JPH11133374A

JPH11133374A - カラー液晶表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JPH11133374A
Application number: JP35559097A
Authority: JP
Inventors: Minoru Akatsuka; 實赤塚; Masami Ito; 雅美伊藤
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】リタデーションを利用したカラー液晶表示装置
の低周波側に周波数依存性のある液晶パネルを用いた場
合の発色状態のパターン依存性を解消し、均一なカラー
表示を可能とする。【解決手段】フレーム周波数の５倍以上の周期で交流化
反転駆動し、場合によって、パルス幅変調またはこれに
フレーム間引き変調を併用した方式で階調表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はリタデーションを利
用したカラー液晶表示素子の駆動方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、平面型ディスプレイとして液晶表
示素子が様々な分野で広範囲に使用されている。液晶表
示素子は薄型・軽量、低消費電力、カラー化も容易等の
理由により電卓、ウオッチ等から商品化されはじめ、最
近ではワープロやパソコン用のディスプレイとして大型
のものまで商品化されている。

【０００３】これら液晶表示素子においては近年カラー
化の傾向が著しく、カラー化の方式としてはカラーフィ
ルタ（ＣＦ）を使用する方式が一般的である。この方式
ではＣＦを用いるため鮮やかなカラー画像を表現できる
が、一方ＣＦ自体が吸収で色を実現しているため、反射
型では暗くて使用できないのが問題であった。このため
カラー液晶表示素子の場合には、通常は液晶表示パネル
の裏側にバックライトを備えた透過型として使用してい
るのが現状である。

【０００４】一方、液晶表示装置は駆動状態でもほとん
ど電流が流れず、低消費電力のため電卓や携帯電話等の
携帯機器に使用されている。しかし、カラーの表示では
前述した理由によりバックライトが必要であり、この場
合にはバックライトの消費電力がきわめて大きく、長時
間のバッテリー駆動はできない問題があった。

【０００５】この問題を解決する手段として液晶および
位相差板のような光学異方体のリタデーションを利用し
たカラー液晶表示素子が提案されている（特開平８−２
９２４３４号公報等を参照）。この方式では液晶表示素
子に印加する電圧をコントロールすることによりリタデ
ーションを変化させ、これによりカラー表示を実現して
いる。このためＣＦが不要であり、安価でかつ明るいカ
ラー表示が可能であるため、バックライトのいらない低
消費電力タイプのカラー液晶表示素子が可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この方式では、液晶お
よび位相差板のリタデーションを利用してカラー化を実
現しており、印加電圧を変化させることにより同じ画素
で色を変えることができる。

【０００７】このことはＣＦを用いたカラー液晶表示素
子と比較して、画素数が少ないままで多色表示が可能で
あり、かつ明るい表示が可能となる利点があるが、一
方、各色における厳密な電圧の制御が非常に重要とな
る。実際同じ色として認識されるために許容される電圧
幅は約１％以下である。このため、駆動の電源回路の容
量・安定性、波形歪みおよび液晶パネルの時定数を充分
考慮して液晶表示素子を設計することが要求される。

【０００８】しかし、駆動回路や駆動波形を理想的にし
ても液晶パネルのしきい値電圧に周波数依存性がある
と、表示パターンにより実際の駆動周波数が異なるため
実効的に印加される電圧が異なり、色が変わってしま
う。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前述の課題を解
決すべくなされたものであり、透明電極と配向膜とをそ
れぞれ有しほぼ平行に設けられた２つの基板間に誘電異
方性が正のネマチック液晶が挟持され、各基板の配向膜
によって形成される液晶分子の配向方向による液晶のね
じれ角が１６０〜３００°とされ、液晶層の屈折率異方
性（Δｎ₁ ）と液晶層の厚み（ｄ₁ ）との積（Δｎ₁ ・
ｄ₁ ）が１. ２〜２. ５とされ、液晶層の外側に少なく
とも１枚の偏光板および少なくとも１枚の光学異方体が
備えられ、かつこの液晶表示素子のフレーム周波数の
０．５倍および１５倍の周波数におけるしきい値電圧を
それぞれＶ_L 、Ｖ_H としたときに、周波数依存性を表す
パラメータＶ_F ＝｜（Ｖ_L −Ｖ_H ）／Ｖ_H ｜×１００が
０. ５（％）以上であるカラー液晶表示装置の駆動方法
であって、１／９９Ｄ以下の低デューティ比で、フレー
ム周波数の５倍以上の周波数で交流化反転駆動すること
を特徴とするカラー液晶表示装置の駆動方法を提供す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図２に本発明の対象となるカ
ラー液晶表示装置の構成を模式的に示す。図２におい
て、１は液晶セル、２は表側の偏光板、３は裏側の偏光
板、４は反射板、５は光学異方体である。

【００１１】液晶セル１は、所望のパターンにパターニ
ングをしたＩＴＯ（Ｉｎ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ ）、ＳｎＯ₂
等の透明電極を設けたプラスチック、ガラス等の基板の
表面にポリイミド、ポリアミド等の膜を設け、この表面
をラビングしたり、ＳｉＯ等を斜め蒸着したりして配向
膜を形成した透明電極付きの基板の間に、誘電率異方性
が正のネマチック液晶による１６０〜３００°ツイスト
の液晶層を挟持させて形成される。

【００１２】ここで、上記ツイスト角が１６０°未満で
は透過率変化の急峻性が小さく彩度が低下し、また、３
００°超ではヒステリシスや光を散乱するドメインを生
じやすくなり、ともに不都合である。

【００１３】また、液晶層の液晶の屈折率異方性（Δｎ
₁ ）とその液晶層の厚み（ｄ₁ ）との積Δｎ₁ ・ｄ₁ は
１．２〜２．５μｍとされる。１．２μｍ未満では、電
圧を印加したときの液晶の状態変化が小さくなり、２．
５μｍ超では、無彩色を表示することが難しくなるし、
視角や応答が悪くなるからである。特に、無彩色の発色
を可能とし、電圧に対する色変化を大きくするために、
液晶層のΔｎ₁ ・ｄ₁ は１．２５〜１．８μｍとされる
ことが好ましい。

【００１４】従来この種のカラー液晶表示素子は、安価
なカラー液晶表示素子を提供するため、携帯電話やポケ
ットベルのような携帯情報機器に応用されている。これ
らの携帯情報機器では安価なＩＣを用いかつ電池寿命も
長くするため、駆動シーケンスが単純な図３のような波
形（以後Ｂ波形と呼ぶ）で駆動していた。液晶は直流で
駆動すると様々な劣化が発生するため交流で駆動するこ
とが必須であるが、Ｂ波形とは１フレーム周期で交流化
を行う駆動方式である。Ｂ波形では表示パターンにより
図３（ａ）、（ｂ）のように電気的な実効値は同じであ
るが、異なる周波数成分を持つ駆動波形となる。ここ
で、実質的に（ａ）では低周波駆動、（ｂ）では高周波
駆動されることになる。

【００１５】しかし、一般に液晶パネルのしきい値電圧
は図４に示すように周波数依存性をもつ。しきい値電圧
とは液晶パネルにスタティックの矩形波電圧を印加した
場合に、液晶素子に光学変化が起き始める電圧である。

【００１６】ここで、このしきい値電圧の周波数依存性
を表すパラメータとしてＶ_F を定義する。このパラメー
タは、液晶表示素子の実際の駆動波形におけるフレーム
周波数の０．５倍および１５倍のスタティック矩形波の
周波数におけるしきい値電圧をそれぞれＶ_L 、Ｖ_H とし
たときに、Ｖ_F ＝｜（Ｖ_L −Ｖ_H ）／Ｖ_H ｜×１００
（％）で定義する。ここで実際の駆動波形におけるフレ
ーム周波数とは、図３に示すように、選択電圧が印加さ
れてから再度選択電圧が印加されるまでの周期の周波数
である。

【００１７】フレーム周波数が低いほど低消費電力とな
るが、フリッカによるちらつきが発生しやすくなる。一
方、フレーム周波数が高くなると消費電力が大きくなる
とともに全体的な周波数が高くなり、高周波側のしきい
値電圧の上昇が問題となる。

【００１８】このため、消費電力を重要視する携帯情報
機器の用途では、フレーム周波数は通常６０〜１００Ｈ
ｚ程度である。また、液晶は交流駆動をしているため、
液晶パネルに印加される最低周波数はフレーム周波数の
半分（Ｖ_L ）となり、一方、周波数特性がフラットにな
るのは様々な実験の結果フレーム周波数の１５倍程度
（Ｖ_H ）であった。

【００１９】高周波側でしきい値電圧が上昇するのは液
晶パネルの容量（Ｃ）と電極抵抗（Ｒ）との積ＣＲに起
因した波形歪みが原因であり、対策としてはＣまたはＲ
をできるでけ小さく設計することが要求され、これらに
対し設計基準を設定すれば確実に制御できる。

【００２０】一方、低周波側でしきい値電圧は図４のよ
うに低下する場合もあるし、場合によっては上昇する場
合もある。この原因として配向膜や液晶の物性が影響す
ることは判明しているが、パネル作成プロセスの影響も
受けるため、完全には制御できないのが実状である。実
際にはＶ_F の数値としては０〜１０％の範囲で変動す
る。

【００２１】このため、Ｂ波形のように表示パターンに
より駆動周波数が異なると、その周波数でのしきい値電
圧が異なることから実効的に液晶パネルに印加される電
圧が異なってしまう。従来、携帯情報機器で使用されて
いるモノクロパネルではＯＮまたはＯＦＦの電圧マージ
ンは図５（ａ）のように充分大きいため、低周波側にお
けるしきい値電圧の周波数特性により実質的な駆動電圧
が多少変動しても特に問題にならなかった。

【００２２】一方、本発明において使用されるカラー液
晶表示素子は電圧により各色を表示しておりさらに階調
表示を行っているため、各色に対するその電圧許容幅は
図５（ｂ）のようにきわめて狭く、１％以下である。こ
のため、従来のＢ波形のままでは表示パターンによる電
圧変動で色が変化してしまい、重大な問題となった。

【００２３】この問題を解決する手法として、このカラ
ー液晶表示素子に適した新しい駆動方法を適用した。こ
の駆動方法は、図１のように１フレームの間に強制的に
交流化を行い実効的な周波数を上げるとともに表示パタ
ーンによる周波数依存性を極力小さくしたものである。

【００２４】以下、交流化反転周期の指標として、１交
流化反転期間（ある極性反転から次の極性反転までの期
間）に対応する走査線数（選択期間数）を用い、この値
をＳで表すことにする。例えば、交流化反転が走査線１
本ごとに行われればＳ＝１、５本ごとであればＳ＝５で
ある。駆動デューティ数を１／Ｄと表すと、１≦Ｓ≦Ｄ
であり、Ｂ波形ではＳ＝Ｄとなる。

【００２５】Ｓ値が小さいほど、表示パターンによる波
形の周波数依存性を小さくでき、本発明の効果が発揮さ
れやすくなるが、一方全体としての周波数が増大し、消
費電力が増大したり、波形歪みの問題が生じる場合があ
る。また、Ｓ値によっては、フレーム周波数あるいは外
光と干渉してフリッカを生じ採用できない場合もある。

【００２６】このためＳ値の設定に際しては、表示パネ
ルのサイズ、駆動用ＩＣの容量、表示装置全体の消費電
力、さらには上記のフリッカ等を勘案する必要がある
が、種々の態様において、１〜１５、特に２〜８の範囲
が好適であることが実験的に確かめられた。

【００２７】この駆動法自体は１／１００Ｄ以上の高デ
ューティ比のモノクロあるいはカラー液晶表示素子では
通常使用されてきた駆動方法である。しかし、１／９９
Ｄ以下の低デューティ比では前述したようにＯＮ／ＯＦ
Ｆの電圧マージンも充分にあり、また階調表示を行うよ
うな応用もほとんどなく、さらにこのような駆動方法を
行うには回路部品の追加が必要でコストアップになるこ
と等により、この駆動方法は適用されていなかった。

【００２８】また仮に使用されていても、モノクロ表示
や表示色数が少ないＣＦを用いたカラー液晶表示素子で
は、電圧マージンが充分大きいためその効果が充分に発
揮できていなかった。

【００２９】

【実施例】以下、図２の構成の反射型液晶パネルに適用
した場合を例に説明するが、これに限定されず、半透過
型や透過型でも同様の効果があり、また、場合によって
は図２の裏側の偏光板３が省かれた１枚偏光板型にも適
用できる。また、交流化反転のタイミングとしては必ず
しも１選択期間単位で変わることを要せず、１選択期間
の途中で切り替わっても同様な効果が達成される。

【００３０】［実施例１、比較例１］図２の構成におい
て液晶セル１としてツイスト角が２４０°、２５℃にお
けるΔｎ₁ ・ｄ₁ が１. ２７μｍの液晶セルを用いた。
使用した液晶は旋光性物質を含有し、誘電率異方性が正
のネマチック液晶であり、転移温度が９９．２℃のもの
である。位相差板としてはリタデーション値が１. ３９
μｍのポリカーボネートフィルムを用いた。偏光板の偏
光軸および位相差板の光軸を最適化し、電圧を変化させ
ることにより４色を表示できるカラー液晶パネルを作成
した。

【００３１】このカラー液晶パネルでは電圧の印加とと
もに、図５（ｂ）のように色相が白→橙→青→緑と変化
する。また、高周波側でのしきい値電圧の上昇を防止す
るため、ＩＴＯのシート抵抗値としては３０Ω／□と充
分低いものを採用した。このパネルのしきい値電圧の周
波数依存性は図４の実線のように低周波側で低下してお
り、その低下の度合いを表すパラメータＶ_F は１％であ
った。４色表示を行う階調方法として、図６のように３
フレームを用いたフレーム間引き法を採用した。ここ
で、階調１〜４がそれぞれ白、橙、青、緑の各色に対応
している。

【００３２】まず、比較例１として、カラー液晶パネル
をデューティ比１／５５Ｄ、バイアス比１／５Ｂ、フレ
ーム周波数７０ＨｚのＢ波形で駆動した。この場合図７
( ａ) のように最も周波数成分が異なる強調表示パター
ンで表示を行ったところ、本来同一の色であるはずの領
域（図７（ａ）の斜線部）の色相が変化した。

【００３３】一方、これに対し、実施例１として走査線
２本ごとに交流化反転を行った（Ｓ＝２）ところ、図７
（ａ）のような表示パターンで表示を行っても、各色領
域の色相は全く変化しなかった。また、図７（ａ）以外
のその他の表示パターンでも充分な効果があり、この駆
動方法では各色領域の色相は全く変化しなかった。この
場合、交流化信号の周波数はフレーム周波数の５５／２
＝２７. ５倍となる。

【００３４】［実施例２］走査線１０本ごとに交流化反
転を行う（Ｓ＝１０）以外は、実施例１と全く同様なパ
ネル構成、駆動方法で表示パターンによる色相変化を調
べたところ、図７（ａ）のような表示パターンでは若干
色相変化があったが、充分許容範囲内であり、Ｂ波形駆
動に比べて格段の進歩が見られた。この場合、交流化信
号の周波数はフレーム周波数の５５／１０＝５. ５倍で
ある。

【００３５】［実施例３、比較例２］カラー液晶表示パ
ネルとして、しきい値電圧の周波数特性が悪いＶ_F ＝５
％のパネルを用い、その他は実施例１、比較例１と全く
同じ実験を行った。この場合の効果は絶大であり、Ｂ波
形駆動（比較例２）では図７（ａ）のような強調パター
ン以外でも明らかに色相変化があったのに対し、走査線
２本ごとに交流化を行った駆動方法（Ｓ＝２、実施例
３）では、実施例１と同様、ほぼどのような表示パター
ンでも色相が変化することはなかった。

【００３６】［実施例４、比較例３］実施例１と同じパ
ネル構成で、階調方式として４フレームのフレーム間引
き方式と９レベルのパルス幅変調（図８）を併用する方
式とする以外は同様の駆動方法で効果を確認した。

【００３７】この場合の４階調の選択方法は３２階調レ
ベル中から、４色が最も鮮やかに識別できる階調レベル
を４レベル選択することになる。各色に対する階調レベ
ルは白色が（０／９，０／９，０／９，０／９）、橙色
が（４／９，４／９，４／９，４／９）、青色が（７／
９，６／９，７／９，６／９）、緑色が（９／９，９／
９，９／９，９／９）である。ここで（）の中の分数
は各フレームごとのパルス幅変調レベルであり、それら
が４フレームで完結することを意味する。

【００３８】今度の場合パルス幅変調が入っているた
め、表示パターンによる周波数依存性の影響がさらに大
きくなり、また、強調表示パターンは図７( ｂ) とな
る。この駆動方法でも交流化反転を行わない場合（比較
例３）には、白色や緑色は実質的にパルス幅変調がかか
っていないため駆動波形は図３（ａ）と同様に低周波の
駆動波形となる。一方、橙色や青色はパルス幅変調がか
かっている分、図３（ｂ）よりさらに高い周波数の駆動
波形となる。このため、交流化反転を行わない駆動波形
の場合には、比較例１よりもさらに色相変化が大きかっ
た。

【００３９】一方、走査線２本ごとに交流化を行った駆
動方法（Ｓ＝２、実施例４）では、実施例１と同様図７
( ｂ) のような強調パターンをはじめ、ほぼどのような
表示パターンでも色相が変化することはなかった。この
場合の液晶表示装置全体の消費電流は０．８０ｍＡであ
った。

【００４０】［実施例５］駆動波形としてパルス幅変調
のみを行う以外は実施例４と同様な実験を行った結果、
本発明の駆動波形では表示パターンによる色相変化がほ
とんど見れらず充分な効果が確認された。

【００４１】［実施例６、比較例４］実施例１と同様の
パネルを用い、デューティ比を１／３２Ｄ、バイアス比
を１／５Ｂ、フレーム周波数１００Ｈｚとし、それ以外
は実施例４および比較例３と同様の実験を行った。この
場合も、フレーム反転を行わない駆動方法（比較例４）
では表示不良が発生したのに対して、走査線２本ごとに
交流化を行う方式（Ｓ＝２、実施例６）では、表示パタ
ーンによらず均一な表示が可能であった。

【００４２】［実施例７、比較例５］実施例３と同様の
Ｖ_F ＝５％のパネルを用い、デューティ比を１／８０
Ｄ、バイアス比を１／８Ｂ、フレーム周波数６５Ｈｚと
し、それ以外は実施例４および比較例３と同様の実験を
行った。この場合も、フレーム反転を行わない駆動方法
（比較例５）では表示不良が発生したのに対して、走査
線２本ごとに交流化を行う方式（Ｓ＝２、実施例７）で
は、表示パターンによらず均一な表示が可能であった。

【００４３】［実施例８］実施例１と同様のパネルを用
い、Ｓ値を６とする以外は実施例４と同様の駆動を行っ
た。この場合には図７（ｂ）の強調パターンで軽微な色
相変化が認められたが、許容レベルであり、前記消費電
流が０．６１ｍＡに低減された。

【００４４】［実施例９］Ｓ値を８とする以外は実施例
８と同様の駆動を行った。強調試験における色相変化の
程度が、実施例８の場合よりもわずかに増加したが、実
用上問題とならない程度であり、前記消費電流は０．５
７ｍＡにさらに低減された。

【００４５】

【発明の効果】本発明のカラー液晶表示素子の駆動方法
を用いることにより、低周波側に周波数依存性のある液
晶パネルでも表示パターンに依存せず均一な表示が使用
可能となった。また、前述したように低周波側の周波数
特性はプロセスの影響を受け変動しやすいため、この駆
動方法により液晶パネルの歩留まりが向上する効果もあ
る。

【００４６】また、本駆動方法では駆動周波数が実質的
に高くなるため、低周波数駆動と相関のあった残像現象
や高温通電中に発生する表示むらも大幅に低減させるこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる駆動波形図。

【図２】カラー液晶表示素子の構成を示す模式的断面
図。

【図３】従来の駆動波形図。

【図４】カラー液晶パネルのしきい値電圧の周波数依存
性を表すグラフ。

【図５】（ａ）モノクロ液晶表示素子の電気光学特性を
表すグラフ、（ｂ）カラー液晶表示素子の電気光学特性
を表すグラフ。

【図６】フレーム間引き法による階調駆動波形図。

【図７】表示パターンによる色相変化を観察する強調表
示パターンの概略図。

【図８】パルス幅変調の駆動波形図。

【符号の説明】

１：液晶セル２：表側の偏光板３：裏側の偏光板４：反射板５：光学異方体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明電極と配向膜とをそれぞれ有しほぼ平
行に設けられた２つの基板間に誘電異方性が正のネマチ
ック液晶が挟持され、各基板の配向膜によって形成され
る液晶分子の配向方向による液晶のねじれ角が１６０〜
３００°とされ、液晶層の屈折率異方性（Δｎ₁ ）と液
晶層の厚み（ｄ₁ ）との積（Δｎ₁ ・ｄ₁ ）が１. ２〜
２. ５とされ、液晶層の外側に少なくとも１枚の偏光板
および少なくとも１枚の光学異方体が備えられ、かつこ
の液晶表示素子のフレーム周波数の０．５倍および１５
倍の周波数におけるしきい値電圧をそれぞれＶ_L 、Ｖ_H
としたときに、周波数依存性を表すパラメータＶ_F ＝｜
（Ｖ_L −Ｖ_H ）／Ｖ_H ｜×１００が０.５（％）以上で
あるカラー液晶表示装置の駆動方法であって、１／９９
Ｄ以下の低デューティ比で、フレーム周波数の５倍以上
の周波数で交流化反転駆動することを特徴とするカラー
液晶表示装置の駆動方法。
【請求項２】液晶表示素子の階調表示方式として、パル
ス幅変調を用いることを特徴とする請求項１記載の液晶
表示装置の駆動方法。
【請求項３】液晶表示素子の階調表示方式として、パル
ス幅変調とフレーム間引き変調を併用することを特徴と
する請求項２記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項４】交流化反転を走査線数１〜１５本ごとに行
うことを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載
の液晶表示装置の駆動方法。