト22は、白色光を出射する1つまたは複数の白色光源素子を備えた白色光源70と導光及び光拡散板6とから構成されている。このようなカラーフィルタ方式の液晶表示装置にあっては、白色光の時分割発光が可能な白色光源70からの白色発光を複数色のカラーフィルタ60で選択的に透過させることにより、カラー表示を行う。
図16は、第2実施の形態による液晶表示装置の駆動シーケンスの一例を示しており、図16(a)は液晶パネル21の各ラインの走査タイミング、図16(b)はバックライト22の点灯タイミングを示す。図16(a)に示すように、液晶パネル21に対して、各フレーム中に2回の画像データの書込み走査を行う。1回目のデータ書込み走査にあっては、明るい表示を実現できる極性でのデータ書込み走査を行い、2回目のデータ書込み走査では、1回目のデータ書込み走査とは極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧が印加される。
また、各フレームの1回目,2回目のデータ走査に対して、Nライン目のゲートオフから所定時間後に(N−1)ライン目のゲート電圧Vg (N−1)を変化させる(図16(a)の1回目,2回目のゲート走査)。この所定時間は、実施例1のように0であっても良いし、実施例2のようにフレームにおける1回あたりのデータ走査に要する時間(具体的に4.2ms)であっても良い。
バックライト22の点灯期間は、各フレームにおいて1回目(前半)のデータ走査開始から2回目(後半)のデータ走査終了までの間とする(図16(b))。
なお、上述した例では、(N−1)ライン目のゲート線にNライン目のコンデンサが接続しているCs オンゲートのTFT基板を用いるようにしたが、TFTとは独立したコンデンサ用固有の配線(バス)を有するような液晶表示装置にあっても、表示用の画素データに応じたデータ電圧が画素に印加された後に、その配線(バス)を走査して、その画素のコンデンサ(蓄積容量)の一方の電位を調整するような場合には、同様の効果を奏する。
また、データ電圧が画素に印加された後に、コンデンサ(蓄積容量)の一方の電位を変化させるタイミングは、データ電圧の印加完了後であれば、何れのタイミングであっても良い。
また、自発分極を示す強誘電液晶材料を用いる場合を例として説明したが、自発分極を示す他の液晶材料、例えば反強誘電液晶材料を用いる場合、または、自発分極を示さないネマチック液晶材料を用いるときでも、駆動表示方式が同様である場合には、強誘電液晶材料の場合と同様の効果が得られることは言うまでもない。
更に、透過型の液晶表示装置について説明したが、反射型または半透過型の液晶表示装置においても、本発明を同様に適用できる。反射型または半透過型の液晶表示装置の場合、バックライトなどの光源を用いなくても表示可能であるため、消費電力が少なくて済む。

Claims (9)

  1. 複数の基板にて形成された空隙内に液晶材料が封入されており、複数の画素夫々に対応して、前記液晶材料に対する電圧印加を制御するスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続されたコンデンサとを前記基板に有する液晶表示装置において、前記液晶材料に対して電圧印加がなされた後に、前記コンデンサの一方の電位を変化させる手段を備えることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記複数の画素はマトリクス状に配されており、Nライン目の前記コンデンサの一方の端子が(N−1)ライン目の前記スイッチング素子のゲート線に接続されていることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  3. (N−1)ライン目でのゲート電圧の変化を、Nライン目のゲートオフから所定時間経過後に行うようにしたことを特徴とする請求項2記載の液晶表示装置。
  4. 前記所定時間は、前記液晶材料に対する電圧印加に要する時間に略等しいことを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。
  5. 前記液晶材料は、自発分極を有する液晶材料であることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つに記載の液晶表示装置。
  6. フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つに記載の液晶表示装置。
  7. カラーフィルタ方式にてカラー表示を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一つに記載の液晶表示装置。
  8. 複数の基板にて形成された空隙内に液晶材料が封入されており、複数の画素夫々に対応して、前記液晶材料に対する電圧印加を制御するスイッチング素子と、該スイッチング素子に接続されたコンデンサとを前記基板に有する液晶表示装置を駆動する方法において、前記液晶材料に対して電圧印加がなされた後に、前記コンデンサの一方の電位を変化させることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
  9. 前記複数の画素はマトリクス状に配されていて、Nライン目の前記コンデンサの一方の端子が(N−1)ライン目の前記スイッチング素子のゲート線に接続されており、(N−1)ライン目でのゲート電圧の変化を、Nライン目のゲートオフから所定時間経過後に行うことを特徴とする請求項8記載の液晶表示装置の駆動方法。
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