JP3589811B2

JP3589811B2 - Liquid crystal display

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Publication number: JP3589811B2
Application number: JP26104296A
Authority: JP
Inventors: 良典平井; 麻子久保; 喜芳玉井; 聡中沢; 毅福井
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp; AGC Inc
Priority date: 1996-10-01
Filing date: 1996-10-01
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: JPH10104575A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＭＬＡ法（複数ライン同時選択駆動法の略である。特開平６−２７９０７号公報、ＵＳ５２６２８８１明細書、又は特開平８−２３４１６４号公報等参照）によるマルチプレクス駆動を用いた単純マトリクス型液晶表示装置の改良に関する。特に、ＴＦＴと同等の高速・動画表示を行う超ねじれネマティック（ＳＴＮ）型液晶表示装置の新規な構造について説明を行う。
【０００２】
【従来の技術】
高度情報化時代の進展にともない情報表示媒体の需要はますます高まっている。種々の用途、使用に応じてさまざまな表示装置が用いられているが、液晶表示装置は薄型、軽量、低消費電力など長所を有し、半導体技術を用いた駆動回路との整合性もよく、さらに広く普及すると考えられる。
【０００３】
現在、液晶表示装置のなかでも、ＳＴＮ型液晶表示装置（以下、ＳＴＮと略記する。）、及び薄膜トランジスタを各画素に設けたアクティブマトリクス液晶表示装置（以下、ＴＦＴと略記する。）が主流となっている。両者を比較するとＳＴＮはＴＦＴに比べて製造工程が簡素であり、一定の歩留と良好な生産性を安定して維持でき、また、コストパフォーマンスがよいことが長所である。
【０００４】
近年、特に高密度情報端末の仕様に適合するため、液晶表示装置の画面の大型化、高精細化、大容量表示、及び高速表示が求められるようになり、それを実現するための探索が始まっている。
【０００５】
従来、ＳＴＮで大容量表示をするためには線順次マルチプレクス駆動が行われている。この方法は各行電極を１本ずつ順次選択するとともに、列電極を表示したいパターンと対応させて選択するもので、１順して全行電極が選択されることによって一画面の表示を終える（以下、本発明では走査電極を行電極と呼び、データ電極を列電極と呼ぶ）。
【０００６】
しかし、線順次駆動法では表示容量が大きくなるにつれて、フレーム応答と呼ばれる問題が起こる。線順次駆動法では、選択時には比較的大きく、非選択時には比較的小さい電圧が画素に印加される。この電圧比は一般に行ライン数が大きくなるほど、つまり高デューティ条件での駆動になるほど大きくなる。
【０００７】
このため、電圧比が小さいときには電圧実効値に応答していた液晶が印加波形そのものに応答するようになる。すなわち、フレーム応答は選択パルスでの振幅が大きいためオフ時の透過率が上昇し、選択パルスの周期が長いためオン時の透過率が減少し、結果としてコントラストの低下を引き起こす現象が発生する。
【０００８】
このフレーム応答の発生を抑制するために、用いるフレーム周波数を高くして選択パルスの周期を短くする方法が知られているが、これには重大な欠点がある。つまり、フレーム周波数を高くすると、印加波形の周波数スペクトルが高くなり、表示の不均一を引き起こし、消費電力が上昇する。したがって選択パルス幅が狭くなりすぎるのを防ぐことを目的として、フレーム周波数を上げることは制限がある。
【０００９】
周波数スペクトルを高くせずに、フレーム応答を解消することが重要となった。この問題を解決するために、複数の行電極（選択電極）を同時に選択する上記のＭＬＡ法と呼ばれる駆動法が提案された。この方法は複数の行電極を同時に選択し、かつ、列方向の表示パターンを独立に制御できる方法であり、選択幅を一定に保ったままフレーム周期を短くできる。すなわちフレーム応答を抑制した高コントラスト表示ができる。
【００１０】
ＭＬＡ法においては、列表示パターンを独立に制御するために、同時に印加される各行電極には一定の電圧パルス列が印加される。複数のラインを同時に選択するこのＭＬＡ法では、複数の行電極に同時に電圧パルスが印加されることになる。このとき、列方向の表示パターンを同時にかつ独立に制御するために、行電極には各々極性の違うパルス電圧が印加される必要がある。
【００１１】
行電極には極性を持つパルスが何回か印加され、列電極にはデータに応じた電圧が印加される。こうして、全体として各画素にはオン、オフに応じた実効電圧が印加される。
【００１２】
この各行電極に印加される選択パルス電圧群はＬ行Ｋ列の行列（これを以後、選択行列（Ａ）という）として表せる。選択パルス電圧系列は互いに直交なベクトル群として表せるため、これらを列要素として含む行列は直交行列となる。このとき行列内の各行ベクトルは互いに直交である。行の数Ｌは同時選択行本数に対応し、各行はそれぞれのラインに対応する。
【００１３】
例えば、Ｌ本の選択ラインの中のライン１には、選択行列（Ａ）の１行目の要素が適応され、１列目の要素、２列目の要素の順に選択パルスが印加される。本明細書では、選択行列（Ａ）の表記において、１は正の選択パルスを、−１は負の選択パルスを意味することとする。選択行列（Ａ）の代表的な例としてアダマール行列を図４に示す。図４（ａ）は４行４列のもの、図４（ｂ）は８行８列のもの、図４（ｃ）は８行８列のものの第１行を除いた７行８列のものである。
【００１４】
列電極には、この行列の各列要素及び列表示パターンに対応した電圧レベルが印加される。すなわち、列電極電圧系列はこの行電極電圧系列を決める行列と表示パターンによって決まる。
【００１５】
列電極に印加される電圧波形のシーケンスは以下のように決定される。図３はその概念を示した説明図である。４行４列のアダマール行列を例にとって説明する。列電極ｉ及び列電極ｊにおける表示データが図３（ａ）に示したようになっているとする。列表示パターンは図３（ｂ）に示すようにベクトル（ｄ）として表される。ここで列要素が−１の時はオン表示を表し、１はオフ表示を表す。
【００１６】
行電極に、行列の列の順に順次行電極電圧が印加されていくとすると、列電極電圧レベルは図３（ｂ）に示すベクトル（ｖ）のようになり、その波形は図３（ｃ）のようになる。図３（ｃ）において縦軸、横軸はそれぞれ任意単位である。
【００１７】
部分ライン選択の場合、液晶表示素子のフレーム応答を抑制するために、１表示サイクル内で分散して電圧印加されることが好ましい。具体的には、例えば、１番目の同時選択される行電極群（これを以下、サブグループという）に対するベクトル（ｖ）の第１番目の要素が印加された次には、２番目の同時選択される行電極群に対するベクトル（ｖ）の第１番目の要素が印加され、以下同様のシーケンスをとる。
【００１８】
したがって、実際に列電極に印加される電圧パルスシーケンスは、電圧パルスを１表示サイクル内でどのように分散するか、また同時選択される行電極群に対してそれぞれどのような選択行列（Ａ）が選ばれるかによって決定される。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近非常に頻繁に使用されるウインドウパターン表示などを行う場合、クロストークと呼ばれる現象がおき、液晶表示装置での表示上の問題となっている。クロストークの影響が最も顕著な場合となって現れるのが図２のようなバー表示をさせたときである。領域Ｃのバーの下の領域Ｂには表示ムラが出現する。
【００２０】
ＳＴＮなどの単純マトリクスに通常用いられている液晶の誘電異方性はΔε＞０である。したがって、画素間に電圧が印加され、液晶分子が電界に平行になり、オン表示させられた場合、液晶の等価容量成分は最大になる（ε（垂直）＞ε（平行））。このとき、列電極電圧波形は最も歪んだ状態になる。つまり、同じオン状態に関わらず領域Ａ＜領域Ｂという輝度差が表示ムラとなって現れる。
【００２１】
これは液晶に印加される実効電圧が領域Ａ＜領域Ｂとなっていることを示している。ウインドウ表示などの表示パターンは図４の表示の組合せであり、最も頻繁に使われることが想定され、この表示ムラ（クロストーク）低減が大きな課題となる。
【００２２】
このクロストークの大きさは、バーの幅Ｗ又は長さＨが変化することにより、変化する。表示パターンのバーの幅Ｗを大きくすると、領域Ａと領域Ｂの輝度差は減少する。またバーの長さＨを大きくすると、領域Ａと領域Ｂの輝度差は増加する。
【００２３】
これらの現象は列電極波形の歪みがオン波形とオフ波形とで異なることに起因すると考えられる。つまり、オン波形はある程度歪んだ波形となるのに対し、オフ波形はほぼ理想に近い波形となる。
【００２４】
オン波形が歪む原因は主に二つある。一つは、液晶層を挟持するマトリクス電極を駆動する駆動回路（以下、駆動系という）が、理想的な電源及び理想的なドライバでは構成されていないことである。図２の表示では大部分がオン状態なので大部分の列電極（Ｗ_Ｏに相当する部分）ではオン波形を出力している。このとき駆動系では各列電極電圧レベルの中でオン波形を出力する電圧レベルに大きな負荷がかかり、これが歪みの原因になる。
【００２５】
もう一つは、液晶パネル内部の容量による影響である。オン状態で、列電極に直列に接続する液晶の容量は最大となるため、オン波形が多いと液晶パネル内での波形は最も歪んだ状態となる。一方、オフ波形は理想に近い波形が出力される。オン波形に比べると波形が歪む条件に当てはまらないからである。
【００２６】
図２において、領域Ａでは、ほぼオンの列電極波形のみが印加されるが、領域Ｂでは、オンとオフの両方の列電極波形が印加される。したがって、領域Ａの列電圧波形は非常に歪んだ波形のみが出力されるのに対し、領域Ｂでは領域Ａに比べて全体としての列電圧の歪みは大きくない。したがって、領域Ｂでは液晶に印加される実効電圧の減少が少ない。
【００２７】
前述のように、ＭＬＡ法はフレーム応答を抑制するためにきわめて有効な方法ではあるが、従来の駆動法に比べてクロストークによる表示ムラが目立つことが多いことがわかってきた。
【００２８】
これは、複数の行を同時に選択する駆動法では、行電極電圧レベルが線順次駆動に比べて低いことに由来すると推察される。つまり、複数行を同時に選択すると、行電極電圧と列電極電圧とのバイアス比が小さくなり、実効電圧に列電極電圧が与える影響は従来の駆動法に比べてきわめて大きくなる。この結果、列電極電圧系列に波形歪みがあれば、これが表示品位に与える影響は従来のものに比べて大きい。
【００２９】
実際には駆動系で使用される電源、最終段でのドライブ能力は有限なので入力端では電圧波形は必ず歪みを持ち、液晶パネルの電気インピーダンスは液晶自身の容量成分と電極抵抗の直列結合と考えられるので、列電極に出力されるべき電圧波形はかなりなまって出力される。したがって、複数行を同時選択すると、クロストークによる表示ムラが目立つ場合があることになる。この現象は、同時選択する行電極本数Ｌが５以上になると顕著になる。
【００３０】
もう一つの大きな課題は中間調表示におけるクロストークである。中間調表示の方式としては、フレームレートコントロール方式、振幅変調方式、ディザ法との組合せなどが挙げられるが、フレームレートコントロール方式が液晶表示装置の駆動方法として、最も多く用いられている。この際、フリッカーの発生を目立たなくするために、空間的に（隣接する画素間で）位相の差をつけフリッカーをキャンセルさせる空間変調との組み合わせが頻繁に用いられる。
【００３１】
この場合、２値表示を基本とするモノクロのべた表示とは異なり、各フレーム毎に画像の空間的な周波数が非常に高くなる場合がある。このために、クロストークが生じ画像の品位を劣化させていた。同様にディザ方式を用いた場合にも空間周波数が高くクロストークの問題が存在していた。
【００３２】
さらに、ビデオ表示など動画を表示する場合にも画像の劣化の問題がある。ビデオ表示においては、ウインドウなどの基本的に幾何学的な表示とは異なり、空間的に複雑な（すなわち空間周波数の高い）表示が多く出現する。
【００３３】
したがって、特に、特定のウインドウ内でビデオ表示を表示しようとした場合には、発生するクロストークによりビデオ表示自体の品位を劣化させるだけでなく、周辺のウインドウにも影響する問題が生じていた。
【００３４】
ここで、液晶層の状態変化を利用して、表示を実現する液晶表示装置、特にＳＴＮなどの単純マトリクス駆動方式において、負荷として作用する液晶層自身の挙動に関し説明する。
【００３５】
液晶は上述したように、容量負荷と抵抗負荷の直列結合として近似される。前者は液晶容量（オフ時とオン時）、後者は電極抵抗によるものである。表示面積、表示の解像度はこれらの負荷と強く関与し、面積が大きくなると容量負荷の増大により高周波特性が悪化し、波形歪みが増えクロストークは増大する。
【００３６】
また、解像度が高くなると駆動の高周波成分が増大することにより、こちらも、クロストークの増大につながる。一般に、現実的に問題となるのは、対角９インチサイズ以上、表示本数が２００走査ライン以上（２画面駆動の時は４００ライン以上に対応）の場合である。
【００３７】
また、解像度が高くなると、必要な行電圧（振幅値）が増大するため、使用できる駆動用ドライバー回路の実現性（主に、半導体ＩＣ技術における技術限界、例えば耐圧、電流値、スイッチング速度、消費電力など）から駆動電圧を下げる必要があり、クロストーク条件はますます厳しくなる一方であった。
【００３８】
そのため、透明電極の抵抗値の方を低下させる手段が用いられてきたが、光学的に透明性を保ったまま電気抵抗値を下げることはかなり限界に近づいてきている。また、生産コスト上昇と性能のばらつきを引き起こし、汎用品の製造に適さないことは明らかである。次にＭＬＡ法に特有な表示の不良現象を説明する。
【００３９】
ＭＬＡ法においては、ゴーストと呼ばれる特殊なクロストークが存在する。ゴーストとは、ある画像がその近傍の場所にうっすらと表示されてしまう現象であり、ＴＶの電波障害によるゴーストと同様に二重像となって見える。この原因を解明し、以下のような結論を得た。
【００４０】
ＭＬＡ法におけるゴーストは、選択（行）波形の波形歪みに起因する。本来非選択期間であるべきタイムインターバルに、選択波形がかかってしまうために生ずる現象であり、ＭＬＡ法においては、複数（Ｌ本）のラインが同時に選択されるために複数ライン分のゴーストが見え従来駆動法よりもゴーストが視認しやすくなっている。
【００４１】
従来の駆動法ＡＰＴ法でも同様のことが発生しているが、行の選択が１ライン単位であるのでゴーストも１ライン分しか生じない。したがって、若干の像のにじみ（すなわち解像度の低下）という程度に発現するだけなので、「二重像」には見えない。したがって、ＡＰＴ法では、ゴーストはほぼ観察されないといってもよい。
【００４２】
この課題を解決する一つの手段として、上記の特開平８−２３４１６４号公報で、クロストークを低減するＭＬＡの駆動方法が提案された。直交行列を最適化しパターンにより信号電圧波形が大きく変化するのを抑制することによりクロストークの低減が達成可能であることが示された。
【００４３】
しかし、最近の動画を含むマルティメディア対応、パソコンのウインドウズ表示などのように、高解像度で高品位の画像を提供する高度な表示システムを構築するには、駆動系、液晶セル構造、液晶材料、回路設計を統合したより高度な画質改善が必要であることがわかった。
【００４４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前述の問題点を解決するもので、すなわち、請求項１の発明は、マトリクス状に配置されたＮ本（Ｎは２００以上の整数）の行電極と複数の列電極との間に液晶層が挟持された液晶セルが備えられ、液晶層のツイスト角θは１００〜３６０°とされ、行電極はＬ本ごと（Ｌは２、３又は４）のサブグループに分割され、そのサブグループが一括して選択され、Ｌ行Ｍ列の選択直交行列（Ａ）の選択列ベクトル（Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４）を時系列で展開した信号に基づく行選択電圧が行電極に印加され、画素に印加される電圧の実効値に対して表示が行われ、液晶の誘電率ε（垂直）＜４．５、かつ、誘電率異方性Δε＝３．５〜６．５としたことを特徴とする液晶表示装置である。
【００４５】
また、請求項２の発明は、液晶セルのギャップｄ＝４〜６μｍ、ツイスト角θ＝２２０〜２６０°としたことを特徴とする請求項１の液晶表示装置である。
【００４６】
また、請求項３の発明は、行選択電圧ならびに列電圧の極性が選択パルス幅のＳ倍の周期性を持って反転される駆動方式が用いられ、式（１）の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２の液晶表示装置である。
【００４７】
【数３】
Ｓ＜（Ｎ／Ｌ）＊Ｍ＊０．５・・・（１）
【００４８】
また、請求項４の発明は、行電圧の電圧振幅Ｖｒ（ｐｐ）と列電圧の電圧振幅Ｖｃ（ｐｐ）が、式（２）の関係を満たすことを特徴とする請求項１、２又は３の液晶表示装置である。
【００４９】
【数４】
Ｎ^０．５／Ｌ≦Ｖｒ／Ｖｃ（ｍａｘ）≦１．４＊Ｎ^０．５／Ｌ・・・（２）
【００５０】
以下に、本発明の説明を行う。単純マトリクス駆動方式を採用した液晶表示装置において、各種のクロストークの低減を図る場合、重要なのは、そのクロストークというムラが生ずるときの、波形の特徴と、負荷（液晶容量と電極抵抗など）、液晶への電流供給電源等のパラメータである。それらが強く関与し、かつ互いに相互作用して実際に画素に印加される電圧が決まるという点にある。
【００５１】
なかでも、波形の特徴や、負荷の特徴によっては、外部の電流供給電源をいかに強化してもクロストーク低減が困難となる。この意味で、波形と負荷の関係がクロストーク低減に関する本質的要素である。
【００５２】
本発明においては、ＭＬＡ法を用いた液晶表示装置で高品位の画像を提供するために、ＭＬＡ法の波形を決定する要素と駆動系から見た場合の負荷として作用する液晶セルとの総合的な最適構成を示す。
【００５３】
ＭＬＡ法のクロストークに関与する波形の特徴を考える場合、まず、同時選択数が重要となる。ＭＬＡ法においては、従来表示フレーム内で行ラインあたり１つであった選択波形を複数回に分けて印加しそれに対応するように列電圧を決定する。
【００５４】
したがって、同時選択ライン数に応じて、行、列の電圧バランスが変化し、クロストークの発生状況が変化することとなる。まず、簡単な理解を促すため、オン波形とオフ波形の電圧比が理論的に最大となる最適バイアスを条件として説明する。
【００５５】
液晶表示装置の中の液晶層は、一定のしきい値電圧（Ｖ_ｔｈ，ｒｍｓ）を持つ。これを、マルチプレクス駆動で供給する場合、最終的な行、列波形の合成による実効電圧を考慮する必要がある。従来の線順次駆動法であるＡＰＴ法の、列電圧Ｖｃを１とおいたとき、ＭＬＡ法における行電圧Ｖｒ、列電圧Ｖｃの最大値は、同時選択数Ｌに対して、次の表１で与えられる。
【００５６】
【表１】

【００５７】
ここで、Ｎは総選択ライン数であり、上述したように最適バイアスの場合である。表１より明らかなように、Ｌの増大につれ行電圧は低下し、列電圧は上昇する。したがって、Ｌが変化すると行方向、列方向へ発生するクロストークの種類により、その強度が変化することになる。
【００５８】
ＭＬＡ法においては、特定の列電極上の同時選択される行電極に対応する表示パターン（オフが１、オンが−１）を要素とする列電極表示パターンベクトル（ｘ）＝（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４・・）と、選択列ベクトル（Ａｉ：ｉ＝１，２，３，４・・）の内積であるｙｉ＝（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４・・）Ａｉに比例した電圧が列電極に印加されるので、（ｘ）のパターンが電圧を直接的に決める重要な要素である。
【００５９】
本発明者は、このような波形の特徴を検討し、液晶セルの負荷がどうあるべきか、駆動波形はどうあるべきか、そのときの駆動系、主に実際の回路構成・ドライバーなどへの影響がどうなるかなどを考慮し、それらの最適構成を得るに至った。主要な因子のクロストークなどへの影響を次の表２にまとめる。
【００６０】
【表２】

【００６１】
表２の（１）、（２）は従来の液晶技術の理論からいえば明らかに矛盾する。なぜならば、液晶の駆動電圧は、液晶の誘電率異方性Δεに依存し、液晶の電圧を下げるためには、誘電率異方性Δεを大きくする必要があり、容量負荷の増大につながるからである。
【００６２】
これらより、ＭＬＡ法の特徴を生かし、かつクロストーク低減を達成できる構成を考察する。この際、ＭＬＡ法の駆動波形と負荷としての液晶セルの好ましい構成を同時に考える。表３に主要な因子を示す。
【００６３】
【表３】

【００６４】
（３）と（４）とのトレードオフ関係は、ＭＬＡ法における駆動方式と液晶負荷に最適点が存在することを意味している。本発明では、これらの関係を理論的に考察し、ならびに実験的に検証し、以下のような結論に達した。
【００６５】
ＭＬＡ法によりクロストーク低減は可能で、それは次の表４の（ａ）（ｂ）（ｃ）の３つの条件を満たす場合である。
【００６６】
【表４】

【００６７】
表４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の基本構成により、従来のＳＴＮに比べて、３〜５割の容量負荷低減となり、透明電極を著しく低抵抗化することなくクロストーク全体が低減できるのである。
【００６８】
さらに、好ましくは、表４の（ｄ）駆動波形の極性反転周期Ｓを、１／２フレーム長以下とすることが有効である。これは波形の周波数成分を中間的な周波数領域に設定するためである。最後の条件は、Ｓ＜（Ｎ／Ｌ）＊Ｍ＊０．５・・・（１）の関係を満たすこと意味する。
【００６９】
この構成は、特に高速応答を要求される場合に有効である。高速応答を達成するには、液晶自体の粘性を下げるとともに液晶に対する基板からの界面規制力を強めて高速化するのが一般的であるが、この規制力の増加は、すなわち、液晶セルのギャップを低減することであり、容量負荷の増大につながる。ギャップの低減は駆動電圧そのものはほとんど変えないので、負荷の増大にともなうクロストーク増加が非常に顕著になる。
【００７０】
本発明の構成では、本質的に電圧の絶対値と負荷の大きさを最適化してあるので、このようにギャップを低減し高速化するためのマージンが大きくとれる。例えば、他のパラメータが等しい場合、従来構成ではギャップｄが６．５μｍ、誘電率異方性Δε＝９（ε垂直＝４）であったものを、ＭＬＡ法を用いると、ギャップｄを４．５μｍ、誘電率異方性Δε＝４．５（ε垂直＝４）と設定できる。
【００７１】
したがって、負荷の低減（最大負荷は約６％低下）と、最大電圧（行電圧）の低減（４ライン同時選択の場合、約３０％低下）と、高速化（応答時間を約５０％低下できる）の全てが同時に達成できる。
【００７２】
特に、液晶セルのギャップｄが４〜６μｍ、及びツイスト角θ＝２２０〜２６０°の範囲において、用いる液晶の物性値をε（垂直）≦４．５、Δε＝３．５〜６．５とすることが好ましい。さらには、Δε＝４．０〜６．０がより好ましい。
【００７３】
また、当然ながら、ＭＬＡ法のコントラスト増大が同時に達成され、従来は、２０：１〜３０：１程度であった、コントラスト比（オンとオフの輝度比）は４０：１以上が可能となった。
【００７４】
このように、ＭＬＡ法の駆動波形と、それに適合した液晶表示素子の構成により、従来の駆動方式と液晶表示素子構成の場合よりも、高コントラスト、高速を達成したうえで、さらに、低クロストーク、電源最大電圧の低減が達成される。このことは、低コスト、低消費電力で従来よりも高品位の画像が提供できることを示す。
【００７５】
本発明においては、上記のような負荷要件を採用するため、従来とは異なるバイアス比での駆動が可能となる。ここで、バイアス比とは、行電圧／列電圧の最大値で定義され、既に述べた最適バイアスでは、（Ｎ）^０．５／Ｌとなる。ＡＰＴ駆動法では、列電圧が極端に高くなるため、一般にバイアス比は最適バイアスより小さくして用いるのが普通であるが、ＭＬＡ法ではその波形の特徴より、むしろこの電圧比を最適バイアスより大きくして使うことが好ましい。
【００７６】
その理由は次の２点である。（１）ＡＰＴ法ではフレーム応答があるのでバイアスは小さくした方がコントラストが高いがＭＬＡ法では方式そのものでフレーム応答を抑制していること。（２）ＭＬＡ法では行電圧がＡＰＴ法よりも低いこと。
【００７７】
したがって行電圧の電圧振幅Ｖｒと列電圧の最大電圧Ｖｃ（ｍａｘ）が、式（２）の関係を満たすことが本発明の液晶表示装置おいてより高品位な画像を得るためのより好ましい条件である。
【００７８】
本発明の駆動法は、公知のＭＬＡ用の回路を使って簡単に実現できる。例えば、階調方式としてＦＲＣ（ＦｒａｍｅＲａｔｅＣｏｎｔｒｏｌ：フレームレートコントロール）を用いる場合、空間変調ＦＲＣは、初段の多ビットデータをメモリに格納する前段にいれて、ＦＲＣ後の１ビット（１フレーム）データをメモリに格納し、それを順次読み出しＭＬＡ演算により列電極電圧波形を計算してもよい。あるいは、多ビットデータのままメモリに格納し、列電圧演算の前段で空間変調ＦＲＣのテーブルとの参照により１ビットのＦＲＣデータとしてもよい。
【００７９】
空間変調テーブルは、ＲＯＭに格納して順次読み出して用いればよいが、論理回路での構成も簡単に実現できる。これらの回路により演算された列電圧波形を複数の電圧レベルをもつ列信号ドライバーに入力し液晶に電圧を印加することにより表示が達成される。
【００８０】
なお、本発明の液晶表示装置の階調表示手法としては、上記のＦＲＣ以外に、ＡＭ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ：振幅変調）、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などの手法を使用できる。階調の表示時には、一般には駆動波形が複雑化するためにクロストークが増大したり、電圧の変動による階調のずれが発生したりするが、本発明においてはクロストーク低減が達成されるために、階調表示時にもその表示品位を損なうことなく細やかな階調が実現できる。
【００８１】
【実施例】
（実施例１）
ＶＧＡ（６４０×４８０×３（ＲＧＢ））サイズのカラーＳＴＮを上下２画面に分割し２画面駆動とした。１画面の、行ラインは２４０であり、同時選択数Ｌ＝４（すなわちサブグループ数＝６０）でＭＬＡ法の駆動を行った。表示画面のサイズは対角１０．４インチサイズ、用いた透明電極はＩＴＯで、シート抵抗５Ωのものであった。
【００８２】
液晶セルは、ギャップ４μｍ、液晶の誘電率（垂直）が３．７、誘電率（平行）が９．０（誘電率異方性Δε＝５．３）であり、最大駆動電圧（Ｖｒ）は約１６Ｖであった。なお、バイアス比は、最適バイアス条件の３．９とした。
【００８３】
図１に本例の構成の説明図を示す。液晶セルは表側偏光板、表側基板、行電極４、液晶層６、列電極５を備えている。また、駆動系として、ＭＬＡコントローラ、外部インターフェースが備えられている。外部からはＴＦＴインターフェース信号が供給され、外部インターフェース、ＭＬＡコントローラ（データ変換などを行う。また、ＦＲＣ階調方式を採用した。）を経由し、行駆動ドライバー、列駆動ドライバーに駆動信号が与えられる。このようにして、ＭＬＡ法による液晶表示装置の駆動が行われる。ＭＬＡ法の駆動方式で用いた直交行列は、数５に示したものであり、階調表示はＦＲＣ方式を用いた。
【００８４】
【数５】

【００８５】
ウインドウズ上でビデオ表示を行ったところ、フリッカー、クロストークのほとんど見られない、繊細な階調表示が得られた。なお、フレーム周波数は１２０Ｈｚとして駆動し、コントラスト比５０：１、応答時間（立ち上がり、立ち下がりの平均）は５０ｍｓであった。
【００８６】
（実施例２）
ＳＶＧＡ（８００×６００×３（ＲＧＢ））のカラーＳＴＮを上下２画面に分割し２画面駆動とした。１画面の、行ラインは３００であり、同時選択数Ｌ＝４（すなわちサブグループ数＝７５）でＭＬＡ駆動を行った。表示画面のサイズは対角１２．１インチサイズ、用いた透明電極はＩＴＯで、シート抵抗４Ωのものであった。
【００８７】
用いた直交行列は数５に示したものであり、階調表示はＦＲＣ方式を用いた。液晶表示素子は、ギャップ５μｍ、液晶の誘電率は垂直が３．５、水平が８．５（Δε＝５．０）であり、最大駆動電圧（Ｖｒ）は約１８Ｖであった。なお、バイアス比は（最適バイアス×１．２）の５．２とした。
【００８８】
ウインドウズ上でビデオ表示を行ったところ、フリッカー、クロストークのほとんど見られない、繊細な階調表示が得られた。なお、フレーム周波数は１２０Ｈｚとして駆動し、コントラスト比５０：１、応答時間（立ち上がり、立ち下がりの平均）は６５ｍｓであった。
【００８９】
（比較例）
ＳＶＧＡ（８００×６００×３（ＲＧＢ））のカラーＳＴＮ表示素子を上下２画面に分割し２画面駆動とした。１画面の行ラインは３００であり、線順次駆動（ＡＰＴ）を行った。表示画面のサイズは対角１２．１インチサイズ、用いた透明電極はＩＴＯで、シート抵抗４Ωのものであった。階調表示はＦＲＣ方式を用いた。
【００９０】
液晶表示素子は、ギャップ６μｍ、液晶の誘電率は垂直が４．０、水平が１３．０（Δε＝９．０）であり、最大駆動電圧（Ｖｒ）は約２６Ｖであった。なお、バイアス比は最適バイアスとした。
【００９１】
ウインドウズ上でビデオ表示を行ったところ、フリッカーのほとんど見られない、繊細な階調表示が得られたがクロストークのレベルは実施例２より悪いレベルであった。なお、フレーム周波数は１２０Ｈｚとして駆動し、コントラスト比３０：１、応答時間（立ち上がり、たち下がりの平均）は１５０ｍｓでありビデオ表示では強い残像が見られた。
【００９２】
【発明の効果】
請求項１の発明は、複数ライン同時選択法（ＭＬＡ）と高速液晶表示素子の性能を完全に引き出し、低クロストークの高速・高コントラスト表示を可能とする。
従来にない単純マトリクスでの動画・多階調表示を可能とする。また、従来の駆動法に比して電源電圧の低減なども達成できる。
【００９３】
請求項２の発明では、特定の構成の液晶セルにおいて、より高品位の表示を得ることができる。
【００９４】
請求項３の発明では、容量負荷を低減せしめることができ、透明電極を著しく低抵抗化することなくクロストーク全体を低減できる。
【００９５】
請求項４の発明では、電源電圧系を複雑にせず、かつ、駆動系を簡素化できる。
【００９６】
また、本発明はその効果を損しない範囲で、他の液晶表示素子等に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す説明図。
【図２】クロストークを説明するための概念図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はＭＬＡ法での電圧印加方法を説明する概念図および波形図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はアダマール行列を示す説明図。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention is a simple matrix type using multiplex driving by the MLA method (abbreviation of a multiple line simultaneous selection driving method; see JP-A-6-27907, US Pat. No. 5,262,881 or JP-A-8-234164). It relates to improvement of a liquid crystal display device. In particular, a novel structure of a super-twisted nematic (STN) type liquid crystal display device that performs high-speed and moving image display equivalent to a TFT will be described.
[0002]
[Prior art]
Demand for information display media is increasing with the progress of the advanced information age. Various display devices are used depending on various applications and uses.Liquid crystal display devices have advantages such as thinness, light weight, and low power consumption, and have good compatibility with driving circuits using semiconductor technology. It is expected to spread more widely.
[0003]
At present, among liquid crystal display devices, an STN type liquid crystal display device (hereinafter abbreviated as STN) and an active matrix liquid crystal display device having a thin film transistor provided in each pixel (hereinafter abbreviated as TFT) are mainly used. ing. Comparing the two, STN has the advantage that the manufacturing process is simpler than that of the TFT, that a constant yield and good productivity can be stably maintained, and that cost performance is good.
[0004]
In recent years, in order to meet the specifications of high-density information terminals in particular, the demand for larger, higher-definition, large-capacity, and high-speed displays on liquid crystal display devices has been increasing. ing.
[0005]
Conventionally, line-sequential multiplex driving has been performed to perform large-capacity display in STN. In this method, each row electrode is sequentially selected one by one, and a column electrode is selected in correspondence with a pattern to be displayed. When all the row electrodes are selected in order, the display of one screen is finished (hereinafter, referred to as “one row electrode”). In the present invention, the scanning electrodes are called row electrodes, and the data electrodes are called column electrodes.)
[0006]
However, in the line sequential driving method, a problem called a frame response occurs as the display capacity increases. In the line sequential driving method, a relatively large voltage is applied to a pixel when selected and a relatively small voltage is applied to a pixel when not selected. In general, this voltage ratio increases as the number of row lines increases, that is, as driving under a high duty condition.
[0007]
Thus, when the voltage ratio is small, the liquid crystal responding to the effective voltage value responds to the applied waveform itself. That is, the frame response has a large amplitude in the selection pulse, so that the off-state transmittance increases, and since the selection pulse has a long cycle, the on-state transmittance decreases. As a result, a phenomenon that causes a decrease in contrast occurs.
[0008]
In order to suppress the occurrence of the frame response, a method of increasing the frame frequency to be used and shortening the period of the selection pulse is known, but this has a serious drawback. In other words, when the frame frequency is increased, the frequency spectrum of the applied waveform is increased, causing non-uniform display and increasing power consumption. Therefore, there is a limit to increasing the frame frequency for the purpose of preventing the selection pulse width from becoming too narrow.
[0009]
It was important to eliminate the frame response without increasing the frequency spectrum. In order to solve this problem, a driving method called the above-mentioned MLA method for simultaneously selecting a plurality of row electrodes (selection electrodes) has been proposed. This method can simultaneously select a plurality of row electrodes and independently control the display pattern in the column direction, and can shorten the frame period while keeping the selection width constant. That is, high-contrast display with suppressed frame response can be performed.
[0010]
In the MLA method, a constant voltage pulse train is applied to each of the simultaneously applied row electrodes in order to independently control a column display pattern. In the MLA method of simultaneously selecting a plurality of lines, a voltage pulse is applied to a plurality of row electrodes at the same time. At this time, in order to simultaneously and independently control the display patterns in the column direction, it is necessary to apply pulse voltages having different polarities to the row electrodes.
[0011]
A pulse having polarity is applied to the row electrode several times, and a voltage corresponding to the data is applied to the column electrode. Thus, an effective voltage corresponding to ON and OFF is applied to each pixel as a whole.
[0012]
The selection pulse voltage group applied to each row electrode can be represented as a matrix of L rows and K columns (hereinafter, referred to as a selection matrix (A)). Since the selection pulse voltage sequence can be expressed as a vector group orthogonal to each other, a matrix including these as column elements is an orthogonal matrix. At this time, each row vector in the matrix is orthogonal to each other. The number L of rows corresponds to the number of simultaneously selected rows, and each row corresponds to each line.
[0013]
For example, the element of the first row of the selection matrix (A) is applied to line 1 of the L selection lines, and the selection pulse is applied in the order of the element of the first column and the element of the second column. In this specification, in the notation of the selection matrix (A), 1 means a positive selection pulse, and -1 means a negative selection pulse. FIG. 4 shows a Hadamard matrix as a typical example of the selection matrix (A). 4 (a) is a 4-row, 4-column configuration, FIG. 4 (b) is an 8-row, 8-column configuration, and FIG. 4 (c) is an 8-row, 8-column configuration with a 7-row, 8-column configuration excluding the first row. It is.
[0014]
A voltage level corresponding to each column element of the matrix and the column display pattern is applied to the column electrodes. That is, the column electrode voltage sequence is determined by the matrix that determines the row electrode voltage sequence and the display pattern.
[0015]
The sequence of the voltage waveform applied to the column electrode is determined as follows. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the concept. A Hadamard matrix of 4 rows and 4 columns will be described as an example. It is assumed that the display data on the column electrode i and the column electrode j are as shown in FIG. The column display pattern is represented as a vector (d) as shown in FIG. Here, when the column element is -1, ON display is indicated, and 1 indicates OFF display.
[0016]
Assuming that the row electrode voltage is sequentially applied to the row electrodes in the order of the columns of the matrix, the column electrode voltage level becomes a vector (v) shown in FIG. 3B, and its waveform is shown in FIG. become that way. In FIG. 3C, the vertical and horizontal axes are arbitrary units.
[0017]
In the case of selecting a partial line, in order to suppress the frame response of the liquid crystal display element, it is preferable to apply voltages in a distributed manner within one display cycle. Specifically, for example, after the first element of the vector (v) is applied to the first simultaneously selected row electrode group (hereinafter, referred to as a subgroup), the second simultaneously selected row electrode group is referred to as a subgroup. The first element of the vector (v) for the group of row electrodes to be applied is applied, and so on.
[0018]
Therefore, the voltage pulse sequence actually applied to the column electrodes determines how the voltage pulses are dispersed in one display cycle, and what selection matrix (A) is used for each of the simultaneously selected row electrode groups. Is selected.
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of displaying a window pattern which is used very frequently recently, a phenomenon called crosstalk occurs, which is a display problem on a liquid crystal display device. The case where the influence of the crosstalk is the most remarkable appears when the bar is displayed as shown in FIG. In the area B below the bar of the area C, display unevenness appears.
[0020]
The dielectric anisotropy of a liquid crystal usually used for a simple matrix such as STN is Δε> 0. Therefore, when a voltage is applied between the pixels and the liquid crystal molecules become parallel to the electric field and the display is turned on, the equivalent capacitance component of the liquid crystal becomes maximum (ε (vertical)> ε (parallel)). At this time, the column electrode voltage waveform is in the most distorted state. That is, regardless of the same ON state, a luminance difference of region A <region B appears as display unevenness.
[0021]
This indicates that the effective voltage applied to the liquid crystal satisfies region A <region B. The display pattern such as the window display is a combination of the displays in FIG. 4 and is assumed to be used most frequently, and reducing display unevenness (crosstalk) is a major issue.
[0022]
The magnitude of the crosstalk changes as the width W or length H of the bar changes. When the width W of the bar of the display pattern is increased, the luminance difference between the area A and the area B decreases. When the length H of the bar is increased, the luminance difference between the area A and the area B increases.
[0023]
It is considered that these phenomena are caused by the difference in the distortion of the column electrode waveform between the ON waveform and the OFF waveform. In other words, the ON waveform is a waveform that is distorted to some extent, whereas the OFF waveform is a waveform that is almost ideal.
[0024]
There are mainly two causes of the distortion of the ON waveform. One is that a driving circuit (hereinafter referred to as a driving system) for driving a matrix electrode sandwiching a liquid crystal layer is not constituted by an ideal power supply and an ideal driver. In the display of FIG. 2, most of the column electrodes (W_O To(Corresponding part) outputs an ON waveform. At this time, in the driving system, a large load is applied to the voltage level for outputting the ON waveform among the column electrode voltage levels, which causes distortion.
[0025]
The other is the effect of the capacitance inside the liquid crystal panel. In the ON state, the capacity of the liquid crystal connected in series to the column electrode is maximized. Therefore, if there are many ON waveforms, the waveform in the liquid crystal panel becomes the most distorted state. On the other hand, a waveform close to the ideal is output as the off waveform. This is because the condition that the waveform is distorted compared to the ON waveform does not apply.
[0026]
In FIG. 2, in the region A, only the substantially ON column electrode waveform is applied, but in the region B, both ON and OFF column electrode waveforms are applied. Therefore, only a very distorted waveform is output as the column voltage waveform in the region A, whereas the column voltage distortion in the region B is not as large as that in the region A as a whole. Therefore, in the region B, the decrease in the effective voltage applied to the liquid crystal is small.
[0027]
As described above, although the MLA method is a very effective method for suppressing a frame response, it has been found that display unevenness due to crosstalk is more noticeable than the conventional driving method.
[0028]
This is presumed to be due to the fact that the row electrode voltage level is lower in the driving method of simultaneously selecting a plurality of rows than in the line sequential driving. That is, when a plurality of rows are selected at the same time, the bias ratio between the row electrode voltage and the column electrode voltage decreases, and the effect of the column electrode voltage on the effective voltage becomes extremely large as compared with the conventional driving method. As a result, if there is a waveform distortion in the column electrode voltage sequence, the influence on the display quality is greater than that of the conventional one.
[0029]
In practice, the power supply used in the drive system and the drive capability at the final stage are finite, so the voltage waveform always has distortion at the input end, and the electrical impedance of the liquid crystal panel is considered to be the series combination of the capacitance component of the liquid crystal itself and the electrode resistance. Therefore, the voltage waveform to be output to the column electrode is considerably output. Therefore, when a plurality of rows are selected at the same time, display unevenness due to crosstalk may be conspicuous. This phenomenon becomes remarkable when the number L of simultaneously selected row electrodes becomes 5 or more.
[0030]
Another major problem is crosstalk in halftone display. The halftone display method includes a frame rate control method, an amplitude modulation method, a combination with a dither method, and the like. The frame rate control method is most frequently used as a driving method of a liquid crystal display device. At this time, in order to make the occurrence of flicker less conspicuous, a combination with spatial modulation that spatially gives a phase difference (between adjacent pixels) and cancels flicker is often used.
[0031]
In this case, unlike the monochrome solid display based on the binary display, the spatial frequency of the image may be extremely high for each frame. For this reason, crosstalk occurs and the quality of the image is degraded. Similarly, when the dither method is used, the spatial frequency is high and there is a problem of crosstalk.
[0032]
Further, when displaying a moving image such as a video display, there is a problem of image deterioration. In a video display, unlike a basically geometrical display such as a window, many spatially complicated displays (that is, high spatial frequencies) appear.
[0033]
Therefore, in particular, when trying to display a video display in a specific window, there arises a problem that not only the quality of the video display itself is deteriorated due to the generated crosstalk but also the surrounding windows are affected.
[0034]
Here, a description will be given of the behavior of the liquid crystal layer itself acting as a load in a liquid crystal display device that realizes display by utilizing the state change of the liquid crystal layer, particularly in a simple matrix driving method such as STN.
[0035]
Liquid crystals are approximated as a series combination of a capacitive load and a resistive load, as described above. The former is due to the liquid crystal capacitance (off and on), and the latter is due to the electrode resistance. The display area and display resolution are strongly related to these loads. When the area is large, the high-frequency characteristics are degraded due to an increase in the capacitive load, the waveform distortion is increased, and the crosstalk is increased.
[0036]
Also, as the resolution increases, the high frequency components of the drive increase, which also leads to an increase in crosstalk. In general, a practical problem arises when the diagonal size is 9 inches or more and the number of display lines is 200 scan lines or more (corresponding to 400 lines or more when driving two screens).
[0037]
Also, as the resolution increases, the required row voltage (amplitude value) increases, so that the feasibility of usable drive driver circuits (mainly the technical limits in semiconductor IC technology, such as withstand voltage, current value, switching speed, and consumption) Power, etc.), the drive voltage must be reduced, and the crosstalk conditions have become increasingly severe.
[0038]
For this reason, means for lowering the resistance value of the transparent electrode has been used, but reducing the electric resistance value while maintaining optical transparency is approaching the limit. In addition, it is obvious that this causes an increase in production cost and a variation in performance, and is not suitable for manufacturing general-purpose products. Next, a display failure phenomenon peculiar to the MLA method will be described.
[0039]
In the MLA method, there is a special crosstalk called a ghost. The ghost is a phenomenon in which a certain image is slightly displayed at a place near the ghost, and appears as a double image like a ghost due to a radio wave interference of a TV. The cause was clarified and the following conclusions were obtained.
[0040]
A ghost in the MLA method is caused by waveform distortion of a selected (row) waveform. This is a phenomenon that occurs when a selection waveform is applied to a time interval that should be a non-selection period. In the MLA method, a plurality of (L) lines are selected at the same time, so that a ghost for a plurality of lines is visible. The ghost is easier to recognize than the conventional driving method.
[0041]
A similar phenomenon occurs in the conventional driving method APT method, but since a row is selected in units of one line, a ghost occurs for only one line. Therefore, since it appears only to the extent of slight image blurring (that is, a decrease in resolution), it does not appear as a “double image”. Therefore, it can be said that the ghost is hardly observed in the APT method.
[0042]
As one means for solving this problem, in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-234164, a driving method of an MLA for reducing crosstalk has been proposed. It has been shown that crosstalk can be reduced by optimizing the orthogonal matrix and suppressing the signal voltage waveform from largely changing depending on the pattern.
[0043]
However, in order to build an advanced display system that provides high-resolution and high-quality images, such as multimedia support including recent video and Windows display on a personal computer, it is necessary to use a drive system, liquid crystal cell structure, liquid crystal material, and circuits. It turns out that a higher level of image quality improvement that integrates the design is needed.
[0044]
[Means for Solving the Problems]
The present invention solves the above-mentioned problem, that is, the present invention of claim 1 provides a method in which N (N is an integer of 200 or more) row electrodes and a plurality of column electrodes arranged in a matrix. A liquid crystal cell having a liquid crystal layer interposed therebetween is provided, the twist angle θ of the liquid crystal layer is set to 100 to 360 °, and the row electrodes are divided into L groups (L is 2, 3 or 4). A group is selected at a time, and a row selection voltage based on a signal obtained by expanding a selected column vector (A1, A2, A3, A4) of a selected orthogonal matrix (A) of L rows and M columns in time series is applied to the row electrodes. The display is performed with respect to the effective value of the voltage applied to the pixel, and the dielectric constant of liquid crystal ε (vertical) <4.5 and the dielectric anisotropy Δε = 3.5 to 6.5. A liquid crystal display device characterized by the following.
[0045]
The invention according to claim 2 is the liquid crystal display device according to claim 1, wherein the gap d of the liquid crystal cell is 4 to 6 μm and the twist angle θ is 220 to 260 °.
[0046]
The invention according to claim 3 uses a driving method in which the polarity of the row selection voltage and the column voltage is inverted with a periodicity of S times the selection pulse width, and satisfies the relationship of equation (1). The liquid crystal display device according to claim 1.
[0047]
(Equation 3)
S <(N / L) * M * 0.5 (1)
[0048]
The invention according to claim 4 is characterized in that the voltage amplitude Vr (pp) of the row voltage and the voltage amplitude Vc (pp) of the column voltage satisfy the relationship of the expression (2). Liquid crystal display device.
[0049]
(Equation 4)
N^0.5 /L≦Vr/Vc(max)≦1.4*N^0.5 / L (2)
[0050]
Hereinafter, the present invention will be described. When trying to reduce various types of crosstalk in a liquid crystal display device employing a simple matrix driving method, it is important that the characteristics of the waveform, load (liquid crystal capacitance and electrode resistance, etc.), It is a parameter such as a current supply power supply to the liquid crystal. They are strongly involved and interact with each other to determine the voltage actually applied to the pixel.
[0051]
Above all, depending on the characteristics of the waveform and the characteristics of the load, it is difficult to reduce the crosstalk even if the external current supply power source is enhanced. In this sense, the relationship between the waveform and the load is an essential element for reducing crosstalk.
[0052]
In the present invention, in order to provide a high-quality image in a liquid crystal display device using the MLA method, an element for determining the waveform of the MLA method and a liquid crystal cell acting as a load when viewed from a driving system are comprehensively used. The optimal configuration is shown.
[0053]
When considering the characteristics of waveforms involved in crosstalk in the MLA method, first, the number of simultaneous selections is important. In the MLA method, a selection waveform, which is conventionally one per row line in a display frame, is applied a plurality of times and a column voltage is determined so as to correspond thereto.
[0054]
Therefore, the voltage balance of the rows and columns changes according to the number of simultaneously selected lines, and the state of occurrence of crosstalk changes. First, in order to facilitate a simple understanding, a description will be given on the condition that an optimal bias at which the voltage ratio between the ON waveform and the OFF waveform is theoretically maximum is used.
[0055]
The liquid crystal layer in the liquid crystal display device has a constant threshold voltage (V_th, Rms). When this is supplied by multiplex driving, it is necessary to consider the final effective voltage by combining the row and column waveforms. When the column voltage Vc in the APT method which is a conventional line sequential driving method is set to 1, the maximum values of the row voltage Vr and the column voltage Vc in the MLA method are given in the following Table 1 with respect to the number L of simultaneous selections. Can be
[0056]
[Table 1]

[0057]
Here, N is the total number of selected lines, which is the case of the optimum bias as described above. As is clear from Table 1, as L increases, the row voltage decreases and the column voltage increases. Therefore, when L changes, the intensity changes depending on the type of crosstalk generated in the row direction and the column direction.
[0058]
In the MLA method, a column electrode display pattern vector (x) = (x1, x2,) having a display pattern (off = 1, on-1) corresponding to a simultaneously selected row electrode on a specific column electrode. x3, x4...) and a voltage proportional to yi = (x1, x2, x3, x4...) Ai, which is the inner product of the selected column vector (Ai: i = 1, 2, 3, 4,. Since applied to the electrodes, the pattern of (x) is an important factor that directly determines the voltage.
[0059]
The present inventor studied the characteristics of such waveforms, and considered what the load of the liquid crystal cell should be, what the drive waveform should be, the drive system at that time, mainly the actual circuit configuration and driver, etc. Taking into account the effects, etc., the optimum configuration was obtained. The following Table 2 summarizes the effects of major factors on crosstalk and the like.
[0060]
[Table 2]

[0061]
Tables (1) and (2) clearly contradict from the theory of the conventional liquid crystal technology. This is because the driving voltage of the liquid crystal depends on the dielectric anisotropy Δε of the liquid crystal, and in order to lower the voltage of the liquid crystal, it is necessary to increase the dielectric anisotropy Δε, which leads to an increase in the capacitance load. It is.
[0062]
From these, a configuration that can make use of the features of the MLA method and achieve a reduction in crosstalk will be considered. At this time, a drive waveform of the MLA method and a preferable configuration of the liquid crystal cell as a load are considered simultaneously. Table 3 shows the main factors.
[0063]
[Table 3]

[0064]
The trade-off relationship between (3) and (4) means that there is an optimum point in the driving method and the liquid crystal load in the MLA method. In the present invention, these relationships were theoretically considered and experimentally verified, and the following conclusions were reached.
[0065]
Crosstalk can be reduced by the MLA method when the following three conditions (a), (b), and (c) in Table 4 are satisfied.
[0066]
[Table 4]

[0067]
With the basic configuration of (a), (b), and (c) in Table 4, the capacity load is reduced by 30 to 50% as compared with the conventional STN, and the overall crosstalk can be reduced without significantly lowering the resistance of the transparent electrode. It can be reduced.
[0068]
More preferably, it is effective to set the polarity inversion period S of the drive waveform (d) in Table 4 to a half frame length or less. This is for setting the frequency component of the waveform to an intermediate frequency region. The last condition means that the relationship of S <(N / L) * M * 0.5 (1) is satisfied.
[0069]
This configuration is particularly effective when a high-speed response is required. In order to achieve high-speed response, it is common to lower the viscosity of the liquid crystal itself and increase the interface regulation force from the substrate to the liquid crystal to increase the speed, but this increase in regulation force is caused by the gap in the liquid crystal cell. , Which leads to an increase in the capacity load. Since the reduction of the gap hardly changes the drive voltage itself, the increase in crosstalk with the increase in load becomes very noticeable.
[0070]
In the configuration of the present invention, since the absolute value of the voltage and the magnitude of the load are essentially optimized, a large margin for reducing the gap and increasing the speed can be obtained. For example, when the other parameters are equal, the gap d is 6.5 μm and the dielectric anisotropy Δε = 9 (ε vertical = 4) in the conventional configuration. 5 μm and dielectric anisotropy Δε = 4.5 (ε vertical = 4).
[0071]
Therefore, the load can be reduced (the maximum load is reduced by about 6%), the maximum voltage (row voltage) is reduced (about 30% when four lines are selected simultaneously), and the speed is increased (the response time can be reduced by about 50%). Can be achieved simultaneously.
[0072]
In particular, when the gap d of the liquid crystal cell is in the range of 4 to 6 μm and the twist angle θ is in the range of 220 to 260 °, the physical properties of the liquid crystal used are ε (vertical) ≦ 4.5 and Δε = 3.5 to 6.5. Is preferred. Further, Δε = 4.0 to 6.0 is more preferable.
[0073]
Naturally, the contrast of the MLA method is increased at the same time, and the contrast ratio (on / off luminance ratio) of about 20: 1 to 30: 1 can be increased to 40: 1 or more. .
[0074]
As described above, the driving waveform of the MLA method and the configuration of the liquid crystal display element adapted to the MLA method achieve higher contrast and higher speed than those of the conventional driving method and the liquid crystal display element configuration, and furthermore, have low crosstalk. Thus, a reduction in the power supply maximum voltage is achieved. This indicates that high-quality images can be provided at low cost and with low power consumption.
[0075]
In the present invention, since the above load requirements are adopted, driving with a bias ratio different from the conventional one becomes possible. Here, the bias ratio is defined by the maximum value of the row voltage / the column voltage, and (N)^0.5 / L. In the APT driving method, since the column voltage becomes extremely high, the bias ratio is generally set to be smaller than the optimum bias. However, in the MLA method, this voltage ratio is set to be larger than the optimum bias rather than the characteristic of the waveform. It is preferable to use it.
[0076]
The reasons are the following two points. (1) Since there is a frame response in the APT method, the contrast is higher when the bias is reduced, but the frame response is suppressed by the method itself in the MLA method. (2) The row voltage is lower in the MLA method than in the APT method.
[0077]
Therefore, it is preferable that the voltage amplitude Vr of the row voltage and the maximum voltage Vc (max) of the column voltage satisfy the relationship of the expression (2) under more preferable conditions for obtaining a higher-quality image in the liquid crystal display device of the present invention. is there.
[0078]
The driving method of the present invention can be easily realized by using a known MLA circuit. For example, when FRC (Frame Rate Control: frame rate control) is used as the gradation method, the spatial modulation FRC is placed before the multi-bit data of the first stage is stored in the memory, and the 1-bit (one frame) data after the FRC is placed. May be stored in a memory, and then sequentially read out to calculate a column electrode voltage waveform by an MLA operation. Alternatively, the multi-bit data may be stored in the memory as it is, and may be converted into 1-bit FRC data by referring to the spatial modulation FRC table before the column voltage calculation.
[0079]
Spatial modulationTeThe table may be stored in the ROM and read out sequentially for use, but a configuration using a logic circuit can be easily realized. Display is achieved by inputting a column voltage waveform calculated by these circuits to a column signal driver having a plurality of voltage levels and applying a voltage to the liquid crystal.
[0080]
In addition, as a gradation display method of the liquid crystal display device of the present invention, in addition to the above-mentioned FRC, a method such as AM (Amplitude Modulation), PWM (Pulse Width Modulation) or the like can be used. In displaying gray scales, crosstalk generally increases due to the complexity of the drive waveform, or a grayscale shift occurs due to voltage fluctuation. However, in the present invention, since crosstalk reduction is achieved. In addition, fine gradation can be realized without deteriorating the display quality even during gradation display.
[0081]
【Example】
(Example 1)
A color STN of VGA (640 × 480 × 3 (RGB)) size was divided into upper and lower two screens to drive two screens. The number of row lines in one screen was 240, and the MLA method was driven with the number of simultaneous selections L = 4 (that is, the number of subgroups = 60). The size of the display screen was 10.4 inches diagonally, the transparent electrode used was ITO, and the sheet resistance was 5Ω.
[0082]
The liquid crystal cell has a gap of 4 μm, a liquid crystal dielectric constant (vertical) of 3.7, a dielectric constant (parallel) of 9.0 (dielectric anisotropy Δε = 5.3), and a maximum drive voltage (Vr) of It was about 16V. The bias ratio was 3.9, which is the optimum bias condition.
[0083]
FIG. 1 shows an explanatory diagram of the configuration of this example. The liquid crystal cell includes a front polarizing plate, a front substrate, a row electrode 4, a liquid crystal layer 6, and a column electrode 5. Further, an MLA controller and an external interface are provided as a drive system. A TFT interface signal is supplied from outside, and a drive signal is supplied to a row drive driver and a column drive driver via an external interface and an MLA controller (which performs data conversion and the like, and employs an FRC gray scale method). . Thus, the liquid crystal display device is driven by the MLA method. The orthogonal matrix used in the driving method of the MLA method is shown in Expression 5, and the FRC method is used for gradation display.
[0084]
(Equation 5)

[0085]
When a video was displayed on Windows, a delicate gradation display with almost no flicker or crosstalk was obtained. The driving was performed with a frame frequency of 120 Hz, the contrast ratio was 50: 1, and the response time (average of rising and falling) was 50 ms.
[0086]
(Example 2)
The color STN of SVGA (800 × 600 × 3 (RGB)) was divided into upper and lower two screens to drive two screens. The number of row lines in one screen was 300, and the MLA drive was performed with the number of simultaneous selections L = 4 (ie, the number of subgroups = 75). The size of the display screen was 12.1 inches diagonally, the transparent electrode used was ITO, and the sheet resistance was 4Ω.
[0087]
The orthogonal matrix used is shown in Expression 5, and the FRC method is used for gradation display. The liquid crystal display element had a gap of 5 μm, the dielectric constant of the liquid crystal was 3.5 vertically, 8.5 horizontally (Δε = 5.0), and the maximum driving voltage (Vr) was about 18V. The bias ratio was (optimal bias × 1.2) of 5.2.
[0088]
When a video was displayed on Windows, a delicate gradation display with almost no flicker or crosstalk was obtained. The frame frequency was driven at 120 Hz, the contrast ratio was 50: 1, and the response time (average of rising and falling) was 65 ms.
[0089]
(Comparative example)
A color STN display element of SVGA (800 × 600 × 3 (RGB)) was divided into upper and lower two screens to drive two screens. The number of row lines in one screen was 300, and line-sequential driving (APT) was performed. The size of the display screen was 12.1 inches diagonally, the transparent electrode used was ITO, and the sheet resistance was 4Ω. For gradation display, the FRC method was used.
[0090]
The liquid crystal display element had a gap of 6 μm, the dielectric constant of the liquid crystal was 4.0 in the vertical direction, 13.0 in the horizontal direction (Δε = 9.0), and the maximum driving voltage (Vr) was about 26V. Note that the bias ratio was an optimum bias.
[0091]
When video display was performed on Windows, delicate gradation display with almost no flicker was obtained, but the level of crosstalk was lower than that of Example 2. The frame frequency was driven at 120 Hz, the contrast ratio was 30: 1, the response time (average of rise and fall) was 150 ms, and a strong afterimage was seen in video display.
[0092]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the performance of a multiple line simultaneous selection method (MLA) and a high-speed liquid crystal display element is completely derived, and high-speed, high-contrast display with low crosstalk is enabled.
This makes it possible to display moving images and multiple gradations using a simple matrix that has never existed before. Further, a reduction in power supply voltage can be achieved as compared with the conventional driving method.
[0093]
According to the second aspect of the invention, a higher quality display can be obtained in a liquid crystal cell having a specific configuration.
[0094]
According to the third aspect of the invention, the capacitance load can be reduced, and the overall crosstalk can be reduced without significantly reducing the resistance of the transparent electrode.
[0095]
According to the fourth aspect of the present invention, the drive voltage can be simplified without complicating the power supply voltage system.
[0096]
Further, the present invention can be applied to other liquid crystal display elements and the like as long as the effect is not impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining crosstalk.
FIGS. 3A to 3C are a conceptual diagram and a waveform diagram illustrating a voltage application method in the MLA method.
FIGS. 4A to 4C are explanatory diagrams showing Hadamard matrices.

Claims

A liquid crystal cell in which a liquid crystal layer is sandwiched between N (N is an integer of 200 or more) row electrodes and a plurality of column electrodes arranged in a matrix is provided, and the twist angle θ of the liquid crystal layer is 100 to 360. And the row electrodes are divided into L subgroups (L is 2, 3 or 4), the subgroups are selected collectively, and the selected columns of the selected orthogonal matrix (A) of L rows and M columns A row selection voltage based on a signal obtained by expanding the vector (A1, A2, A3, A4) in time series is applied to the row electrode, and display is performed with respect to the effective value of the voltage applied to the pixel, and the dielectric constant of the liquid crystal is displayed. A liquid crystal display device wherein ε (vertical) <4.5 and dielectric anisotropy Δε = 3.5 to 6.5.

2. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the gap d of the liquid crystal cell is 4 to 6 [mu] m and the twist angle [theta] is 220 to 260 [deg.].

3. The liquid crystal according to claim 1, wherein a driving method is used in which the polarity of the row selection voltage and the column voltage is inverted with a periodicity of S times the selection pulse width, and satisfies the relationship of equation (1). Display device.

4. The liquid crystal display device according to claim 1, wherein the voltage amplitude Vr (pp) of the row voltage and the voltage amplitude Vc (pp) of the column voltage satisfy the relationship of Expression (2).