JPH11223807A

JPH11223807A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11223807A
Application number: JP33149298A
Authority: JP
Inventors: Tokuo Koma; 徳夫小間
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 1999-08-17
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: JP3706486B2

Abstract

(57)【要約】【課題】垂直配向型などの液晶表示装置において、液
晶オフ状態からオン状態に移行させる際の液晶の応答速
度を向上させる。【解決手段】第１基板と第２基板との間に挟持された
垂直配向された液晶の傾斜方角を電界によって制御する
ノーマリブラックモードの液晶表示パネルを駆動する場
合に、黒表示のために液晶層に印加する電圧を０ボルト
より大きく、より好ましくは液晶の光学特性変化電圧Ｖ
ｔｈ以上であって、コントラストが５０以下とならない
限度の電圧の範囲に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、液晶の傾斜方角
を電界によって制御する電圧制御複屈折方式などの液晶
表示装置、特にその駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一対の基板間に液晶を封入し、この液晶
に電圧を印加して所望の表示を行う液晶表示装置は、小
型、薄型であるという利点があり、また低消費電力化が
容易であるため、現在、各種ＯＡ機器、ＡＶ機器或いは
携帯用、車載用情報機器などのディスプレイ等として実
用化が進んでいる。

【０００３】このような液晶表示装置のうち、負の誘電
異方性を有した液晶を用い、垂直配向膜を用いて液晶分
子の初期配向を垂直方向に制御するＤＡＰ（deformatio
n ofvertically aligned phase）型の液晶表示装置が提
案されている。ＤＡＰ型は、電圧制御複屈折（ＥＣＢ：
electrically controlled birefringence）方式の一種
であり、液晶分子の長軸と短軸との屈折率の差、つまり
複屈折現象を利用して、液晶層へ入射した光の透過率及
び表示色を制御するものである。ＤＡＰ型液晶表示装置
では、一対の基板の外側にそれぞれその偏光方向が直交
するように偏光板が配置され、液晶層への電圧印加時に
は、液晶層に一方の偏光板を通過して入射した直線偏光
がその複屈折により楕円偏光、円偏光となり、一部が他
方の偏光板から射出される。液晶層への印加電圧、即ち
液晶層中における電界強度に従って、液晶層の複屈折
量、つまり入射直線偏光の常光成分と異常光成分との位
相差（リタデーション量）が決定するため、液晶層への
印加電圧を各画素毎に制御することで、画素毎に第２の
偏光板からの射出光量を制御でき、全体として所望のイ
メージ表示が可能となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなＤＡＰ型液
晶表示装置は、複屈折を利用しているため本来的に光の
透過効率が良く、また表示装置のパネル構造等の改良を
行うことによりラビング工程を省略することが可能であ
り、さらに表示装置の視野角向上を図ることも可能であ
るという特徴を有する。しかし、垂直配向した液晶に電
圧を印加した場合に、液晶分子の傾斜角度は同じでもそ
の傾斜方角にバラツキが生ずるため、１画素領域内の液
晶分子の傾斜方角がそろうまでに多少の時間を有し、印
加電圧に対する液晶分子の応答速度が劣るという問題が
あった。

【０００５】上記課題を解決するために、この発明で
は、液晶の配向の垂直方向成分及び平面方向成分を電界
によって制御する液晶表示装置において、液晶の応答速
度を向上させることの可能な駆動回路の提供を目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、液晶駆動用の電極を備えた第１基板と第
２基板との間に挟持された液晶の配向の垂直方向成分及
び平面方向成分を電界によって制御する液晶表示装置で
あり、液晶に印加する駆動電圧の範囲の下限を０ボルト
より大きく設定することを特徴とするものである。ま
た、液晶に印加する駆動電圧の範囲の下限は、より好ま
しくは、液晶の光学特性変化電圧以上に設定する。

【０００７】さらに、前記液晶に印加する駆動電圧の範
囲の下限は、温度依存性を有する液晶の光学特性変化電
圧の温度変化による電圧変化に追従させることとしても
よい。

【０００８】また、前記液晶に印加する駆動電圧の範囲
の下限は、０ボルトより大きく、かつ、表示コントラス
ト５０以上を満たす電圧の範囲内とすることがより好ま
しい。

【０００９】本発明は、上記液晶表示装置において、液
晶は、初期傾斜角がほぼ０度の垂直又は水平に初期配向
されていることを特徴とするものである。

【００１０】さらに、本発明の液晶表示装置では、液晶
駆動用の電極には、所定形状の電極不在領域が設けら
れ、該電極の端部に発生する斜め方向の電界により、前
記液晶の配向の平面方向成分を制御することを特徴とす
るものである。

【００１１】さらに、この発明では、前記第１基板上の
液晶駆動用の電極は、該基板上にマトリクス状に設けら
れた複数の画素電極であり、能動層に低温で形成された
多結晶シリコン層を利用した多結晶シリコン薄膜トラン
ジスタが対応する前記画素電極に接続されるように形成
され、前記複数の画素電極のぞれぞれと、前記第２基板
上の液晶駆動用電極である共通電極との間で液晶層を画
素電極毎に駆動して表示を行うタイプのものを用いるこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の好
適な実施の形態（以下実施形態という）について説明す
る。本実施形態の液晶表示装置は、電界により液晶の配
向を制御するＤＡＰ型の液晶表示パネルを駆動する場合
に、電圧非印加における色表示（ここでは黒表示）のた
めに液晶層に印加する駆動電圧の範囲の下限が０ボルト
まで低下しないように制御することで、ＤＡＰ型液晶表
示パネルの応答速度の向上を図っている。

【００１３】［液晶表示パネルの構成］まず、最初に、
駆動対象であるＤＡＰ型の液晶表示パネルの構成につい
て図１及び図２を用いて説明する。図１は液晶表示パネ
ルの平面構成の一例、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った概
略断面の一例を示している。この実施形態に係る液晶表
示装置は、低温多結晶シリコンＴＦＴが形成され、画素
電極２６がＴＦＴの上層に配置されたＴＦＴ基板（第１
基板）１０を有し、さらに、間に液晶層４０を挟んでＴ
ＦＴ基板１０と対向配置され、かつ配向制御窓３４を備
えた共通電極３２が形成された対向基板（第２基板）３
０を備え、各基板１０及び３０の外側にはそれぞれ互い
にその透過偏光方向が直交するよう配置された偏光板４
４、４６が設けられている。

【００１４】ガラスなどからなるＴＦＴ基板１０上に
は、この例では、Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ等の金属をパターニ
ングして得られたゲート電極１２及びゲート電極１２と
一体のゲート電極配線１２Ｌを備え、これらゲート電極
１２、ゲート電極配線１２Ｌを覆うように、例えばＳｉ
Ｎｘ及びＳｉＯ₂の積層構造又はいずれか一方よりなる
ゲート絶縁膜１４が形成されている。ゲート絶縁膜１４
上には、ＴＦＴの能動層として機能する多結晶シリコン
薄膜２０が形成されている。この多結晶シリコン薄膜２
０は、非晶質シリコン薄膜にレーザアニール及びランプ
アニールの組み合わせ又はいずれか一方のアニール処理
などを用いた低温アニール処理を施すことによって多結
晶化し、その後、島状にパターニングして得たものであ
る。

【００１５】多結晶シリコン薄膜２０上には、ＳｉＯ₂
等からなる注入ストッパ２３が形成されている。この注
入ストッパ２３は、ゲート電極１２をマスクとしてＴＦ
Ｔ基板１０の裏面（図２の下側）から露光することで、
自己整合的にゲート電極１２とほぼ同一形状にパターニ
ングして形成されている。そして、この注入ストッパ２
３を利用して多結晶シリコン薄膜２０にリン、砒素等の
不純物を低濃度に注入することにより、多結晶シリコン
薄膜２０の注入ストッパ２３の直下領域の両側には、自
己整合的にこれらの不純物を低濃度に含む低濃度ソース
領域２０ＬＳ及び低濃度ドレイン領域２０ＬＤがそれぞ
れ形成されている。また、注入ストッパ２３の直下領域
は、注入ストッパ２３がマスクとなって不純物が注入さ
れないため、実質的に不純物を含有しない真性領域とな
り、この真性領域がＴＦＴのチャネル領域２０ＣＨとし
て機能する。低濃度ソース領域２０ＬＳ、低濃度ドレイ
ン領域２０ＬＤの外側には、同じ不純物をさらに高濃度
に注入することによりソース領域２０Ｓ、ドレイン領域
２０Ｄが形成されている。

【００１６】各領域（２０ＣＨ、２０ＬＳ、２０ＬＤ、
２０Ｓ、２０Ｄ）が形成された多結晶シリコン薄膜２０
及び注入ストッパ２３上にはこれらを覆うようにＳｉＮ
ｘ等からなる層間絶縁膜２２が形成されている。この層
間絶縁膜２２上には、Ａｌ、Ｍｏ等からなるソース電極
１６、ドレイン電極１８及びドレイン電極１８と一体の
ドレイン電極配線１８Ｌが形成されている。また、ソー
ス電極１６及びドレイン電極１８は、層間絶縁膜２２に
設けられたコンタクトホールにおいて上記多結晶シリコ
ン薄膜２０に形成されたソース領域２０Ｓ、ドレイン領
域２０Ｄに接続されている。

【００１７】本実施形態における低温多結晶シリコンＴ
ＦＴは、上記ゲート電極１２、ゲート絶縁膜１４、多結
晶シリコン薄膜２０（２０ＣＨ、２０ＬＳ、２０ＬＤ、
２０Ｓ、２０Ｄ）、ソース電極１６、ドレイン電極１８
を備え、低温プロセスで形成された多結晶シリコン薄膜
２０を能動層として有し、またゲート電極１２が素子下
側に位置する逆スタガ型のＴＦＴによって構成されてい
る。但し、ＴＦＴ形状は逆スタガ型に限定されることは
なく、ゲート電極が多結晶シリコン薄膜よりも上層に配
置されるスタガ型の構成であってもよい。

【００１８】このような構成のＴＦＴ及び層間絶縁膜２
２を覆うようにＴＦＴ基板１０のほぼ全面には、さらに
平坦化のための平坦化層間絶縁膜２４が１μｍ程度或い
はそれ以上の厚さに形成されている。平坦化層間絶縁膜
２４は、例えばＳＯＧ（SpinOn Grass）、ＢＰＳＧ（Bo
ro-phospho-Silicate Glass）、アクリル樹脂等が用い
られている。平坦化層間絶縁膜２４上には、表示装置が
透過型の場合にはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明
導電膜を用いた液晶駆動用の画素電極２６がＴＦＴ形成
領域上を覆うように形成され、この画素電極２６は、平
坦化層間絶縁膜２４に設けられたコンタクトホールを介
してソース電極１６に接続されている。なお、表示装置
が反射型の場合にはこの画素電極２６としてＡｌ等の導
電性反射材料が用いられる。

【００１９】また、画素電極２６を覆うようにＴＦＴ基
板１０のほぼ全面には、ラビング工程なしで液晶分子を
垂直方向に配向させるための配向膜として、例えばポリ
イミド等を用いた垂直配向膜２８が形成されている。

【００２０】以上のような各素子が形成されたＴＦＴ基
板１０と液晶層４０を挟んで対向配置される対向基板
（第２基板）３０は、ＴＦＴ基板１０と同様にガラス等
から構成されており、ＴＦＴ基板１０との対向側表面に
はＲＧＢのカラーフィルタ３８が形成され、さらにその
上にはアクリル樹脂などの保護膜３６を介し、対向する
画素電極２６とで液晶を駆動するためのＩＴＯなどから
なる共通電極３２が形成されている。そして、本実施形
態では、後述するように、この共通電極３２にはその各
画素電極２６と対向する領域に配向制御窓３４として、
例えば図１に示すようなＸ字状の電極不在部が形成され
ている。また、共通電極３２及びこの配向制御窓３４上
にはこれらを覆うようにＴＦＴ基板１０側と同様の垂直
配向膜２８が形成されている。

【００２１】液晶層４０は、例えば３μｍ〜５μｍ程度
に設定された基板間の間隙に封入され、液晶材料として
は、液晶分子４２の長軸方向の誘電率よりも短軸方向の
誘電率が大きい、いわゆる負の誘電率異方性を有する液
晶材料が用いられている。本実施形態において液晶層４
０に用いられている液晶材料は、側鎖にフッ素を有する
下記化学式（１）〜（６）で示される構造を備えた液晶
分子を所望の割合で混合して作製したものであり、少な
くとも、これら化学式（１）〜（６）の内１種類の液晶
分子を含むように混合されている。

【００２２】

【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【化５】

【化６】現在、負の誘電異方性を有する液晶材料としては、移動
度の低い非晶質シリコンを能動層に利用したＴＦＴ液晶
表示装置用として、側鎖にシアノ（ＣＮ−）基を有する
液晶分子が主に用いられている。しかし、シアノ基を側
鎖に備える液晶分子は、低電圧駆動では残留直流電圧の
影響が大きくなるため、十分高い電圧で駆動する必要が
あり、電圧保持率が低く、また液晶の焼き付きの可能性
がある。しかし、本実施形態ではＴＦＴとして低温プロ
セスによって作製され、低電圧駆動可能な多結晶シリコ
ンＴＦＴを用いている。従って、現在用いられているシ
アノ基を側鎖に備えた液晶材料を用いたのでは、低電圧
駆動ができるという多結晶シリコンＴＦＴの特性を活か
すことができないこととなる。そこで、液晶材料として
上述のように側鎖にフッ素を有する液晶分子を配合する
ことにより、液晶層４０は、例えば２Ｖ程度の低電圧で
の駆動が可能となり、さらに、多結晶シリコンＴＦＴに
よる低電圧駆動でも十分高い電圧保持率を備え、焼き付
きが防止されている。また、液晶表示装置を低電圧で駆
動することができるため、非晶質シリコンＴＦＴを用い
た液晶表示装置と比較してより低消費電力の装置とする
ことを可能としている。

【００２３】また、本実施形態では、上述のような負の
誘電異方性を有するフッ素系液晶分子を含有する液晶材
料を用い、かつ垂直配向膜２８を用いることにより、液
晶分子の初期配向を垂直方向に制御するノーマリブラッ
クモードのＤＡＰ型液晶表示装置を採用し、液晶分子の
長軸と短軸における屈折率の差、つまり複屈折現象を利
用して、液晶層へ入射した光の透過率を制御している。

【００２４】さらに、本実施形態では、図１及び図２に
示すように共通電極３２に電極不在部としての配向制御
窓３４を設けることにより、液晶分子を配向制御窓３４
を基準として所定の方角に傾け、液晶分子の応答性の向
上を図ると共に、画素内で配向方向を分割することによ
って液晶表示の視角依存性を緩和し、広い視野角の表示
装置を実現している。

【００２５】液晶層４０への電圧印加時（白表示時）に
おいて、図１に示す画素電極２６の各辺のエッジ部分に
は、図２に点線で示すように共通電極３２との間にそれ
ぞれ異なる方角に斜めの電界が発生し、画素電極２６の
辺のエッジ部分において、液晶分子は垂直配向状態から
斜め電界と反対の方向に傾く。液晶分子４２は連続体性
を有しているため、画素電極２６のエッジ部分で斜め電
界で液晶分子の傾き方角が決定すると（傾き角度は電界
強度によって決定）、画素電極２６の中央付近の液晶分
子の傾く方角は、該画素電極２６の各辺における液晶分
子の傾き方角に追従して変化し、画素駆動時において、
最終的に１つの画素領域内には、液晶分子の傾き方角の
異なる複数の領域が発生することとなる。

【００２６】一方、配向制御窓３４には常に液晶動作閾
値未満の電圧しか印加されないため、図２に示すように
配向制御窓３４に位置する液晶分子は、垂直配向したま
まとなる。このため、配向制御窓３４が、常に上記液晶
分子の傾き方角の異なる領域の境界となる。例えば、図
１に示すように配向制御窓３４をＸ字状とすれば、それ
ぞれ傾き方角の異なる領域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの境界は、こ
のＸ字状の配向制御窓３４上に固定されることとなる。
従って、一つの画素領域内で配向分割が行われると共
に、複数の異なる方角に傾く領域の境界を配向制御窓３
４の上に固定でき、優先視角方向を複数設けることがで
き（本実施形態の場合、上下左右の４つ）、広視野角の
液晶表示装置とすることが可能となる。

【００２７】また、上述のように画素電極２６が層間絶
縁膜２２及び２４を介してＴＦＴ及びその電極配線（ゲ
ート電極配線、ドレイン電極配線）等の形成領域上を覆
うように形成することで、ＴＦＴ及び電極配線による電
界が液晶層４０に漏れ、液晶分子の配向に悪影響を与え
ることが防止されている。さらに、平坦化層間絶縁膜２
４により画素電極２６の表面の平坦性を向上させること
が可能であるため、画素電極２６の表面の凹凸による液
晶分子の配向の乱れも防止することが可能となってい
る。また、ＴＦＴや電極配線による電界の漏洩や画素電
極２６表面の凹凸などを低減することが可能な構成であ
るため、画素電極２６のエッジ部と配向制御窓３４の電
界作用により液晶分子の配向を制御することで、垂直配
向膜２８に対するラビング工程は不要となっている。

【００２８】また、画素電極２６がＴＦＴ及び各電極配
線を覆うように形成することにより、ＴＦＴや配線との
余分なアライメントマージンが不要となり、開口率をよ
り高くすることを可能としている。

【００２９】［駆動回路］次に、上述のような構成のノ
ーマリブラックモードのＤＡＰ型液晶表示パネルの応答
速度向上のための駆動回路及びその駆動方法について説
明する。

【００３０】図３は、本実施形態の液晶表示装置の全体
構成を示しており、装置は、液晶表示パネル５０とその
駆動回路６０を備える。

【００３１】液晶表示パネル５０は、図１及び図２に示
すようにＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶層を挟持
し、ＴＦＴ基板側に、表示部ＴＦＴとして、自己整合に
よってチャネル、ソース、ドレインを作製可能な低温多
結晶シリコンＴＦＴが形成された表示部５２を有する。
またパネル５０のＴＦＴ基板上の表示部５２の周囲に
は、各表示部ＴＦＴを水平方向に選択するＨドライバ５
４と、該表示部ＴＦＴを垂直方向に選択するＶドライバ
５６が形成されている。これらＨ、Ｖドライバ５４、５
６は、表示部５２の多結晶シリコンＴＦＴとほぼ同一の
工程で形成したＣＭＯＳ構造の多結晶シリコンＴＦＴが
用いられている。なお、上述のようなパネル構造の特徴
によって、これらのＴＦＴが密集したドライバ５４、５
６の多結晶シリコンＴＦＴに悪影響を与えるラビング工
程を省略可能としているため、液晶表示装置としての歩
留まり向上が図られている。

【００３２】液晶表示パネル５０の駆動回路６０は、ビ
デオクロマ処理回路６２、タイミングコントローラ６４
などが集積されて構成されている。ビデオクロマ処理回
路６２は、入力されるコンポジットビデオ信号からＲ、
Ｇ、Ｂの映像信号を作成する。タイミングコントローラ
６４は、入力されるビデオ信号に基づいてＶＣＯ６６の
発生する基準発振信号から各種タイミング制御信号を形
成し、これを上記ビデオクロマ処理回路６２や、ＲＧＢ
ドライバ処理回路７０、レベルシフタ６８などに供給す
る。ＲＧＢドライバ処理回路７０は、ビデオクロマ処理
回路６２から供給されるＲＧＢ毎の映像信号から、ＴＦ
ＴＬＣＤの特性に応じたＲＧＢ毎の交流駆動信号を作成
し、これを液晶表示パネル５０に出力する。

【００３３】この発明では、ノーマリブラックモードの
液晶表示パネルに対し、駆動電圧の範囲の下限、つまり
黒表示のために液晶層に印加する駆動電圧を０ボルトよ
り大きく設定するが、このような黒表示のための駆動電
圧の制御は、例えば、後述するように上記ＲＧＢドライ
バ処理回路７０において行うことができる。

【００３４】図４は、上記図１及び図２に示すごときＤ
ＡＰ型液晶表示パネルにおける液晶層へのＯＦＦ印加電
圧［Ｖ］とその時のコントラスト［ＴON（透過率オン
時）／ＴOFF（透過率オフ時）］との関係、及びＯＦＦ
印加電圧と、液晶の応答時間［ｍｓｅｃ］との関係を表
している。ここで、ＯＦＦ印加電圧は液晶がＯＦＦ状
態、すなわち非動作状態を維持する電圧であり、このＯ
ＦＦ印加電圧が０Ｖから２Ｖ程度の範囲では、上記液晶
分子は初期配向状態である垂直配向を維持するため透過
率は十分に低く、コントラストは９００以上の高い値を
示す。そして、液晶の光学特性が変化する電圧（以下光
学特性変化電圧という）Ｖｔｈ（図４の例では印加電圧
２Ｖ付近）を超えるとコントラストが低下し、図４の例
では３．５Ｖ程度になると、コントラストは一般的な表
示品質下限と考えられる５０程度まで低下する。

【００３５】一方、印加電圧に対する応答時間は、図４
に示されるように、黒表示状態から白表示状態に移行す
る場合（図中□）と、白表示状態から黒表示状態に移行
する場合（図中△）とで、その特性が大きく異なる。白
表示状態から黒表示状態へ移行する時、つまりノーマリ
ブラックモードの液晶においてオン状態からオフ状態へ
移行する時は、その応答時間は、５〜１０ｍｓｅｃと短
時間である。ところが、黒表示状態から白表示状態へと
移行させる場合、つまりオフ状態からオン状態への移行
時においては、ＯＦＦ印加電圧が０Ｖから光学特性変化
電圧Ｖｔｈ（図４では２Ｖ付近）の間の電圧範囲と、Ｖ
ｔｈ以上の電圧範囲の場合とで、要する応答時間、つま
り応答速度は大きく異なる。具体的には、０Ｖ〜Ｖｔｈ
未満の電圧範囲では、液晶の応答時間は７５ｍｓｅｃ〜
３０ｍｓｅｃと非常に長いが、Ｖｔｈ以上になると応答
時間は２０ｍｓｅｃ程度以下となる。

【００３６】以上のことから、黒表示における液晶層へ
のＯＦＦ印加電圧がＶｔｈ付近より低いと、黒表示から
白表示への切替時に十分な応答速度が得られず、高い品
質の表示を行うことが困難になることが予想される。し
かし、ＤＡＰ型液晶表示パネルに対して、印加電圧の下
限を０Ｖより大きく設定すれば、黒表示から白表示への
移行時の応答速度を高めることが可能となる。十分速い
応答速度として、例えば応答時間２０ｍｓｅｃ以下程度
を満足するには、ＯＦＦ印加電圧は、液晶の光学特性変
化電圧Ｖｔｈ以上の電圧とすることが好ましい。さら
に、ＯＦＦ印加電圧の上限は、例えばコントラスト５０
程度以上が満足できる電圧とすることが好適である。コ
ントラストが５０以上あれば、ある程度の表示品質を満
足することができるからである。そして、以上のように
ＯＦＦ印加電圧を設定することにより、高コントラスト
で高速応答の液晶表示が可能となる。また、液晶の光学
特性変化電圧Ｖｔｈは温度依存性を備えている。従っ
て、液晶表示装置の環境温度の変化に適合させて常に最
適な液晶表示を行うには、黒表示の印加電圧の下限をこ
のＶｔｈを基準として決定する場合、黒表示の印加電圧
を温度変化によるＶｔｈの変化に追従させて変化させる
ことが好ましい。

【００３７】図５は、駆動電圧範囲の制御を行うＲＧＢ
ドライバ処理回路７０のＲＧＢのいずれか一つについて
の構成例を示している。なお、ＲＧＢドライバ処理回路
７０は、図５と同一構成をＲＧＢそれぞれについて備え
ている。図６は、図５のリミットレベル発生回路８４の
一例を示している。また、図７は、図５のＲＧＢドライ
バ処理回路７０における信号波形を表している。

【００３８】図５のビデオクロマ処理回路６２から出力
されるＲＧＢ毎の映像信号は、それぞれ対応する差動出
力アンプ７３に供給され、ここでバイアス回路７２の電
圧に基づいたＤＣ電位となることでブライト調整され
る。差動出力アンプ７３からは第１バッファ７４、第２
バッファ７５に非反転、反転出力信号がそれぞれ供給さ
れ、第１バッファ７４は図７（ａ）に点線で示すような
非反転出力信号ａ’を出力し、第２バッファ７５は図７
（ｂ）に点線で示すよう反転出力信号ｂ’を出力する。
これらの非反転出力信号ａ及び反転出力信号ｂは、第１
及び第２リミット回路７８及び８０でそれぞれの出力レ
ベルの下限及び上限が１周期（Ｔ）毎に制限されてマル
チプレクサ８２に供給される（図７（ａ）、（ｂ）の実
線）。マルチプレクサ８２は、反転制御信号に基づいて
１周期（期間Ｔ１、Ｔ２）毎に、非反転出力信号（ａ）
と反転出力信号（ｂ）とを交互に選択し、これがバッフ
ァを介して液晶駆動用の交流駆動信号（ｃ）として液晶
表示パネル５０に出力される。

【００３９】第１リミット回路７８は、第１バッファ７
４とマルチプレクサ８２との信号経路中に設けられたト
ランジスタＱ１と、第２バッファ７５とマルチプレクサ
８２との信号経路中に設けられたトランジスタＱ２とか
らなる。トランジスタＱ１及びＱ２のベースには、後述
するリミットレベル発生回路８４からの図７（ｄ）に示
すような第１レベル制御信号（ｄ）が供給されている。
また、第２リミット回路８０は、第１バッファ７４とマ
ルチプレクサ８２との信号経路中に設けられたトランジ
スタＱ３と、第２バッファ７５とマルチプレクサ８２と
の信号経路中に設けられたトランジスタＱ４とからな
る。トランジスタＱ３及びＱ４のベースには、図７
（ｅ）に示すようなリミットレベル発生回路８４からの
第２レベル制御信号（ｅ）が供給されている。そして、
この第１及び第２レベル制御信号（ｄ）、（ｅ）によっ
て決定される電圧に応じて、第１リミット回路７８のト
ランジスタＱ１及び第２リミット回路８０のＱ４が動作
することで、非反転出力信号ａ及び反転出力信号ｂのレ
ベルが制限され、液晶層に印加される電圧（絶対値）の
黒レベルが０Ｖより大きい所定レベル未満にならないよ
うにしている。

【００４０】また、第１リミット回路７８のトランジス
タＱ２と第２リミット回路８０のトランジスタＱ３が動
作し、非反転出力信号ａ及び反転出力信号ｂのレベルが
制限され、液晶層に印加される電圧（絶対値）の白レベ
ルが所望のレベルを超えないようにしている。なお、第
１、第２リミット回路７８及び８０のトランジスタＱ２
とＱ３は本実施形態においては必ずしも必要ではない
が、これらを設けて非反転、反転出力信号の上下レベル
が所定範囲内となるように制御することで、白レベルが
制御できると共にマルチプレクサ８２に過大な電圧が印
加されることを防止すると共に、交流駆動信号（ｃ）の
上下レベルの対称性を高めている。

【００４１】次に、図６を参照してリミットレベル発生
回路８４の構成について説明する。このリミットレベル
発生回路８４は、端子１００に供給される１周期（Ｔ）
毎にレベルの変化する反転制御信号に応じて、レベルが
切り替わる第１レベル制御信号（ｄ）をトランジスタＱ
１１のエミッタ側から出力し、また同様に第２レベル制
御信号（ｅ）をトランジスタＱ１０のエミッタ側から出
力する。

【００４２】まず、端子１００に印加される反転制御信
号の反転信号の電圧が基準電源８６の電圧Ｖref’より
高いＨレベルの場合、トランジスタＱ１９がオンする。
この際、端子２００に印加される反転制御信号がＬレベ
ルであるので基準電源９０−２（Ｖref2）が選択され
る。したがって、第１カレントミラー回路ＣＣ１によ
り、定電流源９２の流す定電流Ｉ₂とほぼ等しい電流Ｉ
が抵抗Ｒ１に流れ、トランジスタＱ１０のベース電位は
「Ｖref2＋Ｒ₁・Ｉ₂」となり、トランジスタＱ１０のエ
ミッタ側から対応する第２レベル制御信号（ｅ）が出力
される。また、この際、トランジスタＱ１４がオフして
いるので、第２カレントミラー回路ＣＣ２には電流が流
れず、トランジスタＱ１１のベース電位は基準電源９０
−２と同じ「Ｖref2」となり、対応する第１レベル制御
信号（ｄ）がトランジスタＱ１１のエミッタ側から出力
される。

【００４３】反対に、端子１００に印加される反転制御
信号の反転信号の電圧が基準電源８６の電圧Ｖref’よ
り低いＬレベルの場合、差動対を構成するＰＮＰトラン
ジスタＱ１３及びＱ１４のうちのトランジスタＱ１４が
オンする。そして、第２カレントミラー回路ＣＣ２によ
り電流源８８から供給される電流Ｉ₁とほぼ等しい電流
Ｉが抵抗Ｒ２に流れる。この際、端子２００に印加され
る反転制御信号がＨレベルであるので基準電源９０−１
（Ｖref1）が選択され、抵抗Ｒ２に接続される。よっ
て、この抵抗Ｒ２に接続されたトランジスタＱ１１のベ
ース電位は、抵抗Ｒ２における電圧降下により「Ｖref1
−Ｒ₂・Ｉ₁」となり（図７（ｄ））、トランジスタＱ１
１のエミッタから対応する第１レベル制御信号（ｄ）が
出力される。また、この際、差動対をなすＮＰＮトラン
ジスタＱ１９及びＱ２０の内のトランジスタＱ１９がオ
フしているため、第１カレントミラー回路ＣＣ１には電
流が流れておらず、この第１カレントミラー回路ＣＣ１
の出力側トランジスタと抵抗Ｒ１との間に接続されたト
ランジスタＱ１０のベース電位は、抵抗Ｒ１の他端に接
続されている基準電源９０−１と同じ「Ｖref1」とな
る。よって、トランジスタＱ１０のエミッタからは図７
（ｅ）に示すような第２レベル制御信号（ｅ）が出力さ
れる。

【００４４】ここで、第１及び第２レベル制御信号
（ｄ）、（ｅ）の波形は、図７（ｄ）、（ｅ）の二点鎖
線で波形であり、図７（ｄ）、（ｅ）の実線の波形は、
トランジスタＱ１１、Ｑ１０のベース波形であってこれ
が非反転、反転信号（ａ）、（ｂ）のリミットレベルと
なる。

【００４５】反転制御信号がＬレベルでマルチプレクサ
８２において非反転出力信号（ａ）が選択されていると
き（図７の期間Ｔ１）、第１リミット回路７８のトラン
ジスタＱ１のリミットレベルは「Ｖref2」であり、従っ
て、非反転出力信号ａの下限レベル（期間Ｔ１における
黒表示レベル）は「Ｖref2」より低くならないように制
御されることとなる。一方、第２リミット回路８０のト
ランジスタＱ３のリミットレベルは、「Ｖref2＋Ｒ₁・
Ｉ₂」であり、非反転出力信号ａの上限レベル（期間Ｔ
１における白表示レベル）は「Ｖref2＋Ｒ₁・Ｉ₂」を超
えないように制御される。また、この際、第１リミット
回路７８のトランジスタＱ２がマルチプレクサ８２で選
択されていない反転出力信号ｂに対して、そのレベルを
「Ｖref2」に固定するため、マルチプレクサ８２の切替
端子間に過大な電圧が発生することが防止される。

【００４６】次に、反転制御信号がＨレベルでマルチプ
レクサ８２において反転出力信号（ｂ）が選択されてい
るとき（図７の期間Ｔ２）、第１リミット回路７８のト
ランジスタＱ２のリミットレベルは「Ｖref1−Ｒ₂・
Ｉ₁」であり、反転出力信号（ｂ）の下限レベル（期間
Ｔ２における白レベルに対応）が「Ｖref1−Ｒ₂・Ｉ₁」
より低くならないように制御される。第２リミット回路
８０のトランジスタＱ４のリミットレベルは「Ｖref1」
であり、反転出力信号ｂの上限レベル（期間Ｔ２におけ
る黒表示レベル）がこの「Ｖref1」を超えないように制
御される。なお、この際、第２リミット回路８０のトラ
ンジスタＱ３が、マルチプレクサ８２で選択されていな
い非反転出力信号ａに対して、そのレベルが「Ｖref1」
に固定されるため、この場合にも、マルチプレクサ８２
の切替端子間に過大な電圧が発生することが防止され
る。

【００４７】以上のような動作により、ＬＣＤパネル５
０へバッファを介してマルチプロクサ８２から供給され
る信号は、図７（ｃ）に示すように、常にそれぞれ各期
間Ｔ１、Ｔ２における黒表示レベルがＶref2以下となる
か、またはＶref1以下になるように制御される。

【００４８】本実施形態では、上述のように液晶駆動電
圧の黒表示レベルが０Ｖより大きくなるように、より好
ましくは該レベルがＶｔｈ〜Ｖc50（Ｖc50：コントラス
ト５０を満たす印加電圧）の範囲内になるように制御す
るが、これは、例えば、図６に示すリミットレベル発生
回路８４の抵抗Ｒ１及びＲ２の抵抗値や、基準電源９０
−１及び９０−２の電圧Ｖref1（＝Ｖcen−ΔＶ）、Ｖr
ef2（＝Ｖcen＋ΔＶ）を所望の値に調整することにより
達成することができる。また、温度変化によるＶｔｈの
変化に黒表示レベルの電圧を追従させるためには、例え
ば、温度変化に応じて基準電源９０−１、９０−２の電
圧Ｖref1、Ｖref2を変更するなどにより行うことができ
る。

【００４９】なお、以上においては、駆動対象である液
晶表示パネルとして垂直配向されたノーマリブラックモ
ードのＤＡＰ型液晶表示パネルを例に挙げているが、液
晶初期傾斜角０度で水平配向されたツイストネマティッ
ク型の液晶表示パネルやＮＷ（ノーマリホワイト）ＬＣ
Ｄなど、液晶オフ状態とオン状態間の移行速度が遅い液
晶表示パネルについても同様な効果を有する。即ち、液
晶を駆動する印加電圧範囲の下限を０Ｖより大きく設定
することによりその応答速度を向上することが可能とな
る。

【００５０】また、本実施形態の装置を用いてカラー液
晶表示装置を構成する場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色成分
に対し、液晶表示装置の印加電圧（液晶ＯＮ印加電圧、
白表示レベル）と透過率と関係が異なるため、このよう
な各成分毎の透過率の相違を補正するために第１リミッ
ト回路７８のトランジスタＱ２と上記第２リミット回路
８０のトランジスタＱ３によって各色成分毎に白表示レ
ベルを制御してもよい。図８は、液晶表示装置のＲＧＢ
各色ごとの印加電圧［Ｖ］と透過率［Ｔ］との関係を表
している。図８から理解できるように、ＥＣＢ型の液晶
表示装置は波長依存性を有しており、ＲＧＢ各色成分の
透過量を概ね等しくするためには、各色についての設定
最大透過率に対する液晶駆動電圧レベル、つまり、ノー
マリブラックモードの該当液晶画素をオン状態とするた
めに設定する白表示電圧レベルを、例えば図８のような
特性の場合に、Ｒ用は７．８Ｖ付近、Ｇ用は７Ｖ付近、
Ｂ用は４．９Ｖ付近に設定する。これにより、ＲＧＢ光
の合成により白色を表示するカラー表示の場合に、白色
を忠実に表示することが可能となる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、液晶層に印加する駆動電圧範囲の下限を０ボルトよ
り大きい所望の範囲に設定することで、高コントラスト
を満たしつつ液晶の応答速度を向上させることができ
る。また、オフ表示のために液晶層に印加する電圧の下
限を液晶の光学特性変化電圧以上に設定する場合に、表
示装置の周囲温度に応じた光学特性変化電圧の変化に該
下限を追従させることにより、様々な温度環境下におい
ても常時、高品質な表示を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る液晶表示パネルの平面構成
の一例を示す概念図である。

【図２】図１の液晶表示パネルのＡ−Ａ線に沿った概
略断面を示す図である。

【図３】本実施形態の液晶表示装置の全体構成を示す
ブロック図である。

【図４】本実施形態の液晶表示パネルにおける印加電
圧とコントラスト及び応答時間の関係を示す図である。

【図５】図３のＲＧＢドライバ処理回路７０の概略構
成を示す図である。

【図６】図５のリミットレベル発生回路８４の構成を
示す図である。

【図７】図５の回路における信号波形を示す図であ
る。

【図８】本実施形態の液晶表示パネルにおける印加電
圧と透過率の波長依存性を示す図である。

【符号の説明】

１０ＴＦＴ基板（第１基板）、１２ゲート電極、１
４ゲート絶縁膜、１６ソース電極、１８ドレイン
電極、２０多結晶シリコン薄膜、２０Ｓソース領
域、２０ＬＳ低濃度ソース領域、２０ＣＨチャネル
領域、２０Ｄドレイン領域、２０ＬＤ低濃度ドレイ
ン領域、２２層間絶縁膜、２３注入ストッパ、２４
平坦化層間絶縁膜（ＳＯＧ）、２６画素電極、２８
垂直配向膜、３０対向基板（第２基板）、３２共
通電極、３４配向制御窓、３６保護膜、３８カラー
フィルタ、４０液晶層、４２液晶分子、５０液晶
表示パネル、６０駆動回路、６２ビデオクロマ処理
回路、６４タイミングコントローラ、６６ＶＣＯ、
７０ＲＧＢドライバ処理回路、７８第１リミット回
路、８０第２リミット回路、８２マルチプレクサ、
８４リミットレベル発生回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液晶駆動用の電極を備えた第１基板と第
２基板との間に挟持された液晶の配向の垂直方向成分及
び平面方向成分を電界によって制御する液晶表示装置で
あり、液晶に印加する駆動電圧の範囲の下限を０ボルトより大
きく設定することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】液晶駆動用の電極を備えた第１基板と第
２基板との間に挟持された液晶の配向の垂直方向成分及
び平面方向成分を電界によって制御する液晶表示装置で
あり、液晶に印加する駆動電圧の範囲の下限を液晶の光学特性
変化電圧以上に設定することを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２のいずれかに記載
の液晶表示装置において、液晶層に印加する前記駆動電圧の範囲の下限は表示コン
トラスト５０以上を満たす電圧の範囲内とすることを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項４】請求項２に記載の液晶表示装置におい
て、前記駆動電圧の範囲の下限を温度依存性を有する液晶の
光学特性変化電圧の温度変化による電圧変化に追従させ
ることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか一つに記
載の液晶表示装置において、液晶は、初期傾斜角がほぼ０度の垂直又は水平に初期配
向されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれかに記載の
液晶表示装置において、前記液晶駆動用の電極には、所定形状の電極不在領域が
設けられ、該電極の端部に発生する斜め方向の電界によ
り、前記液晶の配向の平面方向成分を制御することを特
徴とする液晶表示装置。
【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれかに記載の
液晶表示装置において、前記第１基板上の液晶駆動用の電極は、該基板上にマト
リクス状に設けられた複数の画素電極であり、能動層に低温で形成された多結晶シリコン層を利用した
多結晶シリコン薄膜トランジスタが対応する前記画素電
極に接続されるように形成され、前記複数の画素電極のぞれぞれと、前記第２基板上の液
晶駆動用電極である共通電極との間で液晶層を画素電極
毎に駆動して表示を行うことを特徴とする液晶表示装
置。