JP3689583B2

JP3689583B2 - 液晶装置及び液晶装置の駆動方法

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Publication number: JP3689583B2
Application number: JP07095699A
Authority: JP
Inventors: 修谷口; 豊稲葉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-03-16
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2019-03-16
Also published as: JP2000267635A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、液晶を利用して画像を表示する液晶装置は、種々の方法によって駆動されていた。
【０００３】
図７は、そのような従来の液晶装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図であるが、この駆動方法では、所定の期間Δｔ₂ 内に液晶パネルのゲート線にゲートパルスを線順次で印加してゆき（同図(b) 参照）、その線順次走査が終了し液晶パネルに白黒階調の画像が書き込まれた時点ｔ₁₀でバックライト装置を点灯して画像を表示するようになっている（同図(c) 参照）。
【０００４】
しかしながら、図７に示す方法で液晶装置を駆動した場合には、液晶パネルの線順次書き込みに時間がかかってしまうことから、バックライト装置による照明時間Δｔ₃ が短くなり、画像が暗くなるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するものとして、液晶パネルには画素毎に２つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やデータホールド回路を設けておき、図８に示すように、一の画像を表示している間に次の画像データのための電圧を線順次でデータホールド回路に充電し（図８(c) 参照）、該充電された電圧を線順次ではなく全画面一括で各画素に印加して（同図(b) 参照）、その電圧に基づく画像を表示させるようにしたものが、特開平０８−９５５２６号公報にて提案されている。この方式によれば、画像の一括書き込みが可能であってその書き換え時間Δｔ₄ が短縮されてバックライト装置による照明時間Δｔ₅ が長くなり、画像を明るくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、静止画像を順次書き換えていくことによって動画像を表示する場合、例えばＣＲＴのように１つの静止画像を表示してから次の静止画像を表示するまでの間に画像を表示しない期間を設ける方式（以下“インパルス型”とする）の方が、そのような期間を設けずに静止画像を連続表示する方式（以下“ホールド型”とする）よりも、画質が良いことが知られている（「信学技報」ＥＩＤ９６−４（１９９６）ｐ．１６参照）。
【０００７】
ここで、図８に示す駆動方法の場合、１つの静止画像を表示してから次の静止画像を表示するまでの間Δｔ₄ は光照射が休止されていて上述したインパルス型に近いものの、その間Δｔ₄ は、専ら画像書き換えのために設けられたものに過ぎず、画質が良好ではなかった。
【０００８】
このような問題を解決する方法として、表示走査と消去走査とを交互に行うことによって液晶パネルの画面を静止画像を表示する度に消去し、その表示を非ホールド化しインパルス型表示に近づけたものがある（ＳＩＤ９７、ｐ．２０３参照）。しかし、かかる液晶パネルでは、画面を消去している間も光が無駄に照射されており、消費電力が大きいという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、動画像の画質の低下を防止する液晶装置の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
また、本発明は、消費電力の増加を防止する液晶装置の駆動方法を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記事情を考慮してなされたものであり、マトリクス状に配置されて複数の画素を構成する画素電極と、前記画素電極に接続されて画像データに応じた電圧を保持する電圧保持手段と、該電圧保持手段と前記画素電極との間に配置された第１のスイッチング素子と、前記電圧保持手段とデータ電極に接続された第２のスイッチング素子と、ゲート電極及び前記データ電極に各々接続された走査ドライバ及び信号ドライバと、前記画素電極及び対向電極の間に配置された液晶とからなる液晶素子と、該液晶素子を照明する照明手段と、を備えた液晶装置において、前記走査ドライバは、前記第１のスイッチング素子をオフ状態として、前記第２のスイッチング素子にゲートパルスを線順次に印加し、線順次走査が終了した後、１フレームまたは１フィールド毎に前記第１のスイッチング素子に一括書き込み信号を印加し、前記信号ドライバは前記ゲートパルスに同期して、前記データ電極に映像信号を印加するものであって、さらに前記走査ドライバ、前記信号ドライバ及び前記照明手段に接続され、これらを連携動作させると共に、前記１フレームまた１フィールドの間に、１フレームまたは１フィールドの期間全体を１００％としたときの照明時間である時間開口率が３０〜７０％となるように前記照明手段を制御する制御回路と、前記時間開口率を、３０〜７０％の範囲内で表示画像に応じて調整する調整手段と、を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１３】
まず、本実施の形態にて駆動される液晶装置の構造について、図１乃至図３を参照して説明する。ここで、図１は、本発明が適用される液晶装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、液晶素子の構造の一例を示す断面図、図３は、液晶素子の構造の一例を示す平面図である。
【００１４】
本実施の形態にて駆動される液晶装置は、図１に符号１で示すように、液晶素子Ｐと、該液晶素子Ｐに対向するように配置されて該液晶素子Ｐを照明する照明手段Ｂと、を備えている。
【００１５】
このうち、液晶素子Ｐは、図２及び図３に示すように、対向するようにマトリクス状に配置されて複数の画素を構成する第１電極２及び第２電極３と、前記第２電極３に接続されて任意の電圧（画像データに対応する任意の電圧）を保持する電圧保持手段４と、該電圧保持手段４と前記第２電極３との間に介装されたスイッチング素子５と、前記第１電極２及び前記第２電極３の間に配置された液晶６とからなる。
【００１６】
ところで、上述した液晶６には、電圧が印加されていないときに１つの安定状態を示すカイラルスメクチック液晶、例えば高速応答可能な単安定型強誘電性液晶（単安定型ＦＬＣ）や、無閾値反強誘電性液晶（ＴＡＦＬＣ）や、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｅｎｄ）モード等を用いることができる。ここで、単安定型ＦＬＣは、等方相−コレステリック相−カイラルスメクチックＣ相という相系列を示すＦＬＣを、上下基板で非対称な配向処理を施した液晶セルに注入することや、または電界印加による再配向処理を施すことによって得ることができる。
【００１７】
次に、本発明に係る液晶装置の駆動方法について、図４を参照して説明する。ここで、図４は、本発明に係る液晶装置の駆動方法の一実施の形態を示すタイミングチャート図である。
【００１８】
本実施の形態においては、
▲１▼ まず、前記スイッチング素子５をオフにした状態で前記電圧保持手段４に任意の電圧（画像データに対応した電圧）を順に印加し、
▲２▼ 該電圧の印加が終了した時点で前記スイッチング素子５を一括してオンにして前記電圧保持手段４のそれぞれに保持されていた該電圧を前記第２電極３にそれぞれ印加する（図４(b) 参照）。これにより、前記第１電極２と前記第２電極３との電位差によって前記液晶６が画素毎に駆動されて前記液晶素子Ｐには一の画像が表示される。
▲３▼ このように該一の画像を表示している間に、３０〜７０％の時間開口率で前記照明手段Ｂによる照明を行うと共に（図４(d) 参照）、前記スイッチング素子５をオフにした状態で前記電圧保持手段４に次の画像データについての電圧を順に印加する（図４(c) 参照）。
【００１９】
ここで、時間開口率とは、前記スイッチング素子５をオンにしてから前記照明手段Ｂによる照明が終了するまでの時間をΔｔ₀ とし、前記照明手段Ｂによる照明が行われている時間をΔｔ₁ とした場合において、Δｔ₁ ×１００／Δｔ₀ で表される値をいう。なお、この時間開口率は３０％〜７０％の任意の値に固定していても良く、その範囲内で表示画像に応じて外部トリマによって調整するようにしてもよい。例えば、静止画像や動きの遅い動画を表示する場合には時間開口率を高くすると共に照明手段Ｂの輝度を低くして、画面の輝度を変えないで消費電力を低減できる。
【００２０】
ところで、上述した液晶装置１によってカラー画像を表示しても良く、白黒画像を表示しても良い。例えば、カラー画像を表示する場合には、
＊上述した液晶素子Ｐにカラーフィルターを配置すると共に、照明手段として白色光を照射するものを用いたり、
＊上述した液晶素子Ｐにカラーフィルターを配置せずに白黒画像を順次表示させると共に、照明手段として各色光（例えば３原色の各色光）を白黒画像の表示に同期して順次照射するものを用いたり（図５）、
する方法を挙げることができ、白黒画像を表示する場合には、
＊上述した液晶素子Ｐにカラーフィルターを配置せずに、照明手段として白色光を照射するものを用いる方法（図４参照）、
を挙げることができる。
【００２１】
なお、白色光を照射する照明手段としては単色蛍光管やＬＥＤ光源を挙げることができ、３原色の各色光を順次照射する照明手段としては、ＲＧＢの３本の蛍光管を備えたものや、３本の蛍光管のそれぞれにカラーフィルターを配置したものを挙げることができる。
【００２２】
次に、本実施の形態の効果について説明する。
【００２３】
本実施の形態によれば、画像の書き換えを線順次ではなく全画面について一括して行うため、書き込み時間を短縮でき、照明手段Ｂによる照明時間を長くして画像を明るくすることができる。
【００２４】
また、照明手段Ｂは、常に点灯しているのではないため消費電力を低減できる。
【００２５】
さらに、前記照明手段Ｂによる照明は３０〜７０％の時間開口率で行うため、動画像の画質を向上できる。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明を更に詳細に説明する。
【００２７】
（実施例１）
本実施例においては、図２及び図３に示す液晶パネル（液晶素子）Ｐを用いて図１に示す液晶装置１を作成した。
【００２８】
まず、本実施例にて用いたアクティブマトリクス型の液晶パネルＰの構造について、図２及び図３を参照して説明する。
【００２９】
すなわち、液晶パネルＰは、図２に示すように、所定距離を開けた状態に配置した一対のガラス基板１０ａ，１０ｂによって構成し、一方のガラス基板１０ａには、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）からなる第１電極（以下、“対向電極”とする）２を形成し、この対向電極２の表面には、ポリイミドからなる厚さ約１０ｎｍの配向膜１１ａを形成し、該配向膜１１ａの表面にはラビング処理を施した。
【００３０】
また、他方のガラス基板１０ｂには、図３に示すように、ＩＴＯからなる透明な画素電極（第２電極）３を１６０×１２０個マトリクス状に配置し、これらの対向電極２と画素電極３とによって画素を構成させた。さらに、各画素電極３には、スイッチング素子としての一括書き込みＴＦＴ５（ソース）を接続し、該ＴＦＴ５のドレインには、電圧保持手段としてのキャパシタ４や別のＴＦＴ（以下“シリアル書き込みＴＦＴ”とする）７（ソース）を接続した。またさらに、画素と画素との間には図示Ｘ方向に一括書込みＴＦＴ用ゲート電極２０やシリアル書込みＴＦＴ用ゲート電極２１やアースライン２２を形成し、一括書込みＴＦＴ用ゲート電極２０は一括書き込みＴＦＴ５のゲートに接続し、シリアル書込みＴＦＴ用ゲート電極２１はシリアル書き込みＴＦＴ７のゲートに接続し、アースライン２２はキャパシタ４の他端に接続した。また、画素と画素との間には図示Ｙ方向にデータ電極２３を形成し、このデータ電極２３は、シリアル書き込みＴＦＴ７のドレインに接続した。さらに、これらのＴＦＴ５，７等を覆うように配向膜１１ｂを形成した。
【００３１】
また、これらのガラス基板１０ａ，１０ｂの間隙には、スペーサービーズ１２を配置して基板間隙を規定し、該基板間隙には液晶６を配置した。
【００３２】
一方、照明手段としては、３原色の光を順次照射するバックライト装置Ｂを用いた。
【００３３】
次に、上述した液晶パネルＰ及びバックライト装置Ｂを駆動するための周辺機器について、図１及び図３を参照して説明する。
【００３４】
上述したデータ電極２３には信号ドライバ２５を接続し、一括書込みＴＦＴ用ゲート電極２０やシリアル書込みＴＦＴ用ゲート電極２１には走査ドライバ２６を接続した。また、アースライン２２は、走査ドライバ２６に接続し、走査ドライバ２６の内部にて接地した。なお、接地電圧は、データ電極２３に印加される映像信号の基準電圧であり、対向電極２に印加されている電圧に等しくした。
【００３５】
さらに、これらのドライバ２５，２６には、図１に示すように、制御回路２７や外部信号処理メモリ２８や信号源２９を接続した。このうち、信号源２９は、ＮＴＳＣやＰＡＬ等の記録再生装置或はハイビジョン装置、パーソナルコンピュータ（ＶＧＡ、ＸＧＡ等）等に相当するものであり、外部信号処理メモリ２８は、信号源２９からの映像信号をＲ色用の映像信号と、Ｇ色用の映像信号と、Ｂ色用の映像信号と、同期信号とに分離し、同期信号に従って各映像信号を信号ドライバ２５に供給し、同期信号を走査ドライバ２６及び信号ドライバ２５に供給するものである。また、制御回路２７は、タイミングジェネレータ等からなるものであり、信号源２９からの同期信号を分離し、外部信号処理メモリ２８や、液晶パネルＰの駆動パルスや、照明用電圧制御パルスや、システム電源等をコントロールするものである。
【００３６】
なお、本実施例においては液晶装置１は図５に示す方法で駆動した。ここで、図５は、本発明に係る液晶装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図である。
【００３７】
すなわち、ｔ₁ の時点においては、各キャパシタ４へのＲ色用のデータ電圧の充電が完了している。なお、このデータ電圧の充電は、一括書き込みＴＦＴ５がオフで画素電極３とキャパシタ４との接続が絶たれた状態で、信号ドライバ２５から各データ電極２３にはＲ色用のデータ信号が印加され、かつ、走査ドライバ２６からシリアル書込みＴＦＴ用ゲート電極２１にはゲートパルスが線順次で印加されて一括書き込みＴＦＴ５が順にオンされることにより行われる。
【００３８】
次に、ｔ₁ 〜ｔ₂ の期間だけ全ての一括書込みＴＦＴ用ゲート電極２０に書き換えパルスが同時に印加されて全ての一括書き込みＴＦＴ５がオンされる（図５(b) 参照）。これにより、各キャパシタ４に保持されていた電圧が一括書き込みＴＦＴ５を介して画素電極３に印加され、液晶６が画素毎に駆動されて液晶パネルＰはＲ色用の白黒画像を表示する。なお、かかる白黒画像の表示は、ｔ₂ 経過後も維持される。
【００３９】
そして、所定のタイミングｔ₃ で制御回路２７によってＲ色蛍光管が点灯され（図５(d) 参照）、上記白黒画像はＲ色画像として認識される。本実施例では、時間開口率を３０％とした。
【００４０】
ところで、ｔ₂ のタイミングで一括書き込みＴＦＴ５は再びオフとされ、信号ドライバ２５から各データ電極２３にはＧ色用のデータ信号が印加され、かつ、走査ドライバ２６からシリアル書込みＴＦＴ用ゲート電極２１にはゲートパルスが線順次で印加されてシリアル書込みＴＦＴ７が順にオンされ（図５(c) 参照）、各キャパシタ４にはＧ色用のデータ電圧が充電されていく。
【００４１】
そして、このＧ色用のデータ電圧の充電が完了した時点ｔ₄ で、再び全ての一括書き込みＴＦＴ５がオンされ、液晶パネルＰはＧ色用の白黒画像を表示する。
【００４２】
以上のように、本実施例では、液晶パネルＰによる白黒画像の書き換えと各色光の照射とを上述のように行うことにより、各色画像を短時間で順次表示し、観察者に残像現象を利用してフルカラー画像が表示されているように認識させるものである。
【００４３】
次に、本実施例の効果について説明する。
【００４４】
本実施例によれば、画像の書き換えを線順次ではなく全画面について一括して行うようにしたため、書き込み時間を短縮でき、バックライト装置Ｂによる照明時間を長くして画像を明るくすることができた。
【００４５】
また、バックライト装置Ｂは常に点灯しているのではなく消費電力を低減できた。
【００４６】
さらに、時間開口率を３０％としたため、動画像の画質を向上できた。実際に、動画像（ＢＴＡのハイビジョン標準画像を６．８ｄｅｇ／ｓｅｃの動き速度で移動させた動画像）を表示させたところ、画面の周辺ボケは全く観察されず、キレの良い良好な画質であることを確認した。なお、６．８ｄｅｇ／ｓｅｃの動き速度は、テレビ番組の一般的な動き速度である。
【００４７】
（比較例）
本発明者は、実施例１と同様の液晶パネルＰを用いて動画像を表示させ、時間開口率を種々変化させて画質や輝度を調べたところ、図６に示すようになった。なお、図中の縦軸は動画像の画質の５段階評価（１０名が５段階評価をした平均値）を示すものであり、具体的には、
尺度５；画面の周辺ボケが全く観察されず、キレの良い状態
尺度４；画面の周辺ボケがほとんど気にならない状態
尺度３；画面の周辺ボケが観察され、細かい文字は判別し難い状態
尺度２；画面の周辺ボケが顕著となり、大きな文字も判別し難い状態
尺度１；画面の周辺ボケが全く観察されず、原画像がほとんど判別できない状態
を示す。
【００４８】
時間開口率が１０％の場合には、動画像の画質は良好となるものの画面が暗くなった。また、時間開口率が８０％以上の場合には、画面は明るくなるものの画質は悪かった。つまり、動画像の画質及び画面の明るさの両方を得るには、時間開口率が３０〜７０％にしなければならないことが分かった。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、画像の書き換えを線順次ではなく全画面について一括して行うため、書き込み時間を短縮でき、照明手段による照明時間を長くして画像を明るくすることができる。
【００５０】
また、照明手段は、常に点灯しているのではないため消費電力を低減できるとともに寿命を長くすることができる。
【００５１】
さらに、前記照明手段による照明は３０〜７０％の時間開口率で行うため、動画像の画質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される液晶装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】液晶パネルの構造の一例を示す断面図。
【図３】液晶パネルの構造の一例を示す平面図。
【図４】本発明に係る液晶装置の駆動方法の一実施の形態を示すタイミングチャート図。
【図５】本発明に係る液晶装置の駆動方法の一実施の形態を示すタイミングチャート図。
【図６】本発明に係る液晶装置の駆動方法の効果を説明するための図。
【図７】従来の液晶装置の駆動方法の一例を示すタイミングチャート図。
【図８】従来の液晶装置の駆動方法の他の例を示すタイミングチャート図。
【符号の説明】
１液晶装置
２対向電極（第１電極）
３画素電極（第２電極）
４キャパシタ（電圧保持手段）
５一括書き込みＴＦＴ（スイッチング素子）
６液晶
Ｂバックライト装置（照明手段）
Ｐ液晶パネル（液晶素子）

Claims

マトリクス状に配置されて複数の画素を構成する画素電極と、前記画素電極に接続されて画像データに応じた電圧を保持する電圧保持手段と、該電圧保持手段と前記画素電極との間に配置された第１のスイッチング素子と、前記電圧保持手段とデータ電極に接続された第２のスイッチング素子と、ゲート電極及び前記データ電極に各々接続された走査ドライバ及び信号ドライバと、前記画素電極及び対向電極の間に配置された液晶とからなる液晶素子と、該液晶素子を照明する照明手段と、を備えた液晶装置において、
前記走査ドライバは、前記第１のスイッチング素子をオフ状態として、前記第２のスイッチング素子にゲートパルスを線順次に印加し、線順次走査が終了した後、１フレームまたは１フィールド毎に前記第１のスイッチング素子に一括書き込み信号を印加し、
前記信号ドライバは前記ゲートパルスに同期して、前記データ電極に映像信号を印加するものであって、
さらに前記走査ドライバ、前記信号ドライバ及び前記照明手段に接続され、これらを連携動作させると共に、前記１フレームまた１フィールドの間に、１フレームまたは１フィールドの期間全体を１００％としたときの照明時間である時間開口率が３０〜７０％となるように前記照明手段を制御する制御回路と、
前記時間開口率を、３０〜７０％の範囲内で表示画像に応じて調整する調整手段と、
を有することを特徴とする液晶装置。
対向するようにマトリクス状に配置されて複数の画素を構成する第１電極及び第２電極、前記第２電極に接続されて任意の電圧を保持する電圧保持手段、該電圧保持手段と前記第２電極との間に介装されたスイッチング素子、及び前記第１電極及び前記第２電極の間に配置された液晶からなる液晶素子と、該液晶素子に対向するように配置されて該液晶素子を照明する照明手段と、を備えた液晶装置、を駆動する液晶装置の駆動方法において、
前記スイッチング素子がオフの状態で前記電圧保持手段に任意の電圧を順に印加し、
該電圧の印加が終了した時点で前記スイッチング素子を一括してオンにして前記電圧保持手段のそれぞれに保持されていた該電圧を前記第２電極にそれぞれ印加して、前記第１電極と前記第２電極との電位差によって前記液晶を画素毎に駆動して前記液晶素子に一の画像を表示させ、
該一の画像を表示している間に、１フレームまたは１フィールドの期間全体を１００％としたときの照明時間である時間開口率が３０〜７０％で前記照明手段による照明を行うと共に、前記スイッチング素子をオフにした状態で前記電圧保持手段に次の画像データについての電圧を順に印加し、且つ前記時間開口率は、３０〜７０％の範囲内で表示画像に応じて調整されてなる、
ことを特徴とする液晶装置の駆動方法。
対向するようにマトリクス状に配置されて複数の画素を構成する第１電極及び第２電極、前記第２電極に接続されて任意の電圧を保持する電圧保持手段、該電圧保持手段と前記第２電極との間に介装されたスイッチング素子、カラーフィルター及び前記第１電極及び前記第２電極の間に配置された液晶からなるカラー画像を表示する液晶素子と、該液晶素子に対向するように配置されて白色光を照射して該液晶素子を照明する照明手段と、を備えた液晶装置、を駆動する液晶装置の駆動方法において、
前記スイッチング素子がオフの状態で前記電圧保持手段に任意の電圧を順に印加し、
該電圧の印加が終了した時点で前記スイッチング素子を一括してオンにして前記電圧保持手段のそれぞれに保持されていた該電圧を前記第２電極にそれぞれ印加して、前記第１電極と前記第２電極との電位差によって前記液晶を画素毎に駆動して前記液晶素子に一の画像を表示させ、
該一の画像を表示している間に、１フレームまたは１フィールドの期間全体を１００％としたときの照明時間である時間開口率が３０〜７０％で前記照明手段による照明を行うと共に、前記スイッチング素子をオフにした状態で前記電圧保持手段に次の画像データについての電圧を順に印加し、且つ前記時間開口率は、３０〜７０％の範囲内で表示画像に応じて調整されてなる、
ことを特徴とする液晶装置の駆動方法。
前記液晶素子に白黒画像を順次表示させると共に、該白黒画像の表示に同期して前記照明手段に各色光を順次照射させる、
ことを特徴とする請求項３記載の液晶装置の駆動方法。