(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス状に配置された複数の画素電極と該画素電極に接続されたスイッチング素子と該スイッチング素子に接続された走査電極および信号電極とを有するマトリクス基板、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極を有する対向電極基板、ならびに両基板の間に挟持された液晶を備えた液晶表示装置において、
前記複数の各画素電極に対応する液晶部分を駆動する際、
前記対向電極には、ＤＣ成分と該ＤＣ成分に重畳させた時、該ＤＣ成分が平均値となる様な振動電圧で、且つ、１水平走査周期あたり１周期の振動を有する振動電圧とを重畳した結果、該ＤＣ成分を基準として、正極性パルスと負極性パルスとを有する電位を印加し、
前記画素電極には、前記ＤＣ成分を基準とする電圧が映像信号に応じた電圧となる電位を印加する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
マトリクス状に配置された複数の画素電極と該画素電極に接続されたスイッチング素子と該スイッチング素子に接続された走査電極および信号電極とを有するマトリクス基板、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極を有する対向電極基板、ならびに両基板の間に挟持された液晶を備えた液晶表示装置において、
前記複数の各画素電極に対応する液晶部分を駆動する際、
前記対向電極には、ＤＣ成分を印加し、
前記画素電極には、映像信号に応じた電圧に、前記ＤＣ成分と該ＤＣ成分に重畳させた時、該ＤＣ成分が平均値となる様な振動電圧で、且つ、１水平走査周期あたり１周期の振動を有する振動電圧とを重畳した結果、該ＤＣ成分を基準として、正極性パルスと負極性パルスとを有する電圧を合成した電位を印加する、
ことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
複数色の光源を切り替えて前記液晶表示素子に照射する手段をさらに備え、該複数色の照明に対応した色信号を一定時間間隔で前記光源の切り替えに同期して前記複数の各画素に印加することにより、カラー表示を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、さらに詳しくは、駆動方式の面から液晶の応答速度を向上させた液晶表示装置に関する。このような液晶表示装置は、同一の画素に時分割で各原色を表示させることによりカラー表示を行なう装置として特に好適に用いることができる。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄型、軽量、低消費電力等の特長を持ち、腕時計や電卓から、ノートパソコン、液晶テレビまで幅広く応用されている。
【０００３】
従来の液晶を駆動する方法を、最も一般的に用いられているＴＮ液晶を例にとって説明する。駆動波形の概略を、図６に示した。図中（ａ）は各画素電極に印加される映像信号、（ｂ）は対向電極電位である。
【０００４】
通常、画素電極に印加される信号電圧は、図示されているように、フィールド周波数の周期（６０１）で極性反転された信号が印加される。その時、対向電極電位は、（ｂ）で図示されたように一定電位に固定されている。その結果、液晶は、実効的に電圧が印加され、その電圧信号に応じた光学状態に変化する。
【０００５】
このような液晶表示装置において、カラー画像表示を行なう場合、各画素毎にカラーフィルタ（例えば、ＲＧＢ）を配置し、白色光源を常時点灯し、空間的に色合成を行なうのが一般的である。しかしながら、この方法によると、１絵素を３分割する必要があるため、画素ピッチの高精細化が要求される。また、カラーフィルタ層は、原理的に白色光源光量の１／３しか利用できない（実質的には１／４くらいといわれている）ため、透過率が上がらない。また、カラーフィルタ層形成のためのコストも高い。
【０００６】
このような問題点を解決するために、同一絵素を時間的に３分割し、ＲＧＢ各色光源の単色発光に同期させて液晶光シャッターを開閉することで色合成を行なう方法が開発されている（以下、光源切替え法と呼ぶ）。
光源切替え法は、カラーフィルタが不要であり、１絵素を３分割する必要もないことから、明るく高解像な画像を実現できる可能性がある（例えば、月刊ＬＣＤ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ、１９９７、８月号）。
【０００７】
【従来の技術の問題点】
光源切替え法は、前述の通り、カラーフィルタ方式に比べ、安価に高精細のカラー液晶表示装置を実現できる可能性があるが、従来の液晶表示装置では、液晶を高速に駆動することが困難であり、その実用化も困難であった。この点については、後で詳細に述べる。
【０００８】
また、従来の液晶表示装置では、液晶の応答速度が遅いため、テレビなどで動画を再生する場合や、パソコンなどでマウスカーソルを高速で動かした場合などでは、残像現象が生じ、ＣＲＴディスプレイに比べ、表示性能は劣っていた。
【０００９】
図７に、従来の光源切替えによる液晶表示素子の駆動タイミングを示した。
Ｒに対する映像表示を行なう場合について考える。従来は、Ｒ表示フィールド（７０２）内で、各画素へのＲ信号転送（７０５）およびＲ光源点灯（７０６）を行なう。すなわち、１つのフィールド期間を、映像信号転送期間と映像表示期間の２つに分ける方法が取られている。しかも、通常、画面輝度を上げるため、表示期間の方が長い。
【００１０】
このため、映像信号を各画素に転送する期間が短くなり、高速で信号を転送する必要が生じる。このため、単結晶Ｓｉ（バルクウエハやＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板）上に形成したトランジスタを転送回路に用いることが必要になる。しかし、基板そのもののコストが高いことや基板サイズに制約があることから、表示装置の大型化や低コスト化に対応することは難しい。
【００１１】
さらに、従来の方法では、映像信号の転送が終了してから、液晶がその映像信号レベルに応じた光学状態になるまでの時間（応答時間）が短い必要がある。現在、液晶表示装置にもっとも一般的に用いられているＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）液晶の応答速度は、１０数〜数１０ｍｓｅｃ．のオーダーであり、信号転送フィールドと同一フィールド期間内に表示をすることは困難である。このため、従来は、応答速度の速いＦＬＣ（強誘電液晶）が用いられてきた。しかしながら、ＦＬＣは、一般には、光学的に２値（白と黒）しかとらないため、カラー表示に欠かせない階調表示をするために、信号の転送回数を複数回にわけ、各々の信号転送時に白または黒のどちらかを表示し、転送回数分だけの階調表現をとる手法が用いられている。このため、信号転送スピードは、さらに高速化を要求される。
【００１２】
信号転送スピードの高速化は、単に、ＬＣスイッチングトランジスタの高速化だけではなく、映像信号を処理する回路や駆動パルスを発生させる回路をも高速化する必要が生じる。また、ＬＣの駆動には、一般に１０［Ｖ］以上の高電圧が必要であり、そのような高電圧駆動回路を高周波数で動作させると、消費電流の増大や発熱などの問題が生じる。
【００１３】
上述のように、現状では、比較的応答速度の遅いＬＣ材料を用い、かつ、転送速度も遅い駆動回路を用いて光源切替えによるカラー液晶表示装置を実現することは困難と考えられていた。
【００１４】
本発明は、上述の従来例における問題点に鑑みてなされたもので、同じ液晶表示素子をより高速に応答させ得る駆動方式を提供することを目的とする。
また、比較的応答速度の遅いＬＣ材料を用い、かつ、転送速度の遅い駆動回路を用いて光源切替えによるカラー液晶表示装置を実現することをさらなる目的とする。
【００１５】
【問題点を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の第１の局面では、マトリクス状に配置された複数の画素電極と該画素電極に接続されたスイッチング素子と該スイッチング素子に接続された走査電極および信号電極とを有するマトリクス基板、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極を有する対向電極基板、ならびに両基板の間に挟持された液晶を備えた、いわゆるアクティブマトリクス型液晶表示素子において、前記複数の各画素電極に対応する液晶部分を駆動する際、前記対向電極には、ＤＣ成分と該ＤＣ成分に重畳させた時、該ＤＣ成分が平均値となる様な振動電圧で、且つ、１水平走査周期あたり１周期の振動を有する振動電圧とを重畳した結果、該ＤＣ成分を基準として、正極性パルスと負極性パルスとを有する電位を印加し、前記画素電極には、前記ＤＣ成分を基準とする電圧が映像信号に応じた電圧となる電位を印加する、ことを特徴とする。
また、本発明の第２の局面では、マトリクス状に配置された複数の画素電極と該画素電極に接続されたスイッチング素子と該スイッチング素子に接続された走査電極および信号電極とを有するマトリクス基板、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極を有する対向電極基板、ならびに両基板の間に挟持された液晶を備えた液晶表示装置において、前記複数の各画素電極に対応する液晶部分を駆動する際、前記対向電極には、ＤＣ成分を印加し、前記画素電極には、映像信号に応じた電圧に、前記ＤＣ成分と該ＤＣ成分に重畳させた時、該ＤＣ成分が平均値となる様な振動電圧で、且つ、１水平走査周期あたり１周期の振動を有する振動電圧とを重畳した結果、該ＤＣ成分を基準として、正極性パルスと負極性パルスとを有する電圧を合成した電位を印加する、ことを特徴とする。
【００１７】
【作用】
本発明者は、従来の液晶表示装置の技術をベースに、高速応答が可能な液晶表示装置を開発するために、液晶への印加電圧波形と液晶の光学応答の測定を行ない、印加電圧波形によっては、液晶が高速に応答することが可能であることを見出した。この、液晶が高速に応答するようになる印加電圧波形をある周期で繰り返し印加することにより、従来に比べ液晶の応答速度の速い液晶表示装置を実現できることを見出した。
【００１８】
また、本発明により、従来技術では実現が困難であった光源切替え法によるカラー表示も可能となった。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態では、複数のマトリクス状に配置された配線と、該配線の交点に配置された複数の薄膜トランジスタと、該薄膜トランジスタに接続された複数の画素電極と、を少なくとも有するマトリクス基板と、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極基板と、両基板の間に挟持された液晶とを備え、前記複数の画素電極に所定の映像信号を印加することにより所望の映像を表示する液晶表示装置において、前記各画素電極に前記映像信号とは異なる電圧信号を印加する手段を有し、かつ、該電圧信号の平均電圧を所定の値にすることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の好ましい他の実施の形態では、複数のマトリクス状に配置された配線と、該配線の交点に配置された複数の薄膜卜ランジスタと、該薄膜トランジスタに接続された複数の画素電極と、を少なくとも有するマトリクス基板と、該画素電極と対向する位置に配置された対向電極基板と、両基板の間に挟持された液晶と、複数色の光源布切り替えて照射する手段とを備え、該複数色の照明に対応した色信号を一定時間間隔で前記照明時に同期して前記複数の画素電極に転送することにより表示する液晶表示装置において、各画素に前記色信号とは異なる電圧信号を印加する手段を有し、かつ、該電圧信号の平均電圧を所定の値にすることを特徴とする。
【００２１】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
（第１の実施例）
図１に、本発明の第１の実施例における駆動信号波形を示した。
本実施例においては、液晶材料としてもっとも一般的なＴＮ型液晶を用いた。液晶のモードとしては、電圧無印加状態で白表示（ノーマリホワイト）である。先述したように、ＴＮ型液晶の応答速度は、１０数〜数１０ｍｓｅｃ．かかる（この速度は、用いる材料、配向条件、駆動条件によって異なってくる）が、中でも、白表示（電圧無印加状態、または、印加電圧が液晶のしきい値電圧以下）から黒表示（電圧印加状態）に切り替わったときの液晶の光学応答時間は、５〜１０数ｍｓｅｃ．程度かかる（この時間をτｏｎとする）。本実施例で用いた液晶の応答速度を先述した従来の駆動方法により測定したところ、τｏｎ＝約６ｍｓｅｃ．（ポリイミド系配向膜、白表示時０．５［Ｖ］、黒表示時４．５［Ｖ］駆動）であった。また、本実施例に用いた信号転送回路は、単結晶シリコンに比べキャリア移動度が小さい多結晶シリコンを用いた。
【００２２】
このような液晶を用いた表示装置の駆動において、図１に示した駆動方法を実施した。
【００２３】
本実施例では、１フィールド期間（１０１）のうち、走査線が選択されている期間（１水平走査期間）（１０２）を１周期として、図示したようなパルス（１０３）を対向電極に印加した。その時の振動電圧±Ｘｏ［Ｖ］の平均電圧を、画素電極への印加電圧（１０４）の平均値とほぼ同じ電圧に設定した。すなわち、パルス（１０３）は、前記平均電圧値を基準とした正極性パルスおよび負極性パルスからなる振動電圧±Ｘｏ［Ｖ］である。対向電極に印加するパルスの振幅（±Ｘｏ［Ｖ］）をそれぞれ±０．５［Ｖ］、±１．０［Ｖ］、±１．５［Ｖ］、±２．０［Ｖ］、±３．０［Ｖ］および±４．５［Ｖ］とした場合のτｏｎ（白表示から黒表示に切り替った時の液晶の光学応答時間）の変化を下表に示した。表中、対向基板駆動としてＤＣと表示してあるものは、従来の駆動方法である。
【００２４】
【表１】
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表１の結果から明らかなように、対向電極に、平均値が一定（本実施例では、６．５［Ｖ］）になるようなパルスを印加することで、τｏｎが速くなっていることが分かる。パルスの振幅としては、液晶のしきい値電圧以下の±０．５［Ｖ］の印加でも効果があり、実験した範囲で最も効果を上げるには、黒表示振幅と同じ±４．５［Ｖ］のパルスを印加するのが望ましい。実際には、さらにパルス振幅を上げれば、効果はさらに上がるが、用いるトランジスタの耐圧を考慮する必要がある。
【００２５】
本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、従来のカラーフィルタ方式によるカラー画像表示を行なった。その結果、従来問題となっていた液晶の応答速度が遅いことが原因である残像現象は、ほとんど見られず、ＣＲＴと同等の表示性能が得られた。
【００２６】
また、本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、光源切替え法によるカラー表示を行なった。対向電極に印加したパルスの振幅は、±４．５［Ｖ］である。そのタイミングチャートを図２に示した。図中、（１）〜（３）は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色信号の転送タイミングであり、（４）〜（６）は、各色の照明点灯タイミングである。
【００２７】
色信号としてＲを表示する場合について説明する（Ｇ、Ｂについても同様である）。
第１の映像フィールド（Ｒ表示フィールド）（２０２）において、Ｒ映像信号を各画素に転送する。上記の実験結果から、各画素に転送された色信号レベルに応じて液晶の光学応答が終了するのに３．６ｍｓｅｃ．必要であるから、Ｒ信号が転送が開始されてから（１番最後の画素にＲ信号が転送されてから）３．６ｍｓｅｃ．後にＲ照明を点灯する（２０６）。その後、Ｒ照明は点灯し続けるが、４．６ｍｓｅｃ．後、すなわち、第２フィールド（Ｇ表示フィールド）の途中（２０７）で点灯を中止する。これは、第２フィールド（２０３）中Ｒ照明を点灯し続けると、第２フィールド（２０３）の開始早々にＧ信号が転送された画素の液晶の光学応答が完了してしまい、結果的にＲ表示画面の一部にＧ信号の映像が表示されるのを防止するためである。
【００２８】
上記のタイミングをＧ、Ｂ各色について繰り返すことによりカラー画像表示が可能である。
【００２９】
例えば、ＮＴＳＣ信号では、１フィールド周期は１／６０ｓｅｃ．であり、これを３分割したＲ表示フィールド（７０２）の期間は約５．５ｍｓｅｃ．であるから、従来のτｏｎ＝６．１ｍｓｅｃ．では光源切替え法によるカラー表示はできなかったが、本実施例ではτｏｎ＝３．６ｍｓｅｃ．となった結果、カラー表示が可能になった。
【００３４】
（第２の実施例）
本実施例では、応答速度改善用の印加パルスを、第１の実施例と同様に、１フィールド期間のうち走査線が選択されている期間（１水平走査期間）を１周期として、映像信号の転送期間とは別の期間に印加した。但し、この印加パルスは画素電極に印加した。その時の平均電圧を、画素電極への印加電圧（１０４）の平均値とほぼ同じ電圧に設定した。画素電極への映像信号とは別の信号転送方法としては、本出願人が出願しているところの特開平５−２１６００７号記載の液晶素子を用いてもよいし、後述する光源切替え法の駆動システム（図４）中のメモリ５０３に予め書込んでおいてもよい。前者の回路構成としては、図３に示したように、垂直信号線４０３のリセット回路４１０を用いることにより実現できる。この際、リセット電源端子４０９から所定のパルスを印加してやればよい。このような方法により、画素電極に映像信号とは別に、本発明で言うところのパルスを印加することが出来る。
【００３５】
画素電極に、予め平均値が一定（本実施例では、６．５［Ｖ］）になるようなパルスを印加することで、τｏｎが速くなる。これは、第１の実施例で説明したのと同じ理由による。パルスの振幅としては、液晶のしきい値電圧以下の±０．５［Ｖ］の印加でも効果があり、実験した範囲で最も効果を上げるには、黒表示振幅と同じ±４．５［Ｖ］のパルスを印加するのが望ましい。実際には、さらにパルス振幅を上げれば、効果はさらに上がるが、用いるトランジスタの耐圧を考慮する必要がある。
【００３６】
本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、従来のカラーフィルタ方式によるカラー画像表示を行なった。その結果、従来問題となっていた液晶の応答速度が遅いことが原因である残像現象は、ほとんど見られず、ＣＲＴと同等の表示性能が得られた。
【００３７】
また、本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、光源切替え法によるカラー表示を行なった。画素電極に印加したパルスの振幅は、±４．５［Ｖ］である。そのタイミングチャートを図２に示した。
【００３８】
図中、（１）〜（３）は、それぞれＲ、Ｇ、Ｂの各色信号の転送タイミングであり、（４）〜（６）は、各色の照明点灯タイミングである。
色信号の転送タイミング、および、各色の点灯タイミングの考え方は、第１の実施例と同じである。
本実施例の駆動方法によっても、良好な表示特性が得られた。
【００３９】
（第３の実施例）
図４に、本発明を用いた画像表示装置の構成図を示した。図４は、テレビなどのアナログ信号を表示する場合のものである。コンピュータなどのディジタル信号を表示する場合は、原信号（アナログまたはディジタル）、およびそこからＲＧＢ信号をデコードするかどうか、のみの違いであり、基本的な構成要件は同じである。
【００４０】
ビデオなどの複合（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）映像信号あるいは輝度／色（Ｙ／Ｃ）映像信号あるいはＹ／色差信号を、ＲＧＢ信号にデコードするとともに、同期信号を分離発生する回路５０１により、ＲＧＢ信号および同期信号を作る。ＲＧＢ信号は、Ａ／Ｄコンバータ５０２を経由して、メモリ５０３に順次メモリされる。
【００４１】
一方、タイミングジェネレータ（ＴＧ）５０５は、同期信号分離回路５０１から同期信号５０４を受け、メモリ部５０３、ＬＣＤ部５０７、バックライト部５０８を駆動するパルスを、メインクロック（Ｍａｉｎ  Ｃｌｏｃｋ）から生成・出力する。メモリ部５０３にメモリされたＲＧＢ信号は、ＴＧ５０５からの信号により、ＲＧＢ信号をシリアルに出力する。その信号をＤ／Ａコンバータ５０６でＤ／Ａ変換し、ＬＣＤ部５０７に入れる（本実施例では、ＬＣＤ部は、アナログ表示したが、デジタル表示のＬＣＤであれば、この部分は不要になる）。バックライト部５０８は、ＴＧ５０５からの点灯信号により、ＲＧＢ別々に点灯させることができるようになっている。これにより、ＬＣＤ部に転送されたＲＧＢ信号に同期させて、ＲＧＢバックライトを点灯させる。また、本実施例の駆動方法に必要な印加パルスは、ＴＧ５０５から同期信号を受けて、パルス発生回路を経て（図示せず）パネルに転送される。
【００４２】
【発明の適用範囲】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、図１に示したような考え方に基づけばよい。それからすれば、本発明は、単純マトリクス型の液晶表示装置においても同様に適用でき、同様の効果があることは言うまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶の光学応答を、特殊な材料などを用いることなく、速くすることが可能である。これにより、従来の液晶表示装置で問題となっていた、液晶の応答速度が遅いため、テレビなどで動画を再生する場合や、パソコンなどでマウスカーソルを高速で動かした場合などでの残像現象はなくなり、ＣＲＴディスプレイと同等の表示性能を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を説明するための図である。
【図２】  本発明の第１の実施例を適用した光源切替え法によるカラー表示を説明するための図である。
【図３】  本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【図４】  本発明の第３の実施例に係る液晶表示システムのブロック図である。
【図５】  従来の駆動方法を説明するための図である。
【図６】  従来の光源切替え法を説明するための図である。
【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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