JP2630133B2

JP2630133B2 - 液晶パネルの駆動法とその駆動回路と表示装置

Info

Publication number: JP2630133B2
Application number: JP3253355A
Authority: JP
Inventors: 尚英脇田; 好則古林; 正三藤原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1997-07-16
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: JPH0594152A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は強誘電性液晶パネル、特
に画素サイズの大きな液晶パネルの駆動法と駆動回路お
よび表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】強誘電性液晶は層構造を取り、また液晶
分子長軸と直交する自発分極が電界の方向に並ぶことに
よりスイッチングする。（図５）は強誘電性液晶パネル
の断面図であるが、液晶分子５０は層法線に対していつ
も一定の角度で傾いた方向にあり、このためコーン５１
で示す円錐の側面上を動く。電極５２、５３間に電圧を
印加すると自発分極５４は電界の方向を向き、（図５）
（ａ）では上電極方向を、（図５）（ｂ）では下電極方
向に揃っている。液晶分子は電極表面にほぼ水平に並ぶ
ため、（図５）（ａ），（図５）（ｂ）の配向状態は電
場を取り去っても保持される。直交させた偏光板でパネ
ルを挟み複屈折効果により、例えば（図５）（ａ）の分
子長軸方向に偏光子の偏光軸を合わせると、（図５）
（ａ）は黒表示となり、（図５）（ｂ）は明表示とな
る。電極間の厚み（液晶層の厚み）を２μｍ前後とする
と（図５）（ｂ）は白表示となる。

【０００３】（図５）（ａ）から（図５）（ｂ）の状態
へ反転させるためには分極の方向が逆転するので、強誘
電性液晶自発分極量の２倍の電荷移動が生じる。

【０００４】（図６）に従来の強誘電性液晶の駆動波形
図の例を示す。走査電極に走査電圧６０を信号電極に信
号電圧６１を印加し、このとき画素には走査電圧と信号
電圧の差である画素印加電圧６２が印加される。リセッ
トパルス６５により黒状態（白状態）にリセットした
後、選択パルス６６により、ある走査電極が選択され、
そのときの信号電圧がオン電圧６７のときは画素にはし
きい値電圧を越える選択電圧６９が印加され、白状態に
（黒状態）に反転され、オフ電圧６８のときはしきい値
電圧以下となる半選択電圧７０が印加されてリセット状
態が保持される。（図７）も強誘電性液晶の駆動波形の
従来例であり、画素印加電圧のみを示している。この場
合は、走査を２フィールドに分け、第１フィールドで白
（黒）、第２フィールドで黒（白）への書き込み（反転
または保持）を行って画像を書き込む。（図６）、（図
７）、いずれの場合も、強誘電性液晶パネルはパルス幅
によってしきい値電圧が変わるので、選択電圧と半選択
電圧の間にパネルのしきい値電圧が入るように、パルス
幅を設定する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】自発分極を反転させる
際に流れる反転電流は駆動ＬＳＩから走査電極、信号電
極を通じて流れるが、画素のサイズが大きい場合や、パ
ネルの長さが長い場合、あるいは液晶の自発分極が非常
に大きい場合は、充電する電荷量が大きくなり、充電時
間が長くなる。リセットパルスにより、走査電極上のす
べての画素を反転させる場合は充電時間は一定なので、
パルス幅を長くすればよいが問題ないが、走査電極を選
択するときは、オン画素の数により充電電荷量が大きく
変わるので、適正なパルス幅がパターンによって異な
る。したがって、固定のパルス幅では表示パターンによ
りコントラストが異なり、表示むらが生じてしまう。反
転電流の限界は、駆動ＬＳＩ、特に走査側の駆動ＬＳＩ
の最大出力電流、または、ＬＳＩ出力端子から走査電極
へ至るまでの、引き回し電極抵抗や実装部の接続抵抗、
及びＬＳＩの出力抵抗を足し合わせた抵抗値で、出力電
圧を割った電流値、のいずれか小さい方で決まる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め本発明の液晶パネルの駆動法は、対向する走査電極と
信号電極の間に強誘電性液晶を挟持する液晶パネルの駆
動法において、任意の走査電極上の画素を所定の数の群
に分割し、１回の走査で１つの群内の画素を選択的に反
転し、前記走査では前記１つの群以外の群内の画素の反
転を禁じ、前記所定の数の回数の走査で順次各群の画素
の書き込みを行うものである。

【０００７】また、課題を解決するもう一つの手段とし
て、本発明の液晶パネルの駆動法は、対向する走査電極
と信号電極の間に強誘電性液晶を挟持する液晶パネルの
駆動法において、任意の走査電極上の反転する画素の数
に応じてパルス幅を変更するものである。

【０００８】さらに、本発明の表示装置は、対向する走
査電極と信号電極の間に強誘電性液晶を挟持する液晶パ
ネルと前記走査電極と信号電極から駆動電圧を供給する
走査ドライバーと信号ドライバーを挟持し、前記液晶パ
ネルの任意の走査電極上の画素の強誘電性液晶の自発分
極量の合計の２倍を、走査ドライバーＬＳＩの１つの出
力端子の最大出力電流で割った値が、前記走査電極の選
択時間の２０％以上であり、前記走査電極に前記走査ド
ライバーＬＳＩの複数の出力端子を接続し、前記複数の
出力端子には同じ信号データを供給することにより、課
題を解決するものである。

【０００９】

【作用】自発分極の反転に必要な充電電荷Ｑは、反転す
る画素の面積Ｓと単位面積あたりの液晶の自発分極Ｐｓ
の積の２倍である。充電電流の最大値をＩmaxとする
と、充電時間τ＝Ｐｓ・Ｓ／Ｉmaxとなる。

【００１０】充電電流を十分とれる場合に液晶を反転さ
せるときのしきい値電圧Ｖonおよびパルス幅Ｔは液晶材
料により決っており、電流が制限される場合はパルス幅
ＴをさらにＴ＋τに大きくしなければならない。２値表
示のマトリクス駆動の場合、液晶のしきい値電圧が、選
択電圧Ｖ1より十分小さく、半選択電圧（１−２／ａ）
Ｖ1より十分大きいときコントラストが付くので、コン
トラストが一定となる駆動条件には幅（マージン）があ
る。ａはバイアス比で３から５程度がよい。例えばバイ
アス比を４とすると半選択電圧は選択電圧の１／２にな
るので、電圧マージンは(1/2)Ｖ1未満になる。しきい値
特性の急峻性や、駆動波形に依存して実際のマージン
は、パネル構成（液晶材料や配向膜、絶縁膜）により異
なるが２０〜４０％程度である。マージンは電圧を固定
にしたときには、パルス幅で表現できる。従って、充電
時間τがパルス幅ＴのマージンΔＴより大きくなると、
コントラストむらが生じてしまう。

【００１１】反転する画素の面積は表示パターンによっ
て異なり、従来の駆動法では、走査電極上のすべての画
素が反転する場合が最大となり、全く反転画素が０の場
合が最小となる。そこで、本発明の液晶パネルの駆動法
では、一回の選択で反転する画素数に制限を設けること
により充電時間τの最大値を抑えて表示むらを防ぐ。具
体的には、走査電極上の画素をいくつかの群に分け、１
回の選択走査パルスに対しては、１個の群の画素のみデ
ータに応じて選択電圧の印加（書き込み）を行い、他の
群には半選択電圧しか印加されないようにし、同じ走査
電極を複数回選択し、順次各群に書き込みを行う。

【００１２】また、もう一つの本発明の液晶パネルの駆
動法では、反転する画素の数に応じて、選択走査パルス
のパスル幅を変更して表示むらを防止している。

【００１３】さらに、本発明の表示装置では、１本の走
査電極に複数のドライバー出力を接続して、最大充電電
流Ｉmaxを増やすことにより充電時間を減らし、表示む
らを防止する。

【００１４】

【実施例】以下、具体例について図面を参照しながら詳
細に述べる。

【００１５】（実施例１）（図１）は本発明の表示装置
の構成図である。液晶パネル１は、上基板２と下基板３
の間に、自発分極２４nＣ／cm²のカイラルスメクチック
Ｃ相の強誘電性液晶を厚み２ミクロンで挟んでいる。上
基板２上には走査電極４、下基板３上には信号電極５が
あり、どちらも３２本、幅２．４５mm、ピッチ２．５mm
で酸化インジウム錫からなる。それぞれの電極上にはＳ
ｉＯ₂からなる絶縁膜と、その上に有機高分子の配向膜
を形成し、ラビング処理を施して、液晶を配向させてい
る。

【００１６】液晶パネル１の１本の走査電極上の画素に
（図６）の従来の駆動波形を印加し、パルス幅と透過光
量の関係を測定した特性図が（図２）である。測定は、
反転させる画素の数を変えて４度行っており、３ａが１
画素、３ｂが８画素、３ｃが１６画素、３ｄが３２画素
の場合で、実線が選択電圧での透過光量、点線が半選択
電圧での透過光量である。但し、バイアス比は１／４と
し、選択電圧を２０ボルトに固定している。３ａのコン
トラストが一定のパルス幅はおよそ５０μ秒から７０μ
秒で、約２０μ秒のマージンがある。反転画素数が増え
るに従ってほぼ平行に特性（図は）移動しており、３ｄ
は３ａより約２６μ秒遅くなっている。

【００１７】（図６）の従来の駆動法では、パルス幅マ
ージンより反転画素数に依存した充電時間の変化の方が
大きいので、駆動パルス幅をどのように設定しても表示
パターンによってコントラストにむらが生じた。この理
由として第１には、反転する画素の数が異なるために自
発分極の反転電荷が大きくなり、充電時間が長くなるこ
とが上げられる。すべての画素が反転するときに自発分
極の反転により流れる電荷は２４nC/cm²×２×０．２４５²cm²×３２＝９２．２nC となり、本実施例の走査ドライバーＬＳＩの１出力端子
の最大出力電流は４mAなので、充電時間は９２．２nC
／４mA＝２３μ秒である。

【００１８】第２には、印加電圧の違いによってＬＳＩ
の出力抵抗が変わり、常誘電成分の容量による波形のな
まり方が異なることが上げられる。最大出力電流である
４mAの電流が流れ、さらに電圧が上昇すると、等価的に
ドライバーＬＳＩの出力抵抗が増すので、より多くの画
素に選択電圧が印加されるときの方が電圧波形のなまり
は大きいといえる。強誘電性液晶の応答速度は印加電圧
と印加時間の積にほぼ比例するので、充電電圧波形の時
定数が２倍になったとすると、

【００１９】

【数１】

【００２０】を満たすとき、同じ応答を示す。ここで、
Ｔ、Ｔ’は電圧の印加時間を示す。Ｔ＝τとして、これ
を解くと、およそ、Ｔ’＝１．４Ｔとなり、時定数の
比よりも小さくなる。本実施例の強誘電性液晶の常誘電
項に関する誘電率は約３．５であるので、１走査線上の
画素の容量Ｃは約３．５nFになる。出力抵抗が１０v／
４mA=２．５kΩのとき、時定数は８．７５μ秒である。
充電が進んで、出力抵抗の差がなくなってくると印加電
圧による差はなくなってくる。このため、この第２の要
因による差は、本実施例では数μ秒程度となっており、
自発分極による差が大きくなっている。

【００２１】そこで、本発明の液晶パネルの駆動法で
は、走査電極上の画素を複数の群に分け、走査選択パル
スで反転する画素の数を制限して、最大の充電時間をパ
ルス幅マージン以内とすることにより、表示むらを防い
でいる。（図１）の表示装置は、この駆動法を実現する
駆動回路を含んでいる。

【００２２】走査電極４には走査ドライバーＬＳＩ６の
出力端子が、信号電極５には信号ドライバーＬＳＩ７が
フレキシブル基板を介して数１０Ωの接続抵抗で接続さ
れている。タイミング信号発生器１０の同期信号に基づ
いて走査ドライバーＬＳＩ６が走査を行い、信号ドライ
バーＬＳＩ７には画像メモリー８から対応するデータが
ＡＮＤ素子９ａ、９ｂを通して送られる。走査はＬＳＩ
６によって２回続けて行われ、１回目の走査時には、群
Ａの画素（１６個）に対応するＡＮＤ素子９ａには１が
送られて画像データが信号ＬＳＩへ渡り、群ＢのＡＮＤ
素子９ｂには０が送られて画素にはオフ電圧しか印加さ
れない。

【００２３】２回目の走査では群Ｂのみに画像データが
送られて、２回の走査で正しい画像が液晶パネル１に書
き込まれる。電圧は２０ホ゛ルトで、パルス幅は６５〜７０
μ秒のとき、表示むらがなくなった。さらに、走査を３
回以上にするとコントラスト一定の条件範囲が広がり温
度変化等の影響を避けることもできた。

【００２４】なお、具体的な駆動波形は、本実施例で
は、（図６）の従来の駆動法の波形に準じており、リセ
ットパルスを印加した後、走査を２回行っている。２回
の走査は、必ずしも、１回目にすべての走査電極を選択
した後に、２回目の走査を行う必要はなく、ある走査電
極を２回選択する走査を意味するものである。また、駆
動波形は（図６）の波形に限るものではない。

【００２５】また、本実施例で用いた走査ドライバーＬ
ＳＩの最大出力電流は４mAだが、市販のドライバーＬＳ
Ｉの場合最大出力電流は１．７mA程度の物が多いので、
走査電極上の自発分極が２０nC以上のとき本発明は特に
有効である。また、走査電極への最大供給電流は、本実
施例ではドライバーＬＳＩの定格により定められている
が、ＬＳＩ出力端子から走査電極の画素部に至るまで
の、実装接続抵抗や、電極の配線抵抗が大きい場合に
は、最大供給電流はＬＳＩの出力電圧を前記の抵抗の合
計で割った値で規定される。

【００２６】（実施例２）本発明の液晶パネルの駆動法
を実現する駆動回路を具備した表示装置の構成図を（図
３）に示す。（実施例１）に示したように、画素サイズ
の大きな強誘電性液晶パネルでは、しきい値パルス幅が
反転画素数に大きく依存する。そこで、信号ドライバー
ＬＳＩへ送る画像データに応じて駆動パルス幅を最適な
パルス幅とする駆動法により、表示むらをなくした。

【００２７】具体的には、画像メモリー８から、ある走
査電極が選択される直前に信号ドライバーＬＳＩ７へシ
リアルにデータを送り、同時に前記データを積分器１１
で加算する。積分器１１の出力を、スイッチ１２へ出力
し、スイッチ１２はタイミング信号発生器からの基本ク
ロックを分周した分周器１３からの入力を積分器１１の
出力に応じて選択して出力し、これが信号ドライバーＬ
ＳＩ７および走査ドライバーＬＳＩ６へ入力され、出力
パルスの幅が可変となる。

【００２８】但し、１選択期間（１Ｈ）の長さは一定と
し、出力パルスが短い場合の残りの期間は走査及び信号
ドライバーを同電位とした。本発明により、表示むらは
なくなり、駆動マージンも非常に大きくなった。

【００２９】（実施例３）（実施例１）では、走査ドラ
イバーＬＳＩの定格最大出力電流が走査電極への最大供
給電流となっており、電流に制限が有るために表示パタ
ーンによっては充電時間が長くなり、表示むらとなっ
た。そこで、このような場合に、走査電極への供給電流
を増やすために、本実施例では、１本の走査電極に複数
の走査ドライバーＬＳＩの出力を接続した。

【００３０】（図４）の構成図のように、フレキシブル
基板上でＬＳＩの２つの出力端子を短絡し、また、画像
データはフリップフロップ２０により２回同じデータが
送られるようにして、短絡した端子の出力が同じ電圧を
出力するようにした。これにより、自発分極の反転に伴
う電荷の充電時間は半分となり、表示パターンによる充
電時間の差は１１．５μ秒となりマージン内に収まった
ので、表示むらはなくなった。ただし、ＬＳＩ全体の最
大出力電流が８mAなので、３端子以上を短絡させても効
果はさらに改善されることはない。

【００３１】

【発明の効果】以上のように、本発明よれば特に、画素
サイズが大きく、自発分極の大きな強誘電性液晶材料を
用いた液晶パネルで生じる表示パターンに依存したコン
トラストむらを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の表示装置の構成図

【図２】強誘電性液晶パネルの特性図

【図３】本発明の実施例２の表示装置の構成図

【図４】本発明の実施例３の表示装置の構成図

【図５】強誘電性液晶パネルの断面図

【図６】従来の強誘電性液晶パネルの駆動波形図

【図７】従来の強誘電性液晶パネルの駆動波形図

【符号の説明】

１液晶パネル２上基板３下基板４走査電極５信号電極６走査ドライバーＬＳＩ７信号ドライバーＬＳＩ８画像メモリー９ａ、９ｂＡＮＤ素子１０タイミング信号発生器１１積分器１２スイッチ１３分周期１４フリップフロップ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する走査電極と信号電極の間に強誘
電性液晶を挟持する液晶パネルの駆動法において、任意
の走査電極上の画素を所定の数の群に分割し、１回の走
査で１つの群内の画素を選択的に反転し、前記走査では
前記１つの群以外の群内の画素の反転を禁じ、前記所定
の数の回数の走査で順次各群の画素の書き込みを行い、
前記任意の走査電極上の１つの群の画素の強誘電性液晶
の自発分極量の合計の２倍を、前記走査電極への最大供
給電流で割った値をｔとしたときに、前記走査電極の選
択時間のコントラスト一定な駆動マージンＴよりｔが小
さくなる最小整数値に前記所定の数を設定したことを特
徴とする液晶パネルの駆動法。
【請求項２】ｔが走査電極の選択時間の３０％以下で
ある請求項１記載の液晶パネルの駆動法。