(57)【要約】      （修正有）【課題】リーク電流に起因したコントラストの低下を抑制可能な３値駆動を実現する。【解決手段】画素２の駆動は、データ振幅が３Ｖ未満の信号電圧を用いて、３値駆動によって行われる。この画素２は、液晶素子と、液晶素子に直列接続された二端子型スイッチング素子とを含む。この液晶素子の光学的特性において、液晶に電圧を印加しない状態から光学的特性が変化し始める第１の実効電圧と、光学的特性が最大になる第２の実効電圧との間の電圧差が３Ｖ未満である。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学装置において、
液晶素子と、当該液晶素子に直列接続された二端子型スイッチング素子とを含む画素であって、前記液晶素子の光学的特性において、前記液晶に電圧を印加しない状態から光学的特性が変化し始める第１の実効電圧と、前記光学的特性が最大になる第２の実効電圧との間の電圧差が３Ｖ未満である画素と、
データ振幅が３Ｖ未満の信号電圧を用いて、前記画素の駆動を３値駆動によって行う駆動部と
を有することを特徴とする電気光学装置。
【請求項２】
電気光学装置において、
複数の走査線と、
複数のデータ線と、
前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素を有し、前記画素のそれぞれは、液晶素子と、当該液晶素子に直列接続された二端子型スイッチング素子とを含み、前記液晶素子の光学的特性において、前記液晶に電圧を印加しない状態から光学的特性が変化し始める第１の実効電圧と、前記光学的特性が最大になる第２の実効電圧との間の電圧差が３Ｖ未満である表示部と、
前記複数の走査線に印加する電圧として、複数値の選択電圧と、１値の保持電圧とを用いる走査線駆動回路と、
前記複数のデータ線に印加する電圧として、データ振幅が３Ｖ未満の信号電圧を用いるデータ線駆動回路と
を有することを特徴とする電気光学装置。
【請求項３】
前記第１の実効電圧と前記第２の実効電圧との間の電圧差は、前記信号電圧のデータ振幅以下であることを特徴とする請求項１または２に記載された電気光学装置。
【請求項４】
前記信号電圧のデータ振幅は、２．５Ｖ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載された電気光学装置。
【請求項５】
前記液晶素子は、複屈折モードで駆動する液晶を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載された電気光学装置。
【請求項６】
前記液晶素子は、ＶＡＮ液晶を用いることを特徴とする請求項５に記載された電気光学装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載された電気光学装置を実装したことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気光学装置および電子機器に係り、特に、二端子型スイッチング素子を含む画素の３値駆動に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、二端子型スイッチング素子を含む画素の駆動方法として、いわゆる３値駆動と４値駆動とが知られている。３値駆動は、４値駆動よりも歴史的には古く、２値の選択電圧±Ｖｓｉｇと１値の保持電圧Ｖｈｌｄ（＝０Ｖ）とを用いて、ＴＦＤ素子の駆動を行う方法であり、データ振幅（２値の選択電圧±Ｖｓｉｇの変化量）を４〜５Ｖ程度に設定したものが知られていた。この３値駆動では、保持期間における二端子型スイッチング素子の印加電圧が比較的大きくなって、特にオン画素の電圧を低下させるリーク電流が生じ易い。その結果、３値駆動の問題として、フリッカの発生やコントラストの低下が指摘されていた。
【０００３】
一方、４値駆動は、３値駆動の問題を解消すべく提案されたものであり、例えば、特許文献１に開示されているように、２値の選択電圧±Ｖｓｉｇと２値の保持電圧±Ｖｈｌｄとを用いて、ＴＦＤ素子の駆動を行う方法である。４値駆動では、保持期間におけるＴＦＤ素子の印加電圧が３値駆動のそれよりも小さくなるため、３値駆動と比較して、リーク電流を抑制できる。その反面、４値駆動では、２値の保持電圧±Ｖｈｌｄを出力する必要になるため、これを制御する走査線駆動系の回路構成が複雑化するといった不都合がある。
【０００４】
【特許文献１】
特公平５−３４６５３号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、リーク電流に起因したコントラストの低下を抑制可能な３値駆動を実現することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、第１の発明は、画素と、データ振幅が３Ｖ未満の信号電圧を用いて、画素の駆動を３値駆動によって行う駆動部とを有する電気光学装置を提供する。この画素は、液晶素子と、液晶素子に直列接続された二端子型スイッチング素子とを含む。この液晶素子の光学的特性において、液晶に電圧を印加しない状態から光学的特性が変化し始める第１の実効電圧と、光学的特性が最大になる第２の実効電圧との間の電圧差が３Ｖ未満である。
【０００７】
第２の発明は、複数の走査線と、複数のデータ線と、走査線とデータ線との交差に対応して設けられた複数の画素を含む表示部と、複数の走査線に印加する電圧として、複数値の選択電圧と、１値の保持電圧とを用いる走査線駆動回路と、複数のデータ線に印加する電圧として、データ振幅が３Ｖ未満の信号電圧を用いるデータ線駆動回路とを有する電気光学装置を提供する。ここで、画素のそれぞれは、液晶素子と、液晶素子に直列接続された二端子型スイッチング素子とを含む。この液晶素子の光学的特性において、液晶に電圧を印加しない状態から光学的特性が変化し始める第１の実効電圧と、光学的特性が最大になる第２の実効電圧との間の電圧差が３Ｖ未満である。
【０００８】
第１または第２の発明において、第１の実効電圧と第２の実効電圧との間の電圧差は、信号電圧のデータ振幅以下であることが好ましい。また、信号電圧のデータ振幅は、２．５Ｖ以下であることが好ましい。また、液晶素子は、複屈折モードで駆動する液晶を用いることが好ましく、特に、ＶＡＮ液晶を用いることが好ましい。
【０００９】
第３の発明は、上述した第１または第２の発明にかかる電気光学装置を実装した電子機器を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態にかかる電気光学装置のブロック構成図である。表示部１は、スイッチング素子によって液晶層の駆動を行うアクティブマトリクス型のパネルであり、ｍドット×ｎライン分の画素２がマトリクス状（二次元平面的）に並んでいる。この表示部１には、それぞれが行方向（Ｘ方向）に延在するｎ本の走査線Ｙ１〜Ｙｎと、それぞれが列方向（Ｙ方向）に延在するｍ本のデータ線Ｘ１〜Ｘｍとが設けられている。走査線Ｙ１〜Ｙｎおよびデータ線Ｘ１〜Ｘｍは、互いに交差しており、この交差に対応して、画素２が配置されている。
【００１１】
図２は、画素２の等価回路図である。１つの画素２は、直列に接続されたＴＦＤ素子２０と液晶素子２１とを有する。ＴＦＤ素子２０は、二端子型スイッチング素子の一つであって、非線形な電流−電圧特性を有する。すなわち、電圧（絶対値｜Ｖ｜）が零付近では電流が殆ど流れないが、これが閾値電圧｜Ｖｔｈ｜を超えると、その増加とともに電流が急激に流れる。ＴＦＤ素子２０の一端は、走査線Ｙ（ＹはＹ１〜Ｙｎのいずれかを指す）に相当する走査電極２２に接続されている。液晶素子２１は、データ線Ｘ（ＸはＸ１〜Ｘｍのいずれかを指す）に相当する信号電極２３とＴＦＤ素子２０の他端との間に設けられており、一対の電極と、これらの電極間に挟持された液晶層とによって構成される。走査信号とデータ信号とが電圧レベルで画素２に供給されると、ＴＦＤ素子２０がオンすることを前提として、液晶素子２１が充放電される。そして、液晶素子２１の電極間に生じた電位差によって、液晶層の透過率（または反射率）が設定され、これに応じた画素の階調表示が行われる。なお、同図では、ＴＦＤ素子２０が走査電極２２側に設けられ、液晶素子２１が信号電極２３側に設けられているが、両者を逆の接続関係にしてもよい。
【００１２】
本実施形態では、液晶素子２１として、図３示す特性を有するＶＡＮ液晶（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  Ｎｅｍａｓｔｉｃ）を用いている。液晶素子２１は、微少チルト垂直配向させた配向膜を有する基板内に、負の誘電異方性を有するＶＡＮ液晶を挟持した構成になっている。実効電圧に対する透過率の特性（Ｖ−Ｔ特性）に関して、実効電圧が低い状態では透過率が０％であるが、実効電圧を上昇させていくと、電圧値Ｖ１を起点として透過率が非線形的に増大し始める。そして、電圧値Ｖ２において透過率が最大になり、それ以降は透過率が減少していく。本実施形態では、後述する理由から、Ｖ−Ｔ特性が急峻な液晶を用いることが前提となっている。具体的には、電圧値Ｖ１，Ｖ２間の電圧差ΔＶは、３Ｖ未満であることが条件となっており、より好ましい条件は２．５Ｖ以下である。同図に示した特性を有するＶＡＮ液晶は、その電圧差ΔＶが約１．３Ｖであるため、上記条件を満たしている。一方、実効電圧に対する容量の特性（Ｖ−Ｃ特性）に関しては、実効電圧の増加に伴い、容量も徐々に増大する。
【００１３】
電圧生成回路５は、５値の固定電圧±Ｖｓｉｇ，Ｖｈｌｄ，±Ｖｓｅｌを生成する。正負の信号電圧±Ｖｓｉｇは、データ線駆動回路４に供給され、正負の選択電圧±Ｖｓｅｌおよび保持電圧Ｖｈｌｄ（＝０Ｖ）は、走査線駆動回路３に供給される。なお、電圧極性は、基準電圧Ｖｓｓを基準として定められ、これよりも高電圧側を正極とし、これよりも低電圧側を負極とする。
【００１４】
走査線駆動回路３およびデータ線駆動回路４は、互いに協働することにより、表示部１を構成する各画素２の駆動を行う駆動部として機能する。走査線駆動回路３は、シフトレジスタ、出力回路等を主体に構成されており、走査線Ｙ１〜Ｙｎに走査信号を出力することによって、１Ｈ毎に、走査線Ｙ１〜Ｙｎを順番に選択していく。このような線順次走査により、１垂直走査期間（１Ｆ）において、所定の走査方向に（一般的には最上から最下に向かって）、データの書込対象となる画素行が順番に選択されていく。ここで、走査線Ｙ１〜Ｙｎに出力される走査信号の電圧レベルとしては、３値駆動を行う関係上、正負の選択電圧±Ｖｓｅｌおよび保持電圧Ｖｈｌｄの３値がある。走査線Ｙ１〜Ｙｎに印加する選択電圧±Ｖｓｅｌの極性は、１フレーム毎に反転するとともに、フリッカの低減等を図るべく、同一フレームにおいて、奇数番目の走査線Ｙと偶数番目の走査線Ｙとでは逆極性に設定される。
【００１５】
データ線駆動回路４は、シフトレジスタ、ラインラッチ回路、出力回路等を主体に構成されており、走査線駆動回路３と協働して、書込対象となる画素行に供給すべきデータを電圧レベルでデータ線Ｘ１〜Ｘｍに出力する。データ線駆動回路４は、１水平走査期間（１Ｈ）において、今回データを書き込む画素行に対するデータの一斉出力と、次の水平走査期間で書き込みを行う画素行に関するデータの点順次的なラッチとを同時に行う。ある１Ｈにおいて、データ線Ｘ１〜Ｘｍの本数に相当するｍ個のデータが順次ラッチされる。そして、次の１Ｈにおいて、ラッチされたｍ個のデータは、それぞれのデータ線Ｘ１〜Ｘｍに対して一斉に出力される。データ線Ｘ１〜Ｘｍに出力されるデータ信号の電圧レベルとしては、正負の信号電圧±Ｖｓｉｇがある。この信号電圧±Ｖｓｉｇのデータ振幅｜２Ｖｓｉｇ｜は、３Ｖ未満であることが条件となっており、より好ましい条件は２．５Ｖ以下である。信号電圧±Ｖｓｉｇのうち、どちらがオン電圧（液晶を駆動させる電圧）になるかは、走査線Ｙに印加される選択電圧±Ｖｓｅｌの極性に依存しており、これと逆極性の方がオン電圧となる。例えば、正の選択電圧＋Ｖｓｅｌが印加されている場合、負の信号電圧−Ｖｓｉｇがオン電圧となり、正の信号電圧＋Ｖｓｉｇはオフ電圧（液晶を駆動させない電圧）となる。
【００１６】
画素２の表示階調は、走査線Ｙに選択電圧±Ｖｓｅｌが印加される選択期間（１Ｈ）に占めるオン電圧の時間密度（すなわちオン・デューティ比）に依存している。図３に示したノーマリブラックモードで駆動するＶＡＮ液晶を例に説明する。まず、１Ｈの全期間に亘って、オフ電圧Ｖｏｆｆを印加した場合（オン・デューティ比＝０）、液晶電圧Ｖｌｃｄが電圧Ｖｗ（＝｜Ｖｓｅｌ−Ｖｓｉｇ｜−｜Ｖｔｈ｜）相当になるまで、ＴＦＤ素子２０がオンして、液晶素子２１に電荷が蓄積される。しかしながら、Ｖｌｃｄ＝Ｖｗの場合には、液晶層が駆動する閾電圧を超えないので、黒表示となる。一方、選択期間の一部でオン電圧Ｖｏｎを印加した場合（オン・デューティ比≠０）、黒表示時よりも多くの電荷が液晶素子２１に蓄積され、液晶電圧Ｖｌｃｄが液晶層の閾電圧を超える。これにより、液晶層が駆動して中間調（グレー）が表示される。そして、オン・デューティ比の増加に伴い、表示が白に近づいていく。
【００１７】
本実施形態によれば、リークを低減させることにより、コントラストの低下を抑制可能な３値駆動を実現できる。この点を図４から図６を参照しつつ説明する。図４は、３値駆動の説明図であり、負極の選択電圧−Ｖｓｅｌが印加されるケースを示している。ある画素２に接続された走査線Ｙの電圧をＶｃｏｍとし、この画素２に接続されたデータ線Ｘの電圧をＶｓｅｇとする。３値駆動は、Ｖｓｅｇ＝±Ｖｓｉｇに設定される点および、選択期間においてＶｃｏｍ＝±Ｖｓｅｌに設定される点で４値駆動と同様である。しかしながら、３値駆動は、選択期間を除く保持期間において１値のＶｈｌｄ（＝０Ｖ）に設定される点で、２値の±Ｖｈｌｄ（｜Ｖｈｌｄ｜≠０Ｖ）に設定される４値駆動と相違する。
【００１８】
図５は、電圧Ｖｓｅｇを基準とした電圧状態図である。同図に示すように、保持期間において、保持電圧Ｖｈｌｄを０Ｖに設定した関係上、ＴＦＤ素子２０に印加される印加電圧Ｖｔｆｄが比較的大きくなって、特にオン状態になる画素２の電圧を低下させる方向に電荷をリークさせる。したがって、ノーマリホワイトモードで駆動する液晶では黒が明るく浮いて、コントラストが低下する。コントラストの低下を抑制するためには、信号電圧±Ｖｓｉｇのデータ振幅｜２Ｖｓｉｇ｜を小さくして、リーク電流を減少させればよい。そこで、発明者は、実験やシミュレーション等を通じて、良好なコントラストが得られるデータ振幅について検討を行った。
【００１９】
図６は、検討結果として得られたデータ振幅に対するコントラストの特性図である。同図において、黒角点は３値駆動の特性を示し、白角点で示した特性は同一条件下における４値駆動の特性を示す。データ振幅が３Ｖ以上では、リーク電流に起因してコントラストが３００以下になって、良好な表示品質を得られないことが判明した。これに対して、データ振幅が３Ｖ未満では、３００以上のコントラストが得られ、特に、２．５Ｖ以下では７００程度のコントラストが得られることが判明した。２．５Ｖ〜３Ｖの範囲内で得られるコントラストは、画素間の隙間を小さくする構造的な工夫を表示パネルに施して、この隙間から漏れる光を少なくすれば、実用上の問題はないレベルであろう。なお、データ振幅の下限については、保持期間におけるＴＦＤ素子２０のリーク電流を抑制するという観点でいえば、原理的には、０Ｖより大きければよい。
【００２０】
なお、データ振幅を３Ｖ未満にする場合、このデータ振幅でも動作させることができる液晶、具体的には、上述した電圧差ΔＶが３Ｖ未満の光学的特性を有する液晶との組み合わせが必須となる。特に、電位差ΔＶが設定したデータ振幅以下となる液晶を用いれば、一層良好なコントラストを得ることができる。上述したＶＡＮ液晶は、急峻な光学的特性を有する代表的な液晶であり、要求される条件を満たす最良の実施形態である。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、ＳＨ液晶（Ｓｕｐｅｒ  Ｈｏｍｅｏｔｒｏｐｉｃ）等を含めて、複屈折モードで駆動する各種の液晶に対して適用可能である。
【００２１】
また、本実施形態によれば、回路構成の簡素化を図ることができる。すなわち、光学的特性が急峻なＶＡＮ液晶を用い、かつ、データ振幅を小さくすることで、データ線駆動回路４を低電圧化できる。したがって、データ線駆動回路４の低耐圧化、微細化およびＩＣチップの小型化を図ることができる。また、３値駆動は、４値駆動と比較して、走査線駆動回路３を構成する出力トランジスタ数やレベルシフタ回路数を低減できるほか、各出力の保持期間の電位を記憶するレジスタも不要になる。これらの理由から、電気光学装置の一層の低価格化を実現することが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態によれば、特性が急峻なＶＡＮ液晶を用いて、データ振幅を小さくすることで、低消費電力化を図ることが可能になる。表示パネルの消費電力は、その大半がセグメント電極とコモン電極との間の寄生容量によるもので、寄生容量にデータ振幅の２乗と信号電圧±Ｖｓｅｌの切替頻度とを乗じた値に比例する。したがって、例えば、データ振幅を現在の４Ｖから２．５Ｖに低下させた場合、現在の４０％程度の消費電力で済む。また、これを１．８Ｖまで低下させた場合には、現在の２０％程度の消費電力で済む。
【００２３】
なお、本発明は、図４に示した３値駆動に限定されるものではなく、例えば、リセット付の３値駆動に対しても適用可能である。リセット付の３値駆動では、選択期間の前半において、リセット電圧Ｖｒｓｔの印加が行われ、その後半において、選択電圧Ｖｓｅｌの印加が行われる。リセット電圧Ｖｒｓｔは、選択電圧Ｖｓｅｌとは逆極性であり、その絶対値｜Ｖｒｓｔ｜が選択電圧の絶対値｜Ｖｓｅｌ｜以上に設定される。なお、リセット電圧Ｖｒｓｔの具体的な設定手法については、特開平９−２６９４７５号公報に開示されているので、必要ならば参照されたい。
【００２４】
さらに、本実施形態に係る電気光学装置は、例えば、テレビ、プロジェクタ、携帯電話機、携帯端末、モバイル型コンピュータ、パーソナルコンピュータ等を含む様々な電子機器に実装可能である。これらの電子機器に上述した電気光学装置を実装すれば、電子機器の商品価値を一層高めることができ、市場における電子機器の商品訴求力の向上を図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、二端子型スイッチング素子を含む画素の３値駆動において、リーク電流を減少させることにより、コントラストの低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気光学装置のブロック構成図。
【図２】画素の等価回路図。
【図３】ＶＡＮ液晶の特性図。
【図４】３値駆動の説明図。
【図５】Ｖｓｅｇを基準とした電圧状態図。
【図６】データ振幅に対するコントラストの特性図。
【符号の説明】
１  表示部
２  画素
３  走査線駆動回路
４  データ線駆動回路
５  電圧生成回路
２０  ＴＦＤ素子
２１  液晶素子
２２  走査電極
２３  信号電極
【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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