(57)【要約】【課題】  表示画像の階調性と信頼性を両立し高め、明るさを十分得ることが可能な液晶画像表示装置の駆動方法及び駆動回路を提供する。【解決手段】  液晶画像表示装置の表示部４２において、液晶画像表示装置の画素電極には駆動回路部４１からのデジタル信号を加え、液晶画像表示装置の対向電極には閾値電圧を設定したアナログ変換回路４３からの信号を用いるようにする。表示画像の階調性と信頼性を両立し高め、明るさを十分得ることが可能な液晶画像表示装置を提供する。【選択図】      図２
2007102158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素電極に対して共通に対向電極を配置してマトリクス状に複数の画素を形成すると共に、前記複数の画素電極に供給する画像信号の各フレームを１フレーム期間より短期間であるサブフレームに分割し、前記サブフレームを画素電極駆動手段により前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオンまたはオフして、前記画像信号に基づいた各フレームの画像を表示する表示手段に表示させるようにした液晶画像表示装置において、
２本の外部電極端子が配置され、前記２本の外部電極端子には前記液晶画像表示装置の駆動回路のデジタル出力のハイレベルおよびローレベルの２値が付与され、入力側が列信号電極駆動手段に接続されると共に、その出力側が前記複数の画素電極に接続されて、前記画素電極駆動手段より入来する画像信号のデータを保持する複数のサンプルホールド部と、
前記各サンプルホールド部からの複数の出力を前記２本の外部電極端子の信号電圧により選択し前記画素電極に供給するスイッチ部と、
前記スイッチ部の出力を前記サンプルホールド部のデータに依存せず前記全画素電極に同時に所定の電圧を付与するリセット部と、
を備えたことを特徴とする液晶画像表示装置。
【請求項２】
複数の画素電極に対して共通に対向電極を配置してマトリクス状に複数の画素を形成すると共に、前記複数の画素電極に供給する画像信号の各フレームを１フレーム期間より短期間であるサブフレームに分割し、前記サブフレームを画素電極駆動手段により前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオンまたはオフして、前記画像信号に基づいた各フレームの画像を表示する表示手段に表示させるようにした液晶画像表示装置の駆動方法であって、
２本の外部電極端子が配置され、前記２本の外部電極端子には前記液晶画像表示装置の駆動回路のデジタル出力のハイレベルおよびローレベルの２値が付与され、入力側が列信号電極駆動手段に接続されると共に、その出力側が前記複数の画素電極に接続されて、前記画素電極駆動手段より入来する画像信号のデータを保持する複数のサンプルホールド部からの複数の出力を前記２本の外部電極端子の信号電圧によりスイッチ部により選択し前記画素電極に供給するようにしたことを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
【請求項３】
請求項２に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記全てのサブフレームがオンのときに前記液晶画像表示装置の透過率が最大となるよう各サブフレームの表示期間を設定することを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
【請求項４】
請求項２に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記各フレームのすべての期間に前記画素電極に付与する電圧とは異なり、且つ、前記液晶画像表示装置の透過率特性の予め決められた閾値電圧に応じた電圧を前記対向電極に付与することを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
【請求項５】
請求項２に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記対向基板電極に付与される電圧は前記画素電極に付与する電圧とは異なる複数からなり、それぞれの電圧付与期間を選択することにより、前記透過率特性の閾値電圧を設定することを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
【請求項６】
請求項２に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記対向基板電極に付与される電圧は画素電極の電圧に対し正極、及び負極からなり、１個以上のサブフレーム、または複数個のフレーム期間でその正極、負極の実効電圧値は略同一であることを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶画像表示装置及びその駆動方法に関し、特に、投射型のディスプレイやビューファインダ、ヘッドマウントディスプレイ等に設けられる液晶表示素子等の液晶画像表示装置をパルス幅変調で駆動して階調性を高くした液晶画像表示装置及びその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、液晶画像表示装置として、液晶を用いたアクティブマトリクス型の液晶画像表示装置が知られている。この液晶画像表示装置の階調表示方法として、代表的には、アナログ階調駆動方法とデジタル駆動方法とがある。アナログ階調駆動方法では、１フレーム中では連続して電圧を液晶に加え、この駆動電圧を任意に設定することにより階調表現を行う。
また、特許文献１、特許文献２、特許文献３に開示されるようなデジタル階調駆動方法においては、液晶に加える電圧はハイレベル、ローレベルと２値化された信号電圧を加え、１フレーム中で分割された複数のサブフレームからなり、その各サブフレームのオン、オフの組み合わせにより階調表現を行う。この方式はアナログ駆動方式と比較し外部ノイズの影響を受けにくく、各種配線抵抗などの不均一に基づく表示ムラが発生しにくいため、高品質な画像表示が可能である。特に、特許文献１においては、各サブフレームにおいて、液晶を駆動する電圧を正極、負極と反転させ、いかなるデータが入力されても、１個のサブフレームにおいて液晶に加わる電圧が"０"となるようにしている。そのため、各サブフレームの表示期間は自由に設定でき、これにより階調性の高い、信頼性の高い特性を得るようにしている。
【０００３】
【特許文献１】ＵＳ２００４/０１７４３２８  Ａｌ
【特許文献２】ＵＳ  ５４７１２２５
【特許文献３】ＷＯ０１／０２４１５５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１において示された液晶表示装置においては、図１に示すように画像信号を信号処理回路３４で所定のデジタル信号に変換するが、液晶を駆動させる電圧値はアナログ変換回路３３において液晶表示装置の特性に応じて任意に設定する。
液晶に加える実効電圧と入射した光が液晶で変調され、透過または反射されて出射される光の明るさの関係を図４に示す。信号処理回路３４からローレベル０ＶとハイレベルＶddのデジタル信号が出力され、アナログ変換回路３３に入力され、それぞれ駆動電圧を大きくしたときに表示部３２が明るくなり始める閾値電圧Ｖth、明るさが最大となる飽和電圧Ｖsatに変換される。表示部３２の外部から各画素電極に接続される第１電圧供給電極Ｖ０、第２電圧供給電極Ｖ１のそれぞれに閾値電圧Ｖthと飽和電圧Ｖsatを加える。また、信号処理回路３４からローレベル０ＶとハイレベルＶddのデジタル信号が出力され、アナログ変換回路３３に入力され、画素電極電圧とは異なる対向電圧Ｖcn、Ｖciが対向電極ＶＣに加わる。このアナログ変換回路３３は、図３に示すような構成からなり、信号処理回路３４から出力されるデジタル信号をＤ／Ａ変換部によりアナログ電圧に変換し、設定された閾値電圧Ｖth、飽和電圧Ｖsatをマルチプレクサを通じて選択信号により選択することにより、図６のようなデジタル信号がアナログ変換回路３３において、図７に示すようなローレベルが閾値電圧Ｖth、ハイレベルが飽和電圧Ｖsatの２値化された信号に変換される。そのため、アナログ変換回路３３が複雑になってコスト高になる、また駆動回路部の規模が大きくなるという問題があった。
また、図５に示すように画素部回路において黒表示期間を発生するための機能がないため、各サブフレームの液晶駆動期間を任意に設置してその組み合わせにより階調性を高めることができない、さらに電圧調整部分を含むため画素部のトランジスタ数がふえ画素ピッチを小さくできないなどの問題があった。
【０００５】
特許文献２において示された液晶表示装置においては、画素部のメモリーがデジタルデータを記憶し、このデジタルデータが画素電極に直接出力されるため、アナログ変換回路のような機能は必要ではない。従って、回路構成は簡略化されるが、液晶を駆動する期間が任意に設定できないため階調精度に問題があり、液晶に加える電圧を正極、負極と交互に設定しＤＣ成分をキャンセルことができないため、信頼性に問題があった。
【０００６】
特許文献３において示された液晶表示装置においては、画素電極及び対向電極に駆動回路部のデジタル信号を加える。図７に示すようにオン状態であるデジタル信号のハイレベルＶddとオフ状態であるローレベル０Ｖを液晶に加える。１フレームにおいて、第１の期間Ｔ１において複数のサブフレームに分割し階調に応じて各画素電極の電圧のオン、オフを制御し、第２の期間Ｔ２においては透過率の閾値電圧Ｖthを得るように全画素の電極の電圧をオン、オフとする。この方式においては、回路系は簡素化するが、第２の期間Ｔ２においては黒表示状態となるため、サブフレームが全部オンとなる状態の明るさは、サブフレームが１フレーム全体にわたってオンする方式に比べ暗くなり、サブフレーム数が少なくなるため階調精度の問題があった。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑みなされたもので、液晶の画素電極に駆動回路部からのデジタル信号を加え、液晶の対向電極に簡素化されたアナログ変換回路を用いることにより、低コスト、省スペースを可能にする。また、駆動回路部から出力されるデジタル信号を直接画素電極に加え過渡応答を高速化し、液晶表示期間の合計を液晶画像表示装置の透過率の最大値が得られるように設定することにより、表示画像の階調性と信頼性を両立し高め、明るさを十分得ることが可能な液晶画像表示装置の駆動方法及び駆動回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の１）〜６）に記載手段よりなる。
すなわち、
１）複数の画素電極に対して共通に対向電極を配置してマトリクス状に複数の画素を形成すると共に、前記複数の画素電極に供給する画像信号の各フレームを１フレーム期間より短期間であるサブフレームに分割し、前記サブフレームを画素電極駆動手段により前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオンまたはオフして、前記画像信号に基づいた各フレームの画像を表示する表示手段に表示させるようにした液晶画像表示装置において、
２本の外部電極端子が配置され、前記２本の外部電極端子には前記液晶画像表示装置の駆動回路のデジタル出力のハイレベルおよびローレベルの２値が付与され、入力側が列信号電極駆動手段に接続されると共に、その出力側が前記複数の画素電極に接続されて、前記画素電極駆動手段より入来する画像信号のデータを保持する複数のサンプルホールド部と、
前記各サンプルホールド部からの複数の出力を前記２本の外部電極端子の信号電圧により選択し前記画素電極に供給するスイッチ部と、
前記スイッチ部の出力を前記サンプルホールド部のデータに依存せず前記全画素電極に同時に所定の電圧を付与するリセット部と、
を備えたことを特徴とする液晶画像表示装置。
２）複数の画素電極に対して共通に対向電極を配置してマトリクス状に複数の画素を形成すると共に、前記複数の画素電極に供給する画像信号の各フレームを１フレーム期間より短期間であるサブフレームに分割し、前記サブフレームを画素電極駆動手段により前記画像信号の階調レベルに応じて選択的にオンまたはオフして、前記画像信号に基づいた各フレームの画像を表示する表示手段に表示させるようにした液晶画像表示装置の駆動方法であって、
２本の外部電極端子が配置され、前記２本の外部電極端子には前記液晶画像表示装置の駆動回路のデジタル出力のハイレベルおよびローレベルの２値が付与され、入力側が列信号電極駆動手段に接続されると共に、その出力側が前記複数の画素電極に接続されて、前記画素電極駆動手段より入来する画像信号のデータを保持する複数のサンプルホールド部からの複数の出力を前記２本の外部電極端子の信号電圧によりスイッチ部により選択し前記画素電極に供給するようにしたことを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
３）２）に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記全てのサブフレームがオンのときに前記液晶画像表示装置の透過率が最大となるよう各サブフレームの表示期間を設定することを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
４）２）に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記各フレームのすべての期間に前記画素電極に付与する電圧とは異なり、且つ、前記液晶画像表示装置の透過率特性の予め決められた閾値電圧に応じた電圧を前記対向電極に付与することを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
５）２）に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記対向基板電極に付与される電圧は前記画素電極に付与する電圧とは異なる複数からなり、それぞれの電圧付与期間を選択することにより、前記透過率特性の閾値電圧を設定することを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
６）２）に記載の液晶画像表示装置の駆動方法であって、
前記対向基板電極に付与される電圧は画素電極の電圧に対し正極、及び負極からなり、１個以上のサブフレーム、または複数個のフレーム期間でその正極、負極の実効電圧値は略同一であることを特徴とする液晶画像表示装置の駆動方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の液晶画像表示装置及びその駆動方法によれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
液晶の画素電極に駆動回路部からのデジタル信号を加え、液晶の対向電極に簡素化されたアナログ変換部からの出力電圧を加えることにより、駆動回路部の低コスト、省スペースを可能にする。
また、駆動回路部から出力されるデジタル信号を直接画素電極に加え過渡応答を高速化し、液晶駆動期間の合計を液晶画像表示装置の明るさの最大値が得られるように設定することにより、表示画像の階調性と信頼性を両立し高め、明るさを十分得ることが可能な液晶画像表示装置の駆動方法及び駆動回路を提供することができる。
液晶の画素電極に駆動回路部からのデジタル信号を加え、液晶の対向電極に簡素化されたアナログ変換部を用いることにより、低コスト、省スペースを可能にする。また、画素に加える電圧はデジタル信号とし、休止期間を設定し液晶駆動期間の合計を液晶画像表示装置の最大値が得られるように設定することにより、表示画像の階調性と信頼性を両立し高めることが可能な液晶画像表示装置の駆動方法及び駆動回路を提供することにある。
液晶の画素電極に駆動回路部からのデジタル信号を加え、液晶の対向電極に簡素化されたアナログ変換部からの出力電圧を与えることにより、駆動回路部の低コスト、省スペースを可能にする。
また、駆動回路部から出力されるデジタル信号を直接画素電極に加え過渡応答を高速化し、液晶駆動期間の合計を液晶画像表示装置の明るさの最大値が得られるように設定することにより、表示画像の階調性と信頼性を両立し高め、明るさを十分得ることが可能な液晶画像表示装置及びその駆動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る液晶画像表示装置及びその駆動方法の発明を実施するための最良の形態につき、好ましい実施例により説明する。
本発明において、前提となる液晶画像表示装置の液晶の駆動方式は“デジタル方式”であるが、この方式について実効的に液晶に加わる“実効値電圧”と画素電極と対向電極に与える電圧の関係について説明する。
複屈折異方性をもつ液晶分子を動作させ、液晶に入射する光の強度を制御するためには、液晶に加える実効値電圧を制御する必要がある。
【００１１】
時間０と時間Ｔの間における実効値電圧ＶRMSは
【数１】
2007102158.tif 000003
で定義される。
図５において、対向電極に与えられる電圧は０Ｖに固定し、画素電極に与えられる電圧を図中の実線で与えるとすると、時間０と時間Ｔの間において液晶に加わる実効値電圧ＶRMSは
【数２】
2007102158.tif 000004
で与えられる。
図６において、対向電極に与えられる電圧はＶthに固定し、画素電極に与えられる電圧を図中の実線で与えるとすると、時間０と時間Ｔの間において液晶に加わる実効値電圧ＶRMSは
【数３】
2007102158.tif 000005
で与えられる。
従って、１フレーム内において間欠的に所定の期間、液晶を駆動する場合は、各サブフレームにおいて液晶に与える電圧と駆動期間の平方根の積を各サブフレームについて足し合わせたものとなる。
【００１２】
図８は一般的な液晶画像表示装置を含む画像表示システムを示す概略構成図、図９は本発明の液晶画像表示装置の表示部の実施例を示すブロック構成図、図１０は液晶画像表示装置の表示部における１個の画素の画素駆動回路の一例を示すブロック図である。図１１は液晶画像表示装置の表示部における１個の画素の画素駆動回路の一例を示す図である。
【００１３】
まず、図８に基づいて画像表示システムについて説明する。図８は液晶を用いたアクティブマトリクス型の画像表示システムの一例を示す。図８中において、この画像表示システムは、光学系２と液晶画像表示装置４とにより主に構成される。光学系２は、ここでは偏光ビームスプリッタ６と投射レンズ８とを有しており、この投射レンズ８を通った光をスクリーン９に投射してここに表示画像を投映できるようになっている。尚、図８中の光路上において"・"印は入射面に平行なＳ成分を示し、"−"印は入射面に直行するＰ成分を示す。また上記液晶画像表示装置４は、複数の画素電極ＰＥと、これに対向して共通に設けられる透明な対向電極ＣＥと、これらの画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとの間に封入された液晶ＬＣとにより、主に構成されている。
【００１４】
Ｐ成分とＳ成分とからなる入射光Ｌ１が、偏光ビームスプリッタ６に入って反射し、液晶画像表示装置４に向けて出射する。この出射光はＳ成分のみであり、このＳ成分の光は、液晶画像表示装置４の液晶ＬＣにおいて画像信号に応じた変調を受けて、この液晶画像表示装置４から出射される。
従って、この出射光はＰ成分とＳ成分とからなる。この出射光が再度、偏光ビームスプリッタ６に入射してこれを直進して通過すると出射光Ｌ２はＰ成分のみとなり、このＰ成分の出射光Ｌ２が投射レンズ８を介してスクリーン９上に表示画像が投映されることになる。尚、上記画素電極ＰＥは後述するトランジスタよりなる画素駆動回路により動作される。
【００１５】
次に、図２、図１０を参照して液晶画像表示装置４の構成について説明する。図２は本実施例における液晶画像表示装置４の駆動部４１と表示部４２を示す概略構成図である。画像信号を信号処理回路４４によりデジタル信号であるサブフレームデータに変換し、表示部４２に与える。また、画素電極に接続される外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂ，ＶＲＳＴには信号処理回路４４からのデジタル信号を与える。対向電極ＶＣには信号処理回路４４からのデジタル信号をアナログ変換回路４３に与え表示部４２の液晶に与える実効値電圧と透過率の関係から対向電極電圧を設定する。
液晶画像表示装置４において画像を表示する液晶画像表示部４２は、列信号電極駆動回路１４、行走査電極駆動回路１６、表示手段１２からなる。ここで、列信号電極駆動回路１４は、内部に水平方向に延びるデータシフトレジスタ１４Ａを有し、各列信号電極Ｄ（Ｄ１，Ｄ２，・・・，Ｄｉ）に対して、そのデータを反転した反転データを画素に供給する反転列信号電極ＸＤ（ＸＤ１，ＸＤ２，・・・，ＸＤｉ）を有しており、対応する列信号電極と平行に設けられている。また、行走査電極駆動回路１６は、内部に全表示行数に相当する段数のラインシフトレジスタ１６Ａを有し、全表示行数に相当する行走査電極Ｗ（Ｗ１，Ｗ２，・・・，Ｗｊ）が列信号電極Ｄ，ＸＤとは直行して配列される。各列信号電極Ｄと行走査電極Ｗの交差部には、表示画素ＰＸが配置されている。
【００１６】
このような構成の列信号電極駆動回路１４では、図示しない駆動タイミングパルス発生回路により供給される水平スタ−ト信号ＨＳＴ及び水平シフトクロックＨＣＫにより水平方向のデータシフトレジスタが駆動され、各サブフレーム毎に入力された表示データを順次列信号電極Ｄ１，ＸＤ１，Ｄ２，ＸＤ２，・・・・、Ｄｉ，ＸＤｉにサンプリングする。一方、行走査電極回路１６は、全表示行数に相当する段数を有するラインシフトレジスタ１６Ａを含んで構成されている。ラインシフトレジスタ１６Ａは、図示しない駆動タイミングパルス発生回路より供給される、各サブフレームのスタート信号と同期した垂直スタ−ト信号ＶＳＴ及び水平期間に同期した垂直シフトクロックＶＣＴにより駆動され、行走査電極Ｗ１，Ｗ２，・・・，Ｗｊに対して１水平期間毎に順次パルスを出力する。その結果、行走査電極Ｗ１，Ｗ２，・・・Ｗｊに接続された画素部のサンプルホ−ルド回路に１行ずつ表示デ−タが保持される。
【００１７】
次に１つの画素に対応する画素駆動回路の一例を図１１及び図１２を参照して説明する。この画素駆動回路は、列信号電極駆動回路１４より供給される画表示データを保持するサンプルホールド部５０と、サンプルホールド部５０からの出力データをスイッチ部６０を通じて画素電極ＰＥに電圧を出力する。サンプルホールド部５０は、１個または複数のＤＲＡＭ回路またはＳＲＡＭ回路からなる。
スイッチ部６０は、サンプルホールド部５０から出力されるデータとアースに接続された０Ｖを外部制御電極に与えられる信号処理回路４４からのデジタル信号により選択し、画素電極に与える。
【００１８】
具体的には，上記サンプルホールド部５０は、直列に接続された２つのスイッチングトランジスタＴｒ５１，Ｔｒ５２を有し、両方のスイッチングトランジスタのゲートを行走査電極Ｗに接続する。またスイッチングトランジスタＴｒ５１のソースを列信号電極Ｄに、スイッチングトランジスタＴｒ５２のソースを反転列信号電極ＸＤに接続している。そして各スイッチングトランジスタＴｒ５１，Ｔｒ５２の出力側には、保持容量Ｃ５１，Ｃ５２がそれぞれアースとの間で接続されている。保持容量Ｃ５１，Ｃ５２に保持された電圧をスイッチ部６０に出力する。
【００１９】
スイッチ部６０は、ｎチャネルトランジスタＴｒ６１とｐチャネルトランジスタＴｒ６２からなるトランファーゲートと、ｐチャネルトランジスタＴｒ６３とｎチャネルトランジスタＴｒ６４からなるトランファーゲートからなる。保持容量Ｃ５１，Ｃ５２に保持された電圧は、２個のトランスファーゲートに入力される。また、外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂはトランスファーゲートを構成するトランジスタの各ゲートに接続される。
外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂに与える制御信号はデジタル信号である。外部制御電極Ｖ１Ａと外部制御電極Ｖ１Ｂに与える電圧は反転関係に設定する。外部制御電極Ｖ１Ａに与える電圧レベルがハイ状態の場合、常に外部制御電極Ｖ１Ｂに与える電圧レベルはロー状態と設定し、外部制御電極Ｖ１Ａに与える電圧レベルがロー状態の場合、常に外部制御電極Ｖ１Ｂに与える電圧レベルはハイ状態と設定し、保持容量Ｃ５１に保持された電圧がトランジスタＴｒ６１及びトランジスタＴｒ６２からなるトランスファ−ゲートを通じて画素電極ＰＥに与えるよう動作する。また同時に、外部制御電極Ｖ２Ａと外部制御電極Ｖ２Ｂに与える電圧も反転関係に設定する。外部制御電極Ｖ２Ａに与える電圧レベルがハイ状態の場合、常に外部制御電極Ｖ２Ｂに加える電圧レベルはロー状態と設定し、外部制御電極Ｖ２Ａに与える電圧レベルがロー状態の場合、常に外部制御電極Ｖ２Ｂに与える電圧レベルはハイ状態と設定し、保持容量Ｃ５２に保持された電圧がトランジスタＴｒ６３及びトランジスタＴｒ６４からなるトランスファ−ゲートを通じて画素電極ＰＥに与えるよう動作する。
画素電極の電圧をＯＶにリセットするリセットトランジスタＴｒ６５のゲートには外部リセット電極ＶＲＳＴが接続されリセットトランジスタＴｒ６５がオンの場合、画素電極の電圧は０Ｖに設定される。保持容量Ｃ５１とＣ５２に保持されたデータを外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂに与えられる制御信号と外部リセット電極ＶＲＳＴに与えられるリセット信号により画素電極に与える電圧を設定する
【００２０】
この動作を全ての行について行い、全画素の保持容量Ｃ５１，Ｃ５２にデータが保持される。複数の列信号電極及び反転列信号電極Ｄ１，ＸＤ１，Ｄ２，ＶＤ２，・・・Ｄｉ，ＸＤｉを通じて全画素の保持容量Ｃ５１,Ｃ５２にデータが保持される時間をデータアドレス期間とする。保持容量Ｃ５１，Ｃ５２に保持されたデータを外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａ，Ｖ２Ｂに与えられる制御信号と外部リセット電極ＲＳＴに与えられるリセット信号により画素電極に与える電圧を設定する。
【００２１】
さて、以上のように構成された液晶画像表示装置の動作について、図１３、図１４、図１５、図１６に示す電圧波形のタイミングチャートも参照して説明する。図１３、図１４、図１５、図１６は画素駆動回路中の各部の電圧波形をそれぞれ示すタイミングチャートである。各サブフレームは、列信号電極駆動回路１４から全画素にデータが転送されるデータアドレス期間と、その転送されたデータに基づき液晶を駆動させデータを表示する表示期間からなる。各サブフレームにおいてデータアドレス期間は同一であり、表示期間は異なる。
【００２２】
図１３に外部制御極Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａに加える電圧、画素電極電圧と対向電極電圧のタイミングチャートを示す。１フレーム中各サブフレーム期間は連続し、１フレーム期間中表示する最終のサブフレーム期間が終了した後、２フレーム期間が開始するまでの期間は１サブフレーム期間より短く設定する。各電圧に対して、実線及び破線はそれぞれ液晶駆動電圧の正極、負極に対応している。
図１３の実線において、データアドレス期間では、黒表示状態とするため、２個のトランスファーゲートの出力を遮断状態で、リセットトランジスタＴｒ６５をオンとするためにＶ１Ａ電極、Ｖ２Ｂ電極にロー状態、Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａにはハイ状態を加え、リセット電極ＶＲＳＴにはハイ状態を加え、画素電極ＰＥに０Ｖを加え、対向電極ＣＥには−Ｖｔｈ1電圧を加える。表示期間においては、液晶を所定期間駆動させるため、Ｖ１Ａ電極、Ｖ２Ａ電極にハイ状態、Ｖ１Ｂ電極、Ｖ２Ｂ電極にロー状態、対向電極には−Ｖth1電圧を加え保持容量Ｃ５１のデータがハイ状態であれば液晶にはＶdd＋Ｖth1、保持容量Ｃ５１のデータがロー状態であれば液晶には＋Ｖth1が加わる。この状態では、実効値としての閾値電圧はＶth1であり、液晶のセルギャップ、液晶材料などによる閾値電圧を設定するためには、＋Ｖth1を外部回路により設定する。
【００２３】
図１３の破線においては液晶駆動電圧が実線の正極から反転した負極になるよう、各電圧が設定される。画素電極電圧及び対向電極電圧は実線で示される液晶に正極を与える期間から破線で示される液晶に負極を与える期間に、また破線で示される液晶に負極を与える期間から実線で示される液晶に正極を与える期間に同時に反転し、液晶に正極を与える期間と負極を与える期間は等しくなるよう設定し、液晶に与える電圧を正極、負極と時間的に打ち消してＤＣ成分をキャンセルし、液晶の信頼性を高めるために行う。この期間は、例えば、１フレーム中における最初のサブフレームＳＦ１から最終のサブフレームまで連続して液晶に正極が加え、次の１フレーム中における最初のサブフレームＳＦ１から最終のサブフレームまで連続して液晶に負極を加え、２フレームにわたってデータアドレス期間における閾値実効電圧とデータを表示する液晶駆動電圧が正極、負極と時間的に打ち消して液晶に与えられるＤＣ成分をキャンセルする。
【００２４】
この期間は、例えば、図１４に示すように各サブフレームのアドレス期間において、画素電極電圧が０Ｖ、対向電極電圧がアドレス期間の前半で−Ｖth1、アドレス期間の後半で＋Ｖth1と設定し、それぞれの期間において閾値実効電圧が同じで負極から正極と時間的に打ち消して、アドレス期間において液晶に与えるＤＣ成分をキャンセルする。また、各サブフレームの液晶表示期間の前半と後半で外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａ及びＶ１Ｂ，Ｖ２Ｂに与える電圧をそれぞれハイ状態またはロー状態からそれぞれロー状態またはハイ状態へ反転させ、保持容量のデータが同一で画素電極電圧をハイ状態またはロー状態からそれぞれロー状態またはハイ状態へ反転させる。これと同時に各サブフレームの液晶表示期間の前半と後半で、対向電極電圧に加える電圧を−Ｖth1またはＶdd＋Ｖth1からそれぞれＶdd＋Ｖth1または−Ｖth1へ反転させる。その結果、表示期間の前半と後半においてデータのハイ状態、ロ−状態によらず液晶駆動実効電圧が同じで正極から負極へまたは負極から正極へと時間的に打ち消して液晶に与えるＤＣ成分をキャンセルする。従って、１サブフレームにおいて液晶に与える電圧のＤＣ成分はキャンセルされ、２サブフレーム、・・・とサブフレーム数が増加しても同様に動作し、各サブフレームで液晶に与えるＤＣ成分がキャンセルされる。
【００２５】
図１５に外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａに与える電圧、画素電極電圧と対向電極電圧のタイミングチャートを示す。１フレーム中各サブフレーム期間は連続し、１フレーム期間中表示する最終のサブフレーム期間が終了した後、２フレーム期間が開始するまでの期間は１サブフレーム期間より短く設定する。各電圧に対して、実線及び破線はそれぞれ液晶駆動電圧の正極、負極に対応している。図１５の実線において液晶駆動電圧が正極の場合、データアドレス期間では、黒表示状態とするため、２個のトランスファーゲートの出力を遮断状態で、リセットトランジスタＴｒ６５をオンとするために外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ２Ｂにロー状態、外部制御電極Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ａにはハイ状態を与え、リセット電極ＶＲＳＴにはハイ状態、画素電極ＰＥに０Ｖ、対向電極ＣＥには−Ｖｔｈ2を与える。その結果、データアドレス期間においては液晶には−Ｖth2が与えられる。表示期間においては、液晶を所定期間駆動させるため、外部制御端子Ｖ１Ａ、Ｖ２Ａにハイ状態、Ｖ１Ｂ，Ｖ２Ｂにロー状態、対向電極には−Ｖth1を与える。保持容量Ｃ５１のデータがハイ状態であれば液晶にはＶdd＋Ｖth1、保持容量Ｃ５１のデータがロー状態であれば液晶には＋Ｖth1が加わる。
【００２６】
この状態では、１フレーム期間における実効値としての閾値実効電圧は、アドレス期間の合計をＴadr、液晶表示期間の合計をＴlc、１フレーム期間をＴ、１フレーム期間中のサブフレーム数をＳＦ数とすると、
【数４】
2007102158.tif 000006
となり、液晶のセルギャップ、液晶材料などに対応する閾値実効電圧を設定するためには、対向電極ＣＥに加える−Ｖth1と−Ｖth2を外部回路により設定する。図１５の破線においては液晶駆動電圧が実線の正極から反転した負極になるよう、各電圧が設定される。画素電極電圧及び対向電極電圧は実線で示される液晶に正極を与える期間から破線で示される液晶に負極を与える期間に、また破線で示される液晶に負極を与える期間から実線で示される液晶に正極を与える期間に同時に反転し、液晶に正極を与える期間と負極を与える期間が等しくなるよう設定し、液晶に与える電圧を正極、負極と時間的に打ち消してＤＣ成分をキャンセルし、液晶の信頼性を高めるために行う。この期間は、複数フレームにわたって設定してもよいし、１サブフレームまたは複数サブフレームにわたって設定してもよい。
【００２７】
図１６に外部制御電極Ｖ１Ａ，Ｖ２Ａに与える電圧、画素電極電圧と対向電極電圧のタイミングチャートを示す。１フレーム中各サブフレーム期間は連続し、１フレーム期間中表示する最終のサブフレーム期間が終了した後、２フレーム期間が開始するまでの期間は１サブフレーム期間より短く設定する。各電圧に対して、実線及び破線はそれぞれ液晶駆動電圧の正極、負極に対応し反転の関係にある。図１６の実線において液晶駆動電圧が正極の場合、データアドレス期間では黒表示状態とするため、２個のトランスファーゲートの出力を遮断状態で、リセットトランジスタＴｒ１７をオンとするために外部制御電極Ｖ１Ａ、Ｖ２Ｂにロー状態、外部制御電極Ｖ１Ｂ、Ｖ２Ａにはハイ状態を与え、リセット電極ＶＲＳＴにはハイ状態、画素電極ＰＥに０Ｖ、対向電極ＣＥには−Ｖth2電圧を前もって設定された期間tadr(t)与え、残りのデータアドレス期間においては対向電極ＣＥに−Ｖth1電圧を与える。
【００２８】
この状態では、１フレーム期間における実効値としての閾値実効電圧は、アドレス期間の合計をＴadr、液晶表示期間の合計をＴlc、１フレーム期間をＴ、１フレーム期間中のサブフレーム数をＳＦ数とすると、
【数５】
2007102158.tif 000007
となり、液晶のセルギャップ、液晶材料などによる閾値実効電圧を設定するためには、対向電極ＣＥが−Ｖth2となるＴadr(t)の期間と＋Ｖth1を外部回路により設定する。従って、この実施例においては対向電極ＣＥが−Ｖth2となるＴadr(t)の期間を設定することにより、閾値実効電圧を任意に設定することが可能である。対向電極図１６の破線においては実線とは電圧的な反転関係にあり、画素電極電圧及び対向電極電圧は実線で示される液晶に正極を与える期間から破線で示される液晶に負極を与える期間に、また破線で示される液晶に負極を与える期間から実線で示される液晶に正極を与える期間に同時に反転し、液晶に正極を与える期間と負極を与える期間は等しくなるよう設定し、液晶に与える電圧を正極、負極と時間的に打ち消してＤＣ成分をキャンセルし、液晶の信頼性を高めるために行う。この期間は、複数フレームにわたって設定してもよいし、１サブフレームまたは複数サブフレームにわたって設定してもよい。
【００２９】
上記の対向電極の電圧変化を実現するためのアナログ変換回路４３を図１７に示す。駆動部４１ら出力される複数のデジタル電圧をオペアンプの加算、減算機能を使用し、必要な対向電極電圧をつくり、時間的に変化させることにより閾値実効電圧を設定する。
オペアンプの出力Ｅｏは、オペアンプの入力端子＋側の抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、オペアンプの入力端子−側の抵抗Ｒ１´，Ｒ２´，Ｒ３´、オペアンプの入力端子−側と出力端子を抵抗Ｒｆで接続すると、
【数６】
2007102158.tif 000008
【数７】
2007102158.tif 000009
により与えられる。
【００３０】
表１に、アナログ変換回路４３における入力電圧と出力電圧の関係を示す。
【００３１】
【表１】
2007102158.tif 000010
【００３２】
例えば表１におけるように、出力電圧Ｅoである（Vdd+Vth2）を+3.9V、（Vdd+Vth1）を+3.6V、Vddを+3.3V、-Vth1を-0.3V、-Vth2を-0.6V、また、0Vに設定する場合、オペアンプの各抵抗値をＲ1: 10kΩ，Ｒ2: 100kΩ，Ｒ3: 100kΩ，Ｒ1´: 10kΩ，Ｒ2´: 100kΩ，Ｒ3´: 100kΩ，Ｒf: 10kΩとし、駆動回路部のデジタル出力電圧のハイレベルＨが3.3V、ローレベルＬが0Vとすると、表１のように入力Ei1，Ei2，Ei3，Ei1'，Ei2'，Ei3'のレベルを組み合わせて実現できる。
液晶のセルギャップ、液晶材料などによるしきい値電圧の多様な変化に対応するためには、各抵抗値、特にR２，R3，R2'，R3'の値とEi1，Ei3，Ei2'，Ei3'のハイレベルの設定期間を（５）式に従って設定することにより実現できる。
従って、従来方法では閾値電圧を設定するのにＤ／Ａコンバーター、アナログスイッチ、オペアンプなどが複数必要となり、そのため、アナログ変換部が複雑になってコスト高になる、また駆動回路部の規模が大きくなるという問題があったが、本発明においてはオペアンプ１個のみで従来と同じ機能が実現できることにより、コストが低減でき、駆動回路部の規模を小さくすることができる。
【００３３】
前節まで、閾値実効電圧Ｖthを任意に設定する方法を説明した。次に、画素電極に与える電圧を駆動回路部の出力、Ｖdd、０Ｖの２値とし、表示期間を設定することにより液晶に与える実効値電圧を設定し階調性を得るための方法を説明する。表２に、サブフレームと階調選択数との関係を示す
【００３４】
【表２】
2007102158.tif 000011
【００３５】
表２にサブフレームパターンを示す。本実施例においては、１フレームにおけるサブフレーム数は２３からなり、表示期間はそれぞれ相対的な値であり、液晶画像表示装置の構成に応じて各サブフレームの最大表示期間が設定され、最大表示期間の範囲において任意に表示期間を設定できる。各サブフレームの表示期間において、画素電極にＶddを与え液晶分子を初期状態から傾け表示部からそれに応じた明るさが得られるオン状態を１で示し、各サブフレームの表示期間において、画素電極に０Ｖを与え液晶分子を初期状態のままで表示部から明るさが得られないオフ状態は空欄で表示される。また、全サブフレームの表示期間の合計は６７９であり、各サブフレームの表示期間を０から１，２，３，・・・，６７９と１ずつ増やした場合の各サブフレームのオンの組み合わせを示している。
表２に示したサブフレームパターンにおいては、サブフレーム数が２３からなり、サブフレームＳＦ１０からサブフレームＳＦ１４までは表示期間が比較的短く、それ以外のサブフレームは表示期間が比較的長く、１フレーム前半部分においてはサブフレームの番号が大きくなるにしたがい表示期間が除所に短くなり、１フレーム後半部分においてはサブフレームの番号が大きくなるにしたがい表示期間が除所に長くなる。このパタ−ンにより液晶表示期間は、０，1，２，・・・６７９と選択され、全部で６８０とおりの選択が可能である。２３個のサブフレームを全部オンとし表示期間の合計を最大の６７９の時に、表示部の明るさを最大にすると階調精度を最大にできる。
このサブフレーム全部をオン状態の最大の表示期間は、（８）式に従って液晶画像表示装置の飽和実効電圧Ｖsatと閾値実効電圧Ｖthの差から得られる。
【数８】
2007102158.tif 000012
【００３６】
図９に示す画像表示システム中において、赤色、緑色、青色の入射光に対して液晶駆動実効値電圧と反射された光の明るさの関係が異なる。例えば、垂直配向液晶の場合、図１８に示すようになり、ＶsatとＶthの差は、赤色、緑色、青色の順番に小さくなる。（８）式に従って、ＶsatとＶthの差が小さくなると全てのサブフレームがオンとなる最大の液晶表示期間を短く設定する。
【００３７】
表３に赤色、緑色、青色における各サブフレームの表示期間の例を示す。
【００３８】
【表３】
2007102158.tif 000013
【００３９】
表３に示すように、赤色の表示期間を基準とし、階調選択数は０から６７９までの６８０個に固定し緑色、青色の表示期間をそれぞれ０．８倍、０．６倍に設定する。図１９に階調選択数と反射された光の明るさの関係を示す。いずれの色においても階調選択数が最大の６７９において明るさが最大となる。図２０に階調数を８ビット、２５６階調におけるガンマ特性に適合するように各階調選択データから選んだ結果を示す。いずれの色においてもガンマ特性を満たす結果となる。この例のガンマ特性においては、明るさは階調レベルの２．２乗のべき関数とする。
それぞれの色において、表示期間が最適値よりも短い場合、階調選択数が最大の６７９のときに明るさが最大に達せず、明るさ不足になる。また、液晶駆動期間が最適値よりも長い場合、階調選択数が６７９より小さい階調選択数において明るさが最大に達し、ガンマ特性を得る場合、階調選択数が６７９より小さくなり、ガンマ特性における階調精度が不十分になる。この設定については各液晶画像表示装置において異なり、階調選択数、階調数、ガンマ特性などにより決まり、それぞれの色において、階調選択数が最大のときに液晶画像表示装置の反射された光の最大の明るさを得るよう表示期間を設定するのが望ましい。
【００４０】
表示期間と反射された明るさの関係は、以上説明した、赤色、緑色、青色による違いのみならず、液晶のセルギャップ、液晶材料などによっても特性が異なるが、同一の方法により表示画像の階調性と信頼性を両立し高め、明るさを十分得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】従来例における液晶表示装置の駆動部と表示部を示す概略構成図である。
【図２】本実施例における液晶画像表示装置の駆動部と表示部を示す概略構成図である。
【図３】従来例におけるアナログ変換回路を示す概略構成図である。
【図４】従来例における画素駆動回路のブロック構成の一例を示す図である。
【図５】本実施例に適用される液晶画像表示装置における液晶に与える実効値電圧と透過率の関係を示す一例の図である。
【図６】本実施例に適用される液晶に与える２値化された電圧の例である。
【図７】本実施例に適用される液晶に与える２値化された電圧の例である。
【図８】従来例におけるＶon期間、Ｖoff期間及びサブフレームの概念を説明する図である。
【図９】本実施例に適用される液晶画像表示装置を含む画像表示システムを示す概略構成図である。
【図１０】本実施例に適用される液晶画像表示装置の表示部の概略ブロック構成図である。
【図１１】本実施例に適用される液晶画像表示装置の表示部における画素駆動回路の概略ブロック構成図である。
【図１２】本実施例に適用される液晶画像表示装置の表示部における画素駆動回路の一例を示す図である。
【図１３】本実施例に適用される画素電極及び対向電極に加える電圧のタイミングチャートを示す図である。
【図１４】本実施例に適用される画素電極及び対向電極に加える電圧のタイミングチャートを示す図である。
【図１５】本実施例に適用される画素電極及び対向電極に加える電圧のタイミングチャートを示す図である。
【図１６】本実施例に適用される画素電極及び対向電極に加える電圧のタイミングチャートを示す図である。
【図１７】本実施例に適用されるアナログ変換回路の一例を示す回路構成図である。
【図１８】本実施例に適用される垂直配向液晶画像表示装置における赤色、緑色、青色に対する液晶に加える実効値電圧と表示装置の明るさの関係を示す図である。
【図１９】本実施例に適用される赤色、緑色、青色に対して液晶画像表示装置の最大階調選択数と表示装置の明るさの関係を示す図である。
【図２０】本実施例に適用される表示装置におけるガンマ特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
２・・・光学系、４・・・液晶画像表示装置、５・・・スクリーン、６・・・偏光ビームスプリッタ、８・・・投射レンズ、９・・・光学系、１４・・・列信号電極駆動回路、１４Ａ・・・データシフトレジスタ、１５・・・表示手段、１６・・・行走査電極駆動回路、１６Ａ・・・ラインシフトレジスタ、３１・・・従来例における駆動部、３２・・・従来例における表示部、３３・・・従来例におけるアナログ変換回路、３４・・・従来例における信号処理回路、４１・・・本発明における駆動部、４２・・・本発明における表示部、４３・・・本発明におけるアナログ変換回路、４４・・・本発明における信号処理回路、５０・・・サンプルホールド部、５０Ａ・・・第１サンプルホールド部、５０Ｂ・・・第２サンプルホールド部、６０・・・スイッチ部、Ｔｒ５１，Ｔｒ５２，Ｔｒ６２，Ｔｒ６３・・・nチャネルトランジスタ、Ｔｒ６１，Ｔｒ６４・・・ｐチャネルトランジスタ、Ｃ５１，Ｃ５２・・・保持容量、ＣＥ・・・対向電極、ＰＥ・・・画素電極、ＬＣ・・・液晶、ＰＸ・・・画素、Ｌ１・・・入射光、Ｌ２・・・出射光、Ｄ（Ｄ１・・・Ｄｉ）・・・列信号電極、反転列信号電極ＸＤ（ＸＤ１，ＸＤ２，・・・，ＸＤｉ）、Ｗ（Ｗ１・・・Ｗｊ）・・・行走査電極、ＨＳＴ・・・水平スタ−ト信号、ＨＣＫ・・・水平シフトクロック、ＶＳＴ・・・垂直スタ−ト信号、ＶＣＴ・・・垂直シフトクロック、Video・・・ 表示データ、Ｖ０・・・外部電極１、Ｖ１・・・外部電極２
【図１】
2007102158.tif 000014
【図２】
2007102158.tif 000015
【図３】
2007102158.tif 000016
【図４】
2007102158.tif 000017
【図５】
2007102158.tif 000018
【図６】
2007102158.tif 000019
【図７】
2007102158.tif 000020
【図８】
2007102158.tif 000021
【図９】
2007102158.tif 000022
【図１０】
2007102158.tif 000023
【図１１】
2007102158.tif 000024
【図１２】
2007102158.tif 000025
【図１３】
2007102158.tif 000026
【図１４】
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【図１５】
2007102158.tif 000028
【図１６】
2007102158.tif 000029
【図１７】
2007102158.tif 000030
【図１８】
2007102158.tif 000031
【図１９】
2007102158.tif 000032
【図２０】
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