JPH1124634A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画面のフリッカが発生せず、低消費電力の液
晶表示装置を得る。 【解決手段】 アクティブマトリクス型液晶表示パネル
１を複数フレーム期間単位でフレーム反転駆動する場合
に、画素電極３とコモン電極８間に印加する電圧を極性
反転時に小さい電圧として１フレーム期間単位で大きい
電圧に徐々に遷移する。遷移量を画素２の残留電圧を相
殺する量として、液晶にかかる電圧が常に等しくなるよ
うにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は液晶表示装置とくに
その駆動方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＯＡ機器例えばワードプロセッサーやパ
ーソナルコンピュータ用のフラットパネル表示装置に
は、表示面積の拡大化と精細度向上がの望まれ、近年で
は、大きさは１０．４''サイズから１２．１''サイズ
が、また画素数はＶＧＡ（６４０×４８０）、ＳＶＧＡ
（８００×６００）、ＸＧＡ（１０２４×７６８）、さ
らにそれ以上の画素数の表示装置が製品化されている。

【０００３】一方、これらの用途は携帯形が主で、電池
による長時間動作が可能であることが望まれる。液晶デ
ィスプレイは駆動電圧が低いことから、プラズマディス
プレイやＥＬディスプレイにくらべて格段に消費電力が
小さい。しかしながら、電池駆動の携帯機器において
は、液晶ディスプレイの消費電力は全体の３割と大き
い。

【０００４】そこで、液晶パネルを駆動するドライバＩ
Ｃの低消費電力化や電源回路の効率改善、液晶パネルを
照明するバックライトの効率改善により低消費電力化が
なされてきた。

【０００５】しかし、これだけの改善では限界が来てお
り液晶パネルを駆動するための消費電力の低減も必要に
なってきている。図１０に電圧波形を示すように、液晶
ディスプレイは液晶の劣化を防ぐために、１フレーム期
間さらに１水平期間毎に各画素の電極電圧（画素電極電
圧−コモン電極間電圧）の極性を反転するフレーム反転
駆動を行っており、フレーム反転周波数や駆動電圧を高
くすると消費電力が増大する。液晶パネルを駆動する電
力の低減には、低電圧で動作する液晶を使う方法、駆動
周波数を下げる方法が取られてきた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の様な従
来の方法を用いた表示装置は、経時的に表示ムラが発生
したり、フリッカが発生するといった問題があった。こ
れは、低電圧動作の液晶は組成が変化しやすい特性をも
つからである。また、駆動周波数が低い場合には液晶の
ちょっとした組成変化も画面のフリッカに現れ易くなる
り問題となる。

【０００７】本発明はこのような問題を解決するために
成されたもので、その目的は、簡易な手段によって、低
消費電力の液晶表示装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の信号線
と複数の走査線とを備え、液晶層を挟み込む様に配置さ
れた電極を含む複数の画素を有する液晶表示パネルと、
前記信号線と走査線に前記画素の駆動電圧を印加する電
圧印加手段と、１フレーム期間以上の時間単位で前記画
素に印加する駆動電圧の極性を反転する極性反転手段と
を具備する液晶表示装置において、前記各画素を第１の
複数フレーム期間にわたって同一極性の電圧で駆動する
手段と、次の第２の複数フレーム期間では前記各画素電
圧を極性反転して駆動する手段と、前記第１および第２
の複数フレーム期間中に１または複数のフレーム期間毎
に、印加される駆動電圧を徐々に遷移、変化させる手段
とを具備することを特徴とする液晶表示装置を得るもの
である。

【０００９】さらに、複数フレーム期間に画素の液晶層
に発生した残留電圧を次の複数フレーム期間に印加され
前記駆動電圧と異なる値に遷移された駆動電圧により相
殺して、前記液晶層にかかる電圧がどのフレーム期間と
もにほぼ等しくなる様にしたことを特徴とする上記液晶
表示装置を得るものである。

【００１０】これにより液晶層に発生した残留電圧を相
殺して、液晶層にかかる電圧が常にほぼ等しくなる様に
する。

【００１１】さらに、極性が反転される際の電圧の遷移
量を液晶層に印加される電圧が大きい程大きくすること
を特徴とする上記液晶表示装置を得るものである。

【００１２】さらに、隣接する画素の液晶層に印加され
る電圧は互いに逆極性であることを特徴とする上記液晶
表示装置を得るものである。

【００１３】本発明の液晶表示装置の駆動では、液晶を
駆動する電圧は一定期間（複数フレーム期間、Ｎフレー
ム、Ｎ：２以上の自然数）の間、極性反転しないから、
極性反転のための放電、充電電流は流れない。極性反転
しない期間がＮフレームと長いことが消費電流の抑制と
フリッカ頻度抑制に作用する。

【００１４】フレーム毎に徐々に電圧を遷移させながら
の極性反転は、液晶配向層周辺に蓄積された直流的な電
圧（いわゆる残留電圧）をドライバＩＣから供給される
補正された電圧で合成して、常に液晶層にかかる電圧を
等しく維持する様に作用する。したがって極性反転の際
に発生するフリッカは除去される。

【００１５】さらに、隣接する画素で極性を逆にすると
極性反転時のフリッカは完全に相殺される。

【００１６】なお、液晶の残留電圧は、同一極性が印加
される時間（Ｎフレーム期間）はもとより表示する階調
（液晶印加電圧）によっても変化するので、ドライバＩ
Ｃから液晶に印加する電圧（補正電圧）の遷移量は階調
毎に設定する。

【００１７】図５および図６に示すように、液晶表示パ
ネル１はマトリクス配列の多数の画素２を有し、その各
画素２を構成する画素電極３、この電極に接続されたＴ
ＦＴスイッチング素子４、この素子に信号電圧を印加す
る信号線５、この素子にスイッチ電圧を印加する走査線
６を備えたアレイ基板７と、対向して配置され透明コモ
ン電極８を形成した対向基板９を有している。

【００１８】両基板の電極表面には絶縁性の配向膜１
０、１１が塗布され、基板間に液晶層１２が挟持されて
いる。

【００１９】スイッチング素子４がオンとなり、画素電
極３とコモン電極８間に駆動電圧が印加されると、印加
電圧は配向膜１０、１１を通して液晶層領域１２にかか
る。図６のように、画素は、画素電極３とコモン電極８
間に、画素電極側の配向膜容量Ｃ10、液晶層容量Ｃ11、
コモン電極側の配向膜容量Ｃ12が直列接続された等価回
路となる。

【００２０】このため、電圧をオフにしても配向膜１
０、１１表面に残留電荷が残りこれが残留電圧となっ
て、つぎに極性反転した電圧を印加しても、液晶層１２
に等量の電圧を印加することができない。

【００２１】このために、図７に示すように、一方の極
性（正極性）の電圧印加期間と極性反転の電圧印加期間
とでは、特性が変わり、同一画素で異なる透過率Ｔ1 と
Ｔ1'になる結果、反転毎にちらつき、すなわちフリッカ
を発生することになる。

【００２２】これを緩和するために、隣接画素との透過
率平均法を用いる。図８（ａ）に示すように、第１の走
査線（奇数）上の画素に印加する電圧と隣接する第２の
走査線（偶数）上の画素に印加する電圧を逆極性（図で
は（＋）を正極、（−）を反転極とする）とし、図８
（ｂ）のように次のフレーム反転で、この関係を逆にす
る方法である。この方法によれば、一方の画素の透過率
Ｔ1 と隣接する逆極性の画素の透過率Ｔ1'の平均が目視
上の透過率となるので、見掛けのフリッカが発生しな
い。しかし、透過率が平均的に低くなり、また１フレー
ム反転と組み合わされるため反転周波数が高く、消費電
力が増大する。

【００２３】本発明によれば以上のような不都合を解消
する。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）図１（ａ）に、本実施の形態に用いた
液晶表示装置の液晶パネル１と駆動部の回路２０、３０
の回路配置を示す。液晶パネル１は、８００×６００の
ドットの薄膜トランジスタＴＦＴをスイッチング素子に
用いたアクティブマトリクス方式液晶表示パネルであ
る。ここに符号Ｃｃは補助容量線による補助容量、符号
ＣLは液晶容量を示している。

【００２５】信号線ドライバ部２０では、シフトレジス
タ（Ｓ／Ｒ）２１がタイミングパルスＳＴＨとシフトク
ロックφ１を受けて表示データ（ＤＡＴＡ）を順次ラッ
チ２２に取り込む。全てのラッチ２２に表示データを蓄
積すると、ラッチされた表示データは水平同期信号φ２
を受けてＤ／Ａ変換部２３に出力されアナログ電圧に変
換され、バッファ２４を介して信号線５に出力される。
Ｄ／Ａ変換は、基準電圧Ｖref1とＶref2を受けてこの間
を抵抗分割するＲ−ＤＡＣ型である。これらの回路は８
００本の信号線５それぞれに用意されて接続される。

【００２６】走査ドライバ部３０では、シフトレジスタ
３１が走査タイミングパルス（垂直同期信号ＳＴＶと走
査シフトクロック（水平同期信号）φ２を受けて走査タ
イミングパルスを順次シフトしていく。

【００２７】スイッチ部３２では走査タイミングパルス
の有無によって電圧Ｖg2、Ｖg1が選択され、走査線６へ
出力され１ライン毎に走査パルスが出力される。このス
イッチ部３２が６００本の走査線６それぞれに用意され
て接続される。

【００２８】また図１（ｂ）に示すように２個のスイッ
チング素子４１、４２によるコモン電極駆動回路４０で
は、極性反転信号ＰＯＬにより電圧Ｖcom1とＶcom2が切
り替えられる。

【００２９】この様な回路に図２（ａ）に示すような本
発明の特徴とする方式を実現するための極性反転時電圧
補正部５０を搭載した。図２（ｂ）に、極性反転時電圧
補正部の出力波形を示す。

【００３０】極性反転時電圧補正部５０では、極性反転
信号ＰＯＬを受け極性反転が開始されると，ＲＯＭに作
成した補正電圧データテーブル５１から水平同期φ２の
毎に順次読みだしＤ／Ａ変換部５２によりＤ／Ａ変換さ
れて、Ｖref1とＶref2として出力される。

【００３１】極性反転時電圧補正部のＶref1とＶref2の
出力波形は、液晶の種類、配向膜の種類、極性反転周
期、表示階調により決定される。液晶配向層周辺に充放
電される直流的な電圧（いわゆる残留電圧）の充放電特
性は１−ｅ^{（−ｔ／ＣＲ）}、ｅ^{（−ｔ／ＣＲ）}の時定数
曲線で表すことが難しい。これは充放電特性が液晶種類
・配向膜種類に大きく依存するためである。

【００３２】本実施の形態では極性反転を３６００垂直
周期（３６００フレーム期間）として、３６００周期の
一方の極性の複数フレーム期間と、つぎに続く３６００
周期の極性反転複数フレーム期間を繰り返す。また、補
正電圧デ一タテーブル５１を液晶・配向膜を固定した液
晶パネルから実験的に求めた。また、充放電特性は表示
階調にも依存するので、黒表示と白表示について求め、
それぞれＶref1とＶref2として出力させた。

【００３３】さてこのように製作した液晶表示装置の液
晶パネルの駆動電圧波形を図３に、画素印加波形を図４
に示す。図は黒表示状態における画素への印加電圧の遷
移状態を示す。

【００３４】例えば信号電圧は０Ｖ〜５Ｖの範囲で変化
し、コモン電圧は−１Ｖ〜４Ｖの範囲で変化する。画素
に印加される電圧は（画素電極電圧−コモン電極電圧）
となる。

【００３５】すなわち信号電圧は前記極性反転時電圧補
正部からのＶref1とＶref2を受け、極性反転直後は残留
電圧を差し引いた電圧を、その後は充放電特性に基づい
た電圧を出力する。一方のコモン電圧は極性反転信号に
同期した波形で、ゲート突き抜け電圧を差し引いた電位
とした。

【００３６】正転の第１の複数フレーム期間内で各フレ
ーム期間を経るごとに駆動電圧を大きくする。つづいて
極性反転信号により極性反転された次の第２の複数フレ
ーム期間に移行すると反転初期のフレーム期間の駆動電
圧は小さく、徐々に大となり最終フレーム期間で最大に
なるようにしている。図は説明をしやすくするために画
面が黒表示の状態の波形を示しているが、実際は白表示
から黒表示にわたる駆動電圧範囲において遷移量を決定
する。

【００３７】本実施の形態の液晶表示装置は液晶パネル
を駆動する電力が１ｍＷと小さく、極性反転時のフリッ
カはほとんど発生しなかった。

【００３８】（比較例）実施の形態１の液晶表示装置か
ら極性反転時電圧補正部を取り除き、Ｖref1とＶref2の
電位が０Ｖと５Ｖの間を極性反転の度に切り替わる電圧
とした。その他は実施の形態と同じである。この液晶表
示装置は極性反転時のフリッカが酷く発生した。

【００３９】さらに、この比較例の極性反転を１垂直周
期ごとの１水平（Ｈ）反転とし、図１０に示す従来のＨ
・コモン反転駆動とした。この時、液晶パネルを駆動す
る電力は３００ｍＷと大きかった。

【００４０】（実施の形態２）実施の形態１の液晶表示
装置において、走査線方向に隣接する画素の液晶に印加
される電圧を互いに逆極性にした。すなわち図８に示す
透過率平均法で駆動する。図９に、信号波形とコモン電
圧を示す。信号波形は偶数番目の信号線と奇数番目の信
号線とで互いに逆極性とした。コモン電圧は１Ｖに固定
している。この駆動によっても、隣接する捜査線上の画
素が同レベルの信号に対して等しい透過率を示すため、
極性反転時のフリッカが生じなかった。

【００４１】なお、本発明は各種液晶モード（ＴＮ、Ｉ
ＰＳモードなど）、各種液晶駆動方式（アナログサンプ
ルホールド型アクティブマトリクス方式、ＭＩＭ型アク
ティブマトリクス方式、単純マトリクス方式）など極性
反転が必要な液晶液晶表示装置にも適用が可能で、本実
施の形態と同様の効果があることはいうまでもない。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細な説明したように、本発明に
よればフリッカが改善された低消費電力の液晶表示装置
を提供することができ、しかもこれを簡易な手段の付加
で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態の回路配置を示
す図、（ｂ）はコモン電極駆動回路の回路図、

【図２】（ａ）は本発明の一実施の形態の極性反転時電
圧補正部の構成を示すブロック図、（ｂ）は（ａ）の補
正部の電圧波形図、

【図３】本発明の一実施の形態の電圧波形図、

【図４】本発明の一実施の形態の電圧波形図、

【図５】本発明に係る液晶表示パネルの要部断面略図、

【図６】液晶表示パネルの一画素の等価回路図、

【図７】透過率と印加電圧の関係を示す曲線図、

【図８】（ａ）、（ｂ）は表示画面上の画素の極性反転
を説明する平面略図、

【図９】本発明の他の実施の形態の電圧波形図、

【図１０】従来装置の電圧波形図。

【符号の説明】

１： 液晶表示パネル ２： 画素 ３： 画素電極 ５： 信号線 ６： 走査線 ８： コモン電極 １０、１１：配向膜 １２：液晶層 ２０：信号線ドライバ部 ３０：走査線ドライバ部 ４０：コモン電極駆動回路部 ５０：極性反転時電圧補正部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷺 成一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 佐藤 清一 神奈川県川崎市川崎区日進町７番地１ 東 芝電子エンジニアリング株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の信号線と複数の走査線とを備え、
   液晶層を挟み込む様に配置された電極を含む複数の画素
   を有する液晶表示パネルと、前記信号線と走査線に前記
   画素の駆動電圧を印加する電圧印加手段と、１フレーム
   期間以上の時間単位で前記画素に印加する駆動電圧の極
   性を反転する極性反転手段とを具備する液晶表示装置に
   おいて、前記各画素を第１の複数フレーム期間にわたっ
   て同一極性の電圧で駆動する手段と、次の第２の複数フ
   レーム期間では前記各画素電圧を極性反転して駆動する
   手段と、前記第１および第２の複数フレーム期間中に１
   または複数のフレーム期間毎に、印加される駆動電圧を
   徐々に遷移、変化させる手段とを具備することを特徴と
   する液晶表示装置。
2. 【請求項２】 複数フレーム期間に画素の液晶層に発生
   した残留電圧を次の複数フレーム期間に印加され前記駆
   動電圧と異なる値に遷移された駆動電圧により相殺し
   て、前記液晶層にかかる電圧がどのフレーム期間におい
   てもほぼ同一になる様にしたことを特徴とする請求項１
   に記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】 極性が反転される際の電圧の遷移量を液
   晶層に印加される電圧が大きい程大きくすることを特徴
   とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】 隣接する画素の液晶層に印加される電圧
   は互いに逆極性であることを特徴とする請求項１または
   請求項３に記載の液晶表示装置。