(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１フレーム時間より速い応答速度を有する液晶表示素子において、１フレームが、奇数フィールドと偶数フィールドとにより構成され、奇数フィールドで所定の階調電圧データを複数回書き込み、次いで、偶数フィールドで階調電圧の極性を反転した階調電圧データを複数回書き込むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項２】
１フレーム時間より速い応答速度を有する液晶表示素子において、階調電圧の極性が所定周期で反転する階調電圧データで１フレーム内に複数回データを書き込むことを特徴とする液晶表示素子の駆動方法。
【請求項３】
走査線群を複数個のブロックに分割し、複数個のブロックを同時に走査することを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子の駆動方法。
【請求項４】
１フレームが、複数の色に応じて複数のサブフィールドに分割され、各サブフィールド内で各色のデータが順次表示されるカラーフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法であって、各色の駆動方法が請求項３に記載の液晶表示素子の駆動方法によることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項５】
液晶表示装置を構成する液晶表示素子が、請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の液晶表示素子の駆動方法により駆動されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
１フレーム中に複数色の情報が順次表示されるカラーフィールドシーケンシャル液晶表示装置であって、請求項４に記載の液晶表示装置の駆動方法により駆動されることを特徴とするカラーフィールドシーケンシャル液晶表示装置。
【請求項７】
請求項６記載の液晶表示装置を用いた反射型フィールドシーケンシャル・プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示素子の駆動方法及び液晶表示装置に関し、更に詳細には、高コントラスト及び高輝度で、かつ電気的な非対照性の影響のない液晶表示素子の駆動方法、及び液晶表示素子がそのような駆動方法により駆動される液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、高性能液晶ディスプレイの主流は、ネマチック液晶を用いるＴＮ（ツイステッドネマチック）モードあるいはＩＰＳ（イン・プレーン・スイッチング）モードのＴＦＴ（薄膜トランジスタ）方式のアクティブマトリクス液晶表示装置である。これらのアクティブマトリクス液晶表示装置では、通常、画像信号が３０Ｈｚで正負の書込みをするために、６０Ｈｚで書き換えられ、１フィールドの時間は、約１６．７ｍｓ（ミリ秒）である（正負双方のフィールドの合計時間は１フレームと呼ばれ約３３．３ｍｓである）。一方、液晶の応答速度は、現在、最も速いものでも、このフレーム時間、即ち３３．３ｍｓ程度である。このため、動画からなる映像信号を表示する場合や、高速なコンピュータ画像を表示する場合には、現在のフレーム時間より速い液晶の応答速度が必要とされる。
【０００３】
ところで、更なる高精細化を目指すために、液晶表示装置の照明光であるバックライトを、赤・緑・青と時間的に切り替えるフィールドシーケンシャル・カラー液晶表示装置も検討されている。この方式では、カラーフィルタを空間的に配置する必要が無いので、従来の３倍の高精細化が可能である。フィールドシーケンシャル・カラー液晶表示装置では、１フィールドの１／３の時間で１色を表示する必要があるので、表示に使用できる時間は約５ｍｓ程度となる。従って、液晶自身は、５ｍｓより早く応答することが求められる。このような高速応答を実現できる液晶として、強誘電性液晶や反強誘電性液晶のような自発分極を有する液晶が検討されている。また、ネマチック液晶においても、誘電率異方性を大きくしたり、粘性を低くしたり、薄膜化したり、液晶配向をパイ型の配向等に変更したりすることによる高速化が検討されている。
【０００４】
一方、アクティブマトリクス液晶表示素子で、実際に液晶部に電圧および電荷が書き込まれる時間は、各走査線の選択時間（書き込み時間）のみである。この時間は、１０００本のラインを有し、１フィールド時間で書き込む場合、１６．７μｓ（マイクロ秒）であり、フィールドシーケンシャル駆動を行った場合は、約５μｓである。現在のところ、この時間内に応答が終了する液晶若しくは液晶の使用形態は、ほとんど存在しない。上述の自発分極を有する液晶や高速化したネマチック液晶においても、このような速い応答をする素子は知られていない。
【０００５】
その結果、液晶が信号の書き込み終了後に応答するために、次のような問題が発生する。まず、自発分極を有する液晶では、自発分極の回転による反電場が発生し、液晶層両端の電圧が急激に低下する。このため、液晶層両端に書き込んだ電圧は大きく変化する。また、高速ネマチック液晶でも、誘電率異方性による液晶層の容量変化が極めて大きくなるため、液晶層に書き込み、保持されるべき保持電圧に変化が起きる。このような保持電圧の低下、すなわち、実効印加電圧の低下は、書き込み不足となってコントラストを低下させる。また、同じ信号を書き込みつづけた場合、保持電圧が低下しなくなるまで、輝度が変化を続け、安定した輝度を得るのに数フレームを要してしまう。
【０００６】
更には、非特許文献１に示されるように、画像信号が変化し、信号電圧の絶対値が変化したフレームから同じ画像信号を数フレームに渡って書き込みを続けた場合に、「ステップ応答」と呼ばれる現象が見られる。この現象は、同じ振幅のＡＣ駆動の信号電圧に対し、数フレームに渡り、透過率が明暗の振動をする現象であり、この後に一定の透過光量に安定する。この現象の例を図１２の模式図に示す。図１２（ａ）はデータ電圧の波形図、図１２（ｂ）はゲート電圧、及び図１２（ｃ）はその時の透過率の波形図である。
【０００７】
また、図１３は、図１２に示す駆動での走査線毎のタイミングチャートであり、正及び負の表示期間１０２、１０４の濃淡は、図１２（ｃ）の透過率に基づく輝度を表わす。また、図１３中に、１６．７ｍｓの時間を矢印で示した。図１３では、６本の走査線を想定しており、上の走査線から順次、正の書込み１０１を行い、正の表示１０２を得た後、再び上の走査線から順次、負の書込み１０３を行い、負の表示１０４を得る。各走査線に対し、正の書込み１０１と正の表示１０２の期間を加えたものが第１フィールド、負の書込み１０３と負の表示１０４の期間を加えたものが、第２フィールドであり、両フィールドの合計が１フレームとなる。さて、図１２（ａ）のデータ電圧を印加し、図１２（ｂ）のゲート電圧でＴＦＴスイッチをオンすると、図１２（ｃ）のようにフィールド毎に透過率が明暗の振動をする。このような透過率の振動は、フリッカとして観察され、表示の品位の劣化を招く。また、図１２（ｃ）に示すように、信号電圧印加後、２フレーム目（４フィールド）で一定の透過率に落ち着いている。その結果、輝度変化も図１３のように振動する。このように、高速応答液晶を使用しても、実際の輝度の安定には数フレームを必要とするため、表示画像の高速性が失われてしまう。
【０００８】
一方、液晶応答後の透過率は、印加した信号電圧ではなく、液晶応答後の液晶容量に蓄えられた電荷量によって決まる。この電荷量は、所定の信号書き込み以前の蓄積電荷と新規に書き込んだ書き込み電荷によって決定される。また、この応答後の蓄積電荷は、液晶の物性定数、電気的パラメータ及び蓄積容量等の画素設計値によっても変化する。このため、信号電圧と透過率の対応を取るには、（１）信号電圧と書き込み電荷の対応、（２）書き込み以前の蓄積電荷、（３）応答後の蓄積電荷の計算を行うための情報と実際の計算処理等が必要となる。この結果、（２）を全画面に渡って記憶するためのフレームメモリや、（１）や（３）の計算部が必要となる。これは、システムの部品数の増大を招き、好ましくない。
【０００９】
これらの問題を解決する方法として、新規データ書き込みの前に所定の液晶状態に揃えるようなリセット電圧を印加するリセットパルス法が、しばしば、用いられる。一例として、非特許文献２に記載の技術について述べる。この文献では、ネマチック液晶の配向をパイ型の配向とし補償フィルムを付加したＯＣＢ（オプティカリ・コンペンセイテッド・バイリフリジェンス）モードを使用している。この液晶モードの応答速度は約２ミリ秒から５ミリ秒とされ、従来のＴＮモードより格段に速い。本来、１フレーム内で応答が終了するはずであるが、前述のように、液晶の応答による誘電率の変化により保持電圧の大幅な低下が起こり安定な透過率が得られるまで数フレームを要する。そこで、前掲文献では、１フレーム内で白表示の書込み後、必ず黒表示を書き込む方法が文献の第５図に示されている。この図を図１４として引用する。横軸は時間であり、縦軸は輝度である。点線が通常の駆動の場合の輝度変化であり、３フレーム目で安定な輝度に到達している。一方、リセットパルス法によれば、新規データ書き込み時には、必ず所定の状態となっているので、書き込んだ一定信号電圧に対し一定透過率という１対１の対応が見られる。この１対１対応により、駆動用の信号の発生メカニズムが非常に簡便となると同時に、前回の書き込み情報を記憶しておくフレームメモリ等の手段がいらなくなる。
【００１０】
また、これらの問題を解決する別の手段として、非特許文献３に示される「疑似ＤＣ駆動」という駆動方法が提案されている。図１５を参照して、この技術を説明する。図１５は、図１２と同様に、図１５（ａ）はデータ電圧の波形図、図１５（ｂ）はゲート電圧、及び図１５（ｃ）はその時の透過率の波形図である。また、図１６は走査線毎のタイミングチャートであり、正及び負の表示期間１０２、１０４の濃淡は、図１５（ｃ）の透過率に基づく輝度を表わす。また、図１５中に１６．７ｍｓの時間を矢印で示した。文献内の記載では、１６．７ｍｓを１フレーム時間と定義しているが、この定義は一般的でないので、本明細書内の図では変更している（文献に記載の１フレーム時間は、本明細書で通常の従来の技術に対していうところの１フィールド時間に相当する）。
【００１１】
「疑似ＤＣ駆動」では、通常の図１２に示されるＡＣ駆動と異なり、複数のフィールドの間、同じ符号のデータ電圧が印加され続ける。複数フィールド後に、データ電圧の符号が反転され、電気的な偏りを無くす。図１５では、４フィールドの正の書込み後、４フィールドの負の書込みが行われて一つの画像信号の表示が終わる。走査線毎の書込みのタイミングは、図１６に示す通りであり、上から順次正のデータを書込み、それを４回繰り返した後、上から順次負のデータを書込む事を４回繰り返す。この方法では、印加した一定のＤＣ電圧と液晶の両端の保持電圧が同じとなる状態が得られる。その結果、液晶の応答による保持電圧の低下が無く、また、図１２のＡＣ駆動のように、液晶の応答により保持電圧が低下する方法に比べ、最終的な透過率が高くなる。しかし、この方法での１フレーム時間は、各々の符号の複数フレームを合計したものとなる。すなわち、図１５の例では、本方式の１フレーム時間は図１２のフレームの４倍の時間がかかっている。
【非特許文献１】ジャパニーズ・アプライド・フィジックス第３６巻のパート１のナンバー２（７２０頁から７２９頁）
【非特許文献２】アイ・ディー・アール・シー１９９７（Ｌ−６６頁からＬ−６９頁）
【非特許文献３】エーエムエルシーディー９７のダイジェスト（１１９頁から１２２頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、書込み前後の蓄積電荷を比較する方法では、フレームメモリに加え、比較演算部等が必要であり、システムの増大を招く。また、リセットパルスによる方法では、一定の状態にするリセット期間が必要となるために、書込みや表示の時間が実質的に短くなる。また、かならず一定の透過率になる期間が存在するため、フリッカが発生しやすい。すなわち、リセットパルス法では、輝度の面内分布、フリッカ、平均輝度の減少もしくは増大によりコントラスト低下が発生する。一方、疑似ＤＣ駆動では、上述のように、ＡＣ駆動に比べて長いフレーム時間（図１５及び図１６ではＡＣ駆動の４倍）を必要とし、高速応答性を生かせない。また、その結果として、図１６に輝度を示したような通常のフレーム時間(１６．７ｍｓ)の数倍で振動する長周期のフリッカを生じる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、リセットパルス法やフレームメモリを用いること無く、印加信号電圧と透過率の間に１対１の対応が見られる液晶表示素子の駆動方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、印加信号電圧と透過率の間に１対１の対応が見られ、且つ、高速な応答が可能な液晶表示素子の駆動方法を提供することにある。更に、それらの駆動方法を使用した液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示素子の駆動方法（以下、第１の駆動方法と言う）は、1フレーム時間より速い応答速度を有する液晶表示素子において、１フレームが、奇数フィールドと偶数フィールドとにより構成され、奇数フィールドで所定の階調電圧データを複数回書き込み、次いで、偶数フィールドで階調電圧の極性を反転した階調電圧データを複数回書き込むことを特徴とする。
また、第２の液晶表示素子の駆動方法は1フレーム時間より速い応答速度を有する液晶表示素子において、階調電圧の極性が所定周期で反転する階調電圧データで１フレーム内に複数回データを書き込むことを特徴とする。
第３の液晶表示装置の駆動方法は、走査線群を複数個のブロックに分割し、複数個のブロックを同時に走査することを特徴とする。
第４の液晶表示素子の駆動方法は、１フレームが、複数の色に応じて複数のサブフィールドに分割され、各サブフィールド内で各色のデータが順次表示されるカラーフィールドシーケンシャル液晶表示装置の駆動方法であって、各色の駆動方法が第３に記載の液晶表示素子の駆動方法によることを特徴とする。
第１の液晶表示装置は、液晶表示装置を構成する液晶表示素子が、第１から３のうちのいずれか１に記載の液晶表示素子の駆動方法により駆動されることを特徴とする。
さらに、１フレーム中に複数色の情報が順次表示されるカラーフィールドシーケンシャル液晶表示装置であって、第４に記載の液晶表示装置の駆動方法により駆動されることを特徴とするカラーフィールドシーケンシャル液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高速応答の液晶表示装置において、リセットパルスを用いること無く、画像データ間の演算をすることもなく、高コントラストで高輝度であり、電気的な非対称性の影響の無い、液晶表示素子の駆動方法を実現することができる。本発明によれば、それらの駆動方法を使用した液晶表示装置、及び、フィールドシーケンシャル液晶表示装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
実施形態例１
本実施形態例は、本発明に係る液晶表示素子の第１の駆動方法の実施形態の一例で、図１（ａ）はデータ線に印加する電圧の波形図、図１（ｂ）はゲート線に印加する電圧の波形図、図１（ｃ）は高速応答する液晶に図１（ａ）及び（ｂ）に示す電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。本実施形態例は、一面では、疑似ＤＣ駆動法の周波数を増大したものに相当し、他の見方をすると、ＡＣ駆動で１フィールド内に複数回の書込みを行うことに相当する。具体的には、図１（ａ）のデータ線に印加する電圧は、図１２のＡＣ駆動と同じ１フィールド１６．７ｍｓの２フィールドで、１フレームを構成する矩形波である。一方、図１（ｂ）のゲート線に印加する電圧は、１フィールド期間中に複数回（この図では４回）のオン・パルスが存在する。この結果、図１（ｃ）に透過率変化を示すように、１フィールド１６．７ｍｓの間で、書込み回数に応じて徐々に透過率が上昇し、４回目の書込みで安定状態に達する。
【００１７】
また、図２は、第１の駆動方法での走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。６本の走査線を持つ場合を示してあり、表示輝度は濃淡で示してある。図２に示すように、上から順次走査し、正の書込みを行うことを４回繰り返すことにより、第１フィールドが形成される。その後、データ信号電圧を反転し、上から順次走査し負の書込みを行うことを４回繰り返し第２フィールドが終了する。これらの第１フィールド・第２フィールドにより、１フレームが形成される。第１フィールドの時間は１６．７ｍｓである。輝度は、図１（ｃ）で透過率を示したように、同じフィールド内で書込み回数が増える毎に明るくなる。尚、各走査ラインの書込み時間は、１フィールド内にｎ回の書込みを行った場合、通常の駆動方法の書込み時間の１／ｎとなる。
【００１８】
実施形態例２
本実施形態例は、本発明に係る液晶表示素子の第２の駆動方法の実施形態の別の例で、図３（ａ）はデータ線に印加する電圧の波形図、図３（ｂ）はゲート線に印加する電圧の波形図、図３（ｃ）は高速応答する液晶に図３（ａ）及び（ｂ）の電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。本実施形態例は、ＡＣ駆動の周波数を増大したものに相当する。具体的には、図３（ａ）のデータ線に印加する電圧は、図１２の数倍（この図では２倍）の周波数の矩形波である。一方、図３（ｂ）のゲート線に印加する電圧は、１フィールド期間中に１回のオン・パルスが存在し、各フィールドは図３（ａ）の電圧符号毎に与えられている。その結果、図３では、１フレームに４フィールドが存在する。本実施形態例では、図３（ｃ）に透過率変化を示すように、１６．７ｍｓの期間内に書込み信号に応じて、ステップ応答が発生し、徐々に振動幅が押さえられ、４回目の書込みで安定状態に達する。
【００１９】
また、図４は走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。６本の走査線を持つ場合を示してあり、表示輝度は濃淡で示してある。図４のように上から順次走査し正の書込みを行うことで第１フィールドが形成され、その後、データ信号電圧を反転し、上から順次走査し負の書込みを行うことにより第２フィールドが形成される。更に、上から順次走査し正の書込みを行うことにより第３フィールドが形成され、その後、データ信号電圧を反転し、上から順次走査し負の書込みを行うことにより第４フィールドが形成される。これらの第１フィールドから第４フィールドにより、１フレームが形成される。第１フィールドの時間は８．３５ｍｓである。輝度は、図３（ｃ）の透過率のグラフのようにフレーム内で振動しフレーム終了時には安定する。尚、各走査ラインの書込み時間は、１フレーム内にｎ回のＡＣ駆動を行った場合、通常のＡＣ駆動方法の書込み時間の１／ｎとなる。
【００２０】
実施形態例３
本実施形態例は、本発明に係る液晶表示素子の第３の駆動方法の実施形態の一例で、図５は走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。本実施形態例は、実施形態例１と同様に、１フィールド内で同一のデータ信号を複数回書き込んでいる。第１の実施形態と違う点は、走査の方法である。本実施形態例では、複数の走査ラインを同時に走査する。図５に示すように、走査線群を上部ブロックと下部ブロックに分割し、上部ブロックと下部ブロックの１ラインずつを選択し順次上から下へと走査している。この結果、個々の走査線の書込みには、実施形態例１の２倍の時間を確保することが可能である。尚、各走査ラインの書込み時間は、１フィールド内にｎ回の書込みを行い、ｍ個の走査線ブロックに分割した場合、通常のＡＣ駆動方法の書込み時間のｍ／ｎとなる。
【００２１】
実施形態例４
本実施形態例は、本発明に係る液晶表示素子の第４の駆動方法の実施形態の一例で、図６は走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。本実施形態例は、実施形態例２と同様に、１フレーム内に複数回のＡＣ駆動を行う。実施形態例２と異なる点は、走査の方法である。本実施形態例では、複数の走査ラインを同時に走査する。図６に示すように、走査線群を上部ブロックと下部ブロックに分割し、上部ブロックと下部ブロックの１ラインずつを選択し順次上から下へと走査している。この結果、個々の走査線の書込みには、実施形態例２の２倍の時間を確保することが可能である。尚、各走査ラインの書込み時間は、１フレーム内にｎ回のＡＣ駆動を行い、ｍ個の走査線ブロックに分割した場合、通常のＡＣ駆動方法の書込み時間のｍ／ｎとなる。
【００２２】
実施形態例５
本実施形態例は、本発明に係る液晶表示素子の第５の駆動方法の実施形態の一例で、図７は光源の輝度の時間配分と走査線毎の時間配分の構成と動作を示すタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。本実施形態例では、実施形態例１と同様に、１フィールド内で同一のデータ信号を複数回書き込み、また、実施形態例３と同様の走査を行っている。実施形態例１及び３と異なる点は、フィールドシーケンシャル駆動である点であり、また、各フィールド内には一定の表示期間１０５を有している。図７では１２本の走査線での例が示してある。
【００２３】
１フレームは各色に合わせて３つに分割されたフィールドに分けられ、各フィールド内でＡＣ駆動される。また、ＡＣ駆動の各極性内で複数回の書込みが行われる。一方、走査線も複数のブロックに分割され、同時に書込みが行われる。図７に示すように、走査線を４つのブロックに分割し、各ブロックの一番上の走査線を同時に選択し書き込み、順次、上から下へと書き込む。その走査を４回繰り返してＡＣ駆動の一方の極性（ここでは正）を書き込みつづける。その後、表示期間１０５が与えられる。信号データの極性が反転され、同様に４ブロックを同時に走査することを４回繰り返し、負の書込み１０３が終了し、表示期間１０５が与えられる。この時、光源は表示期間を含む範囲で点灯され、透過率が不安定な範囲では消灯される。この手順により第１フィールドが形成され、赤の表示が終了する。同様に、緑、青、のフィールドの表示を行い、３フィールドで１フレームが形成される。
【００２４】
実施形態例６
本実施形態例は本発明に係る液晶表示素子の第６の駆動方法の実施形態の一例で、図８は光源の輝度の時間配分と走査線毎の時間配分の構成と動作を示すタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。本実施形態例では、実施形態例２と同様に、１フィールド内で複数回のＡＣ駆動を行い、また、実施形態例４と同様の走査を行っている。実施形態例２及び４と異なる点は、フィールドシーケンシャル駆動である点であり、また、各フィールド内には、一定の表示期間１０５を有していることである。図８では１２本の走査線での例が示してある。１フレームは各色に合わせて３つに分割されたフィールドに分けられ、各フィールド内でＡＣ駆動される。また、ＡＣ駆動は複数回行われる。一方、走査線も複数のブロックに分割され、同時に書込みが行われる。図８に示すように、走査線を４つのブロックに分割し、各ブロックの一番上の走査線を同時に選択し書き込み、順次、上から下へと書き込む。その走査を４回繰り返して２周期分のＡＣ駆動を行う。その後、表示期間１０５が与えられる。この時、光源は表示期間を含む範囲で点灯され、透過率が不安定な範囲では消灯される。この手順により第１フィールドが形成され、赤の表示が終了する。同様に、緑、青、のフィールドの表示を行い、３フィールドで１フレームが形成される。
【００２５】
実施形態例７
本実施形態例は本発明に係る液晶表示装置の実施形態の一例で、実施形態例１から実施形態例４の駆動方法のいずれかを用いた液晶表示装置である。図９は本発明の駆動方法を適用した液晶表示装置の構成の一例を示す模式図である。本実施形態例の液晶表示装置は、２枚の支持基板６の各々の上に電極７が形成され、その上に液晶を配向させる配向膜８が形成される。この一対の支持基板６間に液晶９を挟持し、更に一対の偏光板を支持基板６の外側に設ける。この構成により、通常、液晶表示装置が構成される。以下に、この実施形態の動作を詳細に説明する。各ドレインバスラインには、所定周波数で各駆動方法に対応した信号データ波形が、各ゲートラインに対応して印加される。一方、各ゲートバスラインには、そのラインが選択される時に能動素子をオンするような各実施形態で示した波形が印加され、これにより、ドレインラインの波形が表示電極により液晶に印加される。再度、ゲートラインが選択されるまで、液晶部に電圧が保持される。これにより液晶がメモリ性を持たなくても、表示の保持動作が可能である。リセットは、ドレインラインにリセット用の所定の信号データを印加し、且つ、能動素子のスイッチをオンするような波形が各実施形態で示したタイミングで印加される。以上の構成により、実施形態例１から４のいずれかの駆動方法を適用した液晶表示装置が実現される。
【００２６】
実施形態例８
本実施形態例は本発明に係る液晶表示装置の実施形態の一例で、実施形態例５又は６の駆動方法を用いた液晶表示装置である。本実施形態例の液晶表示装置は、２枚の支持基板の各々の上に電極が形成され、その上に液晶を配向させる配向膜が形成される。この一対の支持基板間に、液晶を挟持し、一対の偏光板を支持基板の外側に設ける。更に、一方の偏光板の側にフィールドシーケンシャル表示用の光源を備える。この構成により、第５及び第６の実施の形態のいずれかの駆動方法を適用した液晶表示装置が実現される。
【実施例】
【００２７】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１本実施例は本発明に係る液晶表示装置の一実施例である。本実施例では、４８０本のゲートバスライン及び６４０本のドレインバスラインには、スパッタ法で形成された線幅１０μｍのクロミウム（Ｃｒ）線を用い、ゲート絶縁膜には窒化シリコン（ＳｉＮｘ）を用いた。一単位画素の大きさは、縦３３０μｍ、横１１０μｍとし、アモルファスシリコンを用いてＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を形成し、画素電極は透明電極である酸化インジウム錫（ＩＴＯ）を用い、スパッタ法で形成した。このようにＴＦＴをアレイ状に形成したガラス基板を第１の基板とした。
【００２８】
この第１の基板と対向する第２の基板には、クロミウムを用いた遮光膜を形成した後、ＩＴＯを用いた透明電極（共通電極）を形成し、更にカラーフィルタを染色法によりマトリクス状に形成し、その上面にシリカを用いた保護層を設けた。その後、印刷法により可溶性ポリイミドを印刷し１８０℃でベーキングして溶媒を除去した。このポリイミド膜上を、スピンコート法によりポリアミック酸を塗布し２００℃でベーキングしイミド化しポリイミド膜を形成した。ナイロンを使用したバフ布を直径５０ｍｍのローラーに巻き付け、ローラーの回転数６００ｒｐｍ、ステージ移動速度４０ｍｍ／秒、押し込み量０．７ｍｍ、ラビング回数２回で１０°クロスラビングとなるような方向に、このポリイミド膜をラビングした。接触段差計で測定した配向膜の厚さは約５００Åであり、クリスタルローテーション法で測定したプレチルト角は１．５度であった。
【００２９】
このような一対のガラス基板の一方に約２μｍ径の球状スペーサであるミクロパールを散布し、また他方に約２μｍ径の円柱状のガラス製ロッドスペーサを分散させた熱硬化性のシール材を塗布した。これらの基板をラビング処理方向が互いに１０°クロスラビングとなるように両基板を対向させて配置し、熱処理によりシール材を硬化させてギャップ２μｍのパネルを組み立てた。パネル間に、アジア・ディスプレイ９５の６１頁から６４頁に示されるＶ字型スイッチングをする反強誘電性液晶組成物を、真空中において８５℃の等方相（Ｉｓｏ）の状態で注入した。この液晶の自発分極値を三角波を印加して測定したところ、１６５ｎＣ／ｃｍ2 であった。また、応答速度は階調電圧によって異なったが、２００マイクロ秒から８００マイクロ秒の間であった。８５℃のまま、任意波形発生器と高出力アンプを用いてパネル全面に周波数が３ｋＨｚで振幅が±１０Ｖの矩形波を印加し、電界を印加しながら、室温まで０．１℃／ｍｉｎの速度で徐冷した。このようにして作製した液晶パネルに、駆動用のドライバＩＣを取り付け液晶表示装置とした。
【００３０】
この液晶表示装置では、実施形態例１の駆動方法を適用した。具体的には、１フィールド期間を１６．７ミリ秒、１フレーム期間を３３．４ミリ秒、各走査線の書込み時間を４．２マイクロ秒とし、１フィールド中に８回書き込むようにした。図１０に印加した波形と１画素を測定した透過率の変化の様子を示す。図１０（ａ）はドレイン印加電圧、図１０（ｂ）はゲート印加電圧、図１０（ｃ）は透過率変化である。本実施例では、液晶の自発分極値が大きいため、書込み後の液晶応答による保持率変化が大きい。その結果、透過率が安定した状態になるために必要な書込み回数は８回と、実施形態例１より増えた。本方法により、リセットパルス法によらずフレームメモリを設けること無く、１フィールド内に全ての中間調の応答が終了する高速応答性を生かした液晶表示装置が得られた。
【００３１】
実施例２
本実施例は本発明に係る液晶表示装置の別の実施例である。本実施例では、実施例１と同様にして、ＴＦＴ基板及びＣＦ（カラーフィルタ）基板を作製し、また実施例１と同様にして、パネルの組立てまでの工程を実施した。このパネルに、特願平９−０９３８５３号公報に示される液晶組成物を、真空中において８５℃の等方相（Ｉｓｏ）の状態で注入した。この液晶組成物の自発分極値は２０ｎＣ／ｃｍ2 前後になるように組成比を調節し、三角波を印加して実際に測定したところ、１９．５ｎＣ／ｃｍ2 であった。また、応答速度は、階調電圧によって異なったが、６００マイクロ秒から２ミリ秒の間であった。注入後、０．１℃／ｍｉｎの速度で室温まで徐冷した。このようにして作製した液晶パネルに、駆動用のドライバＩＣを取り付け液晶表示装置とした。
【００３２】
この液晶表示装置を実施形態例１の駆動方法で駆動した。具体的には、１フィールド期間を１６．７ミリ秒、１フレーム期間を３３．４ミリ秒、各走査線の書込み時間を１１．５マイクロ秒とし、１フィールド中に３回書き込むようにした。図１１に印加した波形と１画素を測定した透過率の変化の様子を示す。図１１（ａ）はドレイン印加電圧、図１１（ｂ）はゲート印加電圧、及び図１１（ｃ）は透過率変化である。本実施例では、液晶の自発分極値が小さいため、書込み後の液晶応答による保持率変化が少なかった。その結果、透過率が安定した状態になるために必要な書込み回数は３回と、実施形態例２より減った。このように必要な書込み回数が減ることにより、実施例１に比べて書込み時間の減少が抑えられる。同時に、駆動回路の周波数の増大が抑えられ駆動回路のコストが下がった。また、特筆すべきは、液晶自身の応答速度は第１の実施例より遅いにもかかわらず、本駆動法で使用した場合は、安定状態に達する時間は第１の実施例より速かった点である。第１の実施例と同様に本方法により、リセットパルス法によらずフレームメモリを設けること無く、１フィールド内に全ての中間調の応答が終了する高速応答性を生かした液晶表示装置が得られた。
【００３３】
実施例３
本実施例は本発明に係る液晶表示装置の更に別の実施例である。本実施例では、実施例１と同様にして、ＴＦＴ基板を作製した。このＴＦＴ基板と対向する第２の基板には、クロミウムを用いた遮光膜を形成した後、染料を用いバブルジェット（Ｒ）によるインクジェット方式によりカラーフィルタを形成した後、ＩＴＯを形成し、その上にシリカによる保護層を設けた。レーヨンを使用したバフ布を直径５０ｍｍのローラーに巻き付け、ローラーの回転数６００ｒｐｍ、ステージ移動速度４０ｍｍ／秒、押し込み量０．７ｍｍ、ラビング回数２回でパラレルラビングとなるような方向に、このポリイミド膜をラビングした。接触段差計で測定した配向膜の厚さは約５００Åであり、クリスタルローテーション法で測定したプレチルト角は７度であった。このような一対のガラス基板の一方に約９．５μｍ径の球状スペーサである真絲球を散布し、また他方に約９．５μｍ径の円柱状のガラス製ロッドスペーサを分散させた紫外線硬化性のシール材を塗布した。これらの基板をラビング処理方向が互いに平行ラビングとなるように両基板を対向させて配置し非接触で紫外線を照射する処理でシール材を硬化させてギャップ９．５μｍのパネルを組み立てた。このパネルに、ネマチック液晶を注入した。本実施例では、エス・アイ・ディー９４・ダイジェストの９２７頁から９３０頁に示されるＯＣＢ（オプティカリ・コンペンセイティッド・バイリフリジェンス）表示モードとなるように補償板を付加した。このようにして作製した液晶パネルに、駆動用のドライバを取り付け液晶表示装置とした。尚、液晶モード自身の応答速度は階調電圧によって異なったが、１．５ミリ秒から４ミリ秒の間であった。
【００３４】
この液晶表示装置を実施形態例１の駆動方法により駆動した。具体的には、１フィールド期間を１６．７ミリ秒、１フレーム期間を３３．４ミリ秒、各走査線の書込み時間を１１．５マイクロ秒とし、１フィールド中に３回書き込むようにした。印加した波形は図１１と同様であった。液晶自身の応答速度が第２の実施例より遅いため透過率の応答も若干遅かった。しかし、安定状態に達するまでの書込み回数が少ないため、応答速度が約５倍速い第１の実施例に比べると、安定状態に達するまでの時間は速かった。第１及び第２の実施例と同様に本方法により、リセットパルス法によらずフレームメモリを設けること無く、１フィールド内に全ての中間調の応答が終了する高速応答性を生かした液晶表示装置が得られた。
【００３５】
実施例４
本実施例は本発明に係る液晶表示装置の更に別の実施例である。本実施例では、実施例２と同様にして、液晶パネルを作製し、更に、駆動用のドライバを取り付けて液晶表示装置とした。本液晶表示装置の駆動方法は実施形態例２の駆動方法によった。本実施例では、１回あたりの書込み時間が第２の実施例よりも長く取ることが可能であった。
【００３６】
実施例５
本実施例は本発明に係る液晶表示装置の更に別の実施例である。本実施例では、実施例２と同様にして、液晶パネルを作製し、更に、駆動用のドライバを取り付けて液晶表示装置とした。本液晶表示装置の駆動方法は実施形態例４の駆動方法によった。本実施例では、１回あたりの書込み時間が第４の実施例よりも長く取ることが可能であり、通常のＡＣ駆動と全く異ならなかった。この結果、高周波数用の素子を使用する必要が無く、低コストで高性能な液晶表示装置が実現された。
【００３７】
実施例６
本実施例は本発明に係る液晶表示装置の更に別の実施例である。本実施例の液晶パネルの構成は、実施例２の液晶パネルと構成と同じである。この液晶パネルに、駆動用のドライバ、及び、高速なスイッチングが可能なバックライトを使用してフィールドシーケンシャル液晶表示装置とした。この液晶表示装置で、駆動方法、及び、光源の輝度の走査は、実施形態例５の駆動方法によった。具体的には、一方の極性での書込み回数を４回、走査線を２つのブロックに分割した。表示期間１０５は２ミリ秒とし、各走査線の書込み時間を３．５マイクロ秒とし、１フレーム期間を３３．３ミリ秒とした。この時、光源の点灯時間は、１フレーム内で、各色に対し２．５ミリ秒を２回、すなわち、５ミリ秒、確保できた。
【００３８】
実施例７
本実施例は本発明に係る液晶表示装置の更に別の実施例である。本実施例の液晶パネルの構成は、実施例２の液晶パネルの構成と同じである。この液晶パネルに、駆動用のドライバ、及び、高速なスイッチングが可能なバックライトを使用してフィールドシーケンシャル液晶表示装置とした。この液晶表示装置で、駆動方法、及び、光源の輝度の走査は、実施形態例６の駆動方法によった。具体的には、１フレーム内に２回のＡＣ駆動を行い、走査線を２つのブロックに分割した。表示期間１０５は７．７ミリ秒とし、各走査線の書込み時間を３．５マイクロ秒とし、１フレーム期間を３３．３ミリ秒とした。この時、光源の点灯時間は、１フレーム内で、各色に対し２．５ミリ秒を２回、すなわち、８ミリ秒と第６の実施例より長く確保できた。
【００３９】
実施例８
本実施例は本発明に係る液晶表示装置の更に別の実施例である。本実施例では、マイクロディスプレイを作製し、反射型のプロジェクタを作製した。アドバンスト・イメージング誌の１９９７年１月号の巻頭に示されるようなディスプレイテック社によるマイクロディスプレイと同様に作製した。具体的には、シリコンウエハ上にＭＯＳ−ＦＥＴを０．８μｍルールで形成することによって、ＤＲＡＭを作製した。サイズ等は、ダイサイズ１／２インチで、画素ピッチ１０μｍ程度、１メガ−ＤＲＡＭを形成した。画素の開口率は９０％以上であった。更に、形成されたＤＲＡＭ表面にケミカル・メカニカル・ポリッシング技術を施すことにより平坦化した。一方、対向する基板は、顕微鏡観察用のカバーガラスを使用した。シリコンウエハから駆動回路を含む部分を切り出し、可溶性ポリイミドによる配向膜を印刷し１７０℃でベーキングして溶媒を除去した。ナイロンを使用したバフ布を直径５０ｍｍのローラーに巻き付け、ローラーの回転数６００ｒｐｍ、ステージ移動速度４０ｍｍ／秒、押し込み量０．７ｍｍ、ラビング回数２回で、このポリイミド膜をラビングした。接触段差計で測定した配向膜の厚さは約５００Åであり、クリスタルローテーション法で測定したプレチルト角は１．５度であった。
【００４０】
また、約２μｍ径の円柱状のガラス製ロッドスペーサを分散させた光硬化性のシール材を塗布した。これらの基板を対向させて配置し、非接触で紫外線処理することによりシール材を硬化させてギャップ２μｍのパネルを組み立てた。このパネルに、アジア・ディスプレイ９５の６１頁から６４頁に示されるＶ字型スイッチングをする反強誘電性液晶組成物を、真空中において８５℃の等方相（Ｉｓｏ）の状態で注入した。８５℃のまま、任意波形発生器と高出力アンプを用いてパネル全面に周波数が３ｋＨｚで振幅が±１０Ｖの矩形波を印加し、電界を印加しながら、室温まで０．１℃／ｍｉｎの速度で徐冷した。更に、３色の発光ダイオードと平行光を得るためのコリメートレンズ、偏光変換素子、投射用レンズ等を用いて、反射型フィールドシーケンシャル・プロジェクタを作製した。この液晶表示装置の駆動方法は、実施形態例６の駆動方法によった。この方法の結果、高速応答なプロジェクタ表示が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態例１の構成及び動作を説明する波形図であり、図１（ａ）はデータ線印加電圧の波形図、図１（ｂ）はゲート線印加電圧の波形図、図１（ｃ）は高速応答液晶に図１（ａ）、（ｂ）の電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。
【図２】走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。
【図３】実施形態例２の構成及び動作を説明する波形図であり、図３（ａ）はデータ線印加電圧の波形図、図３（ｂ）はゲート線印加電圧の波形図、図３（ｃ）は高速応答液晶に図３（ａ）、（ｂ）の電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。
【図４】走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。
【図５】実施形態例３の構成及び動作を説明する図であり、走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。
【図６】実施形態例４の構成及び動作を説明する図であり、走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。
【図７】実施形態例５の構成及び動作を示す図であり、光源輝度と走査線毎のタイムチャートである。
【図８】実施形態例６の構成及び動作を示す図であり、光源輝度と走査線毎のタイムチャートである。
【図９】実施形態例７の液晶表示装置の層構造を示す断面図である。
【図１０】実施例１の液晶表示装置の動作を示す図であり、図１０（ａ）はデータ線印加電圧の波形図、図１０（ｂ）はゲート線印加電圧の波形図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）、（ｂ）の電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。
【図１１】実施例２の液晶表示装置の動作を示す図であり、図１１（ａ）はデータ線印加電圧の波形図、図１１（ｂ）ゲート線印加電圧の波形図、図１１（ｃ）は図１１（ａ）、（ｂ）の電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。
【図１２】従来のＡＣ駆動法でデータ信号波形を説明する図であり、図１２（ａ）はデータ線印加電圧の波形図、図１２（ｂ）はゲート線印加電圧の波形図、図１２（ｃ）は高速応答液晶に図１２（ａ）、（ｂ）の電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。
【図１３】図１２の従来のＡＣ駆動法での走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。
【図１４】従来のＯＣＢモードに対してリセット法の駆動を適用した場合の輝度の時間変化を示す図である。
【図１５】従来の疑似ＤＣ駆動法でデータ信号波形を説明する図であり、図１５（ａ）はデータ線印加電圧の波形図、図１５（ｂ）はゲート線印加電圧の波形図、図１５（ｃ）は高速応答液晶に図１５（ａ）、（ｂ）の電圧を印加した時の透過率変化を示す図である。
【図１６】図１５の従来の疑似ＤＣ駆動法での走査線毎のタイムチャート及び走査線毎の表示輝度を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
５  偏光板
６  基板
７  電極
８  配向膜
９  液晶
１０１  正の書込み
１０２  正の表示
１０３  負の書込み
１０４  負の表示
１０５  表示期間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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