JP2010151994A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示素子の開口率を低下させること無く、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】電圧の印加により液晶分子の配向状態を変化させて光の透過を制御する複数の画素が行及び列方向に配列させて形成された液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１の複数の画素を順次選択して１つの画像を表示する１表示期間毎に、映像信号の階調データに基づいて、互いに異なる輝度で表示させるための第１と第２のデータ信号を生成し、前記表示期間を予め定めた割合で分割した２つの分割期間の一方に、前記複数の画素それぞれに前記第１と第２のデータ信号の一方に対応した電圧を印加し、他方の分割期間に、前記複数の画素それぞれに前記第１の第２のデータ信号の他方に対応した電圧を印加する駆動手段２２とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶表示装置に関する。

液晶表示装置として、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うために、液晶表示素子の複数の画素をそれぞれ２分割し、前記複数の画素毎に、その２つの分割画素の一方に、映像信号の階調値に基づいて設定した第１の電圧を印加し、他方の分割画素に、前記映像信号の階調値に基づいて前記第１の電圧とは異なる値に設定した第２の電圧を印加するようにしたものがある（特許文献１参照）。
特開平７−７２５０９号公報

しかし、液晶表示素子の複数の画素をそれぞれ２分割した従来の液晶表示装置は、前記液晶表示素子の開口率が低く、表示が暗くなってしまうという問題をもっている。

この発明は、液晶表示素子の開口率を低下させること無く、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明の請求項１に記載の液晶表示装置は、
電圧の印加により液晶分子の配向状態を変化させて光の透過を制御する複数の画素が行及び列方向に配列させて形成された液晶表示素子と、
外部から供給される映像信号の階調データに基づいて、互いに異なる輝度で表示させるための第１と第２のデータ信号を生成し、前記液晶表示素子の複数の画素それぞれに、前記第１と第２のデータ信号の一方に対応した電圧と、他方に対応した電圧とを交互に印加する駆動手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の液晶表示装置において、前記駆動手段は、前記液晶表示素子の複数の画素を順次選択して１つの画像を表示する１表示期間毎に、前記１表示期間を予め定めた割合で分割した２つの分割期間の一方の分割期間に、前記複数の画素それぞれに前記第１と第２のデータ信号の一方に対応した電圧を印加し、他方の分割期間に、前記複数の画素それぞれに前記第１と第２のデータ信号の他方に対応した電圧を印加することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の液晶表示装置において、前記駆動手段は、映像信号の階調データに対応した輝度に対して、予め定めた比率で高くした輝度に対応する第１のデータ信号と、前記映像信号の階調データに対応した輝度に対して、予め定めた比率で低くした輝度に対応する第２のデータ信号とを生成し、これらのデータ信号にそれぞれ対応した第１と第２の電圧を、前記複数の画素それぞれに順に印加することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、前記請求項１に記載の液晶表示装置において、前記駆動手段は、前記液晶表示素子の法線方向の正面輝度に対して、前記法線から傾いた方向の輝度の変化が予め定めた値の変化率で各画素の透過率を制御する第１のデータ信号と、前記第１のデータ信号による表示に比べて、前記正面輝度に対する前記法線から傾いた方向の輝度の変化率が小さい広視野角で各画素の透過率を制御する第２のデータ信号とを生成し、これらのデータ信号にそれぞれ対応した第１と第２の電圧を、前記液晶表示素子の複数の画素それぞれに順に印加することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記駆動手段は、１表示期間を実質的に２等分し、前記液晶表示素子の複数の画素それぞれに、第１の電圧と第２の電圧とを実質的に同じ時間ずつ印加することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置において、前記駆動手段は、１表示期間を期間の長さが異なる２つの期間に分割し、前記液晶表示素子の複数の画素それぞれに、第１の電圧と第２の電圧とを互いに長さが異なる期間ずつ印加することを特徴とする。

この発明の液晶表示装置によれば、液晶表示素子の開口率を低下させること無く、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる。

図１はこの発明の一実施例を示す液晶表示装置の構成図であり、この液晶表示装置は、電圧の印加により液晶分子の配向状態を変化させて光の透過を制御する複数の画素２１（図２参照）が行及び列方向に配列させて形成された液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１の駆動手段２２とを備えている。

図２は前記液晶表示素子１の一部分の断面図、図３は前記液晶表示素子１の一方の基板の一部分の平面図である。

この液晶表示素子１は、予め定めた間隙を設けて対向配置され、周縁部において図示しない枠状のシール材を介して互いに接合された観察側（図２において上側）とその反対側の一対の透明基板２，３と、これらの基板２，３の互いに向き合う内面それぞれに設けられ、互いに対向する領域によって前記複数の画素２１を形成する透明電極１３，４と、前記一対の基板２，３間の間隙の前記シール材で囲まれた領域に封入された液晶層１７と、前記一対の基板２，３を挟んで配置された観察側とその反対側の一対の偏光板１９，２０とからなっている。

なお、この液晶表示素子１は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）５をアクティブ素子としたアクティブマトリックス液晶表示素子であり、一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板（以下、後側基板という）３の内面に、行及び列方向に配列させて設けられた複数の画素電極４と、前記複数の画素電極４にそれぞれ対応させて配置され、対応する画素電極４と接続された複数のＴＦＴ５と、各行のＴＦＴ５にゲート信号を供給するための複数の走査線１１と、各列のＴＦＴ５にデータ信号を供給するための複数のデータ線１２とが設けられ、他方の基板、つまり観察側基板２の内面に、前記複数の画素電極４と対向する一枚膜状の対向電極１３が設けられている。

なお、前記ＴＦＴ５は、後基板３の内面上に形成されたゲート電極６と、前記後基板３の内面上の略全域に前記ゲート電極６を覆って設けられた透明なゲート絶縁膜７と、前記ゲート絶縁膜７の上に前記ゲート電極６と対向させて形成されたｉ型半導体膜８と、前記ｉ型半導体膜８のチャンネル領域を挟む両側部の上に図示しないｎ型半導体膜を介して形成されたドレイン電極９及びソース電極１０とからなっている。

また、前記複数の走査線１１は、前記後基板３の内面上に、各行の画素電極４の一側に沿わせて形成され、各行のＴＦＴ５のゲート電極６に接続されており、前記複数のデータ線１２は、前記ゲート絶縁膜７の上に、各列の画素電極４の一側に沿わせて形成され、各列のＴＦＴ５のドレイン電極９に接続されている。

そして、前記複数の画素電極４は、前記ゲート絶縁膜７の上に形成されており、これらの画素電極４の一端部に、その画素電極４と対応するＴＦＴ５のソース電極１０が接続されている。

一方、前記観察側基板２の内面には、前記複数の画素電極４と対向電極１３とが互いに対向する領域からなる複数の画素２１にそれぞれ対応させて、赤、緑、青の３色のカラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂが設けられており、前記対向電極１３は、前記カラーフィルタ１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂの上に形成されている。

また、前記液晶表示素子１は、前記一対の基板２，３の内面それぞれに前記電極１３，４を覆って垂直配向膜１５，１６を形成し、前記一対の基板２，３の間の間隙に、誘電異方性が負のネマティック液晶からなる液晶層１７を封入した垂直型液晶表示素子であり、前記液晶層１７の液晶分子１８は、その分子長軸を、前記一対の基板２，３面に対して実質的に垂直な方向に向けて配向しており、前記複数の画素２１毎に、前記電極４，１３間への電圧の印加によって、前記画素２１の周縁部から中心部に向かって倒れ込むように倒伏配向する。

次に、前記液晶表示素子１の駆動手段２２について説明すると、この駆動手段２２は、図１のように、前記液晶表示素子１の複数の走査線１１に各画素行毎に順次前記ＴＦＴ５をオンさせるためのゲート信号を供給する走査駆動回路２３と、前記液晶表示素子１の複数のデータ線１２にデータ信号を供給するデータ駆動回路２４と、映像信号の階調データに基づいて、互いに異なる輝度で表示させるための第１と第２のデータ信号を生成するデータ信号生成部２５と、前記ゲート信号に対応した電圧及び前記第１と第２のデータ信号に対応した値の電圧を発生する電源部２６と、前記走査駆動回路２３及びデータ駆動回路２４を制御する制御部２７とからなっている。

前記映像信号は、表示する画像に対応した同期信号と、複数の画素２１それぞれ対応した表示輝度を定義する階調データ（赤、緑、青の３色の階調データ）とを含む信号であり、図示しない外部回路から前記制御部２７に入力される。

前記制御部２７は、前記映像信号に基づいて複数の制御信号を生成して前記走査駆動回路２３とデータ信号生成部２５とに供給し、前記階調データを前記データ信号生成部２５に供給し、前記走査駆動回路２３とデータ信号生成部２５とを制御する。

前記データ信号生成部２５は、前記制御部２７から入力された階調データに基づいて、予め設定された演算式に従った演算により、前記階調データに対応した輝度に対して予め定めた比率で高くした輝度に対応する第１の階調と、前記映像信号の階調データに対応した輝度を予め定めた比率で低くした輝度に対応する第２の階調とを算出し、前記第１の階調を表わすデータ信号と、前記第２の階調を表わす第２のデータ信号とを生成して、これらのデータ信号と、前記同期信号とをデータ駆動回路２４に供給する。

そして、前記走査駆動回路２３は、前記電源部２６により発生された電圧値のゲート信号を、前記制御部２７からの制御信号に応じて前記液晶表示素子１の複数の走査線１１に順次供給する。この実施例では、液晶表示素子１の複数の画素を順次選択して１つの画像を表示する1表示期間Ｔを２つの期間に分割し、それらの分割期間ごとにゲート信号を前記複数の走査線に供給し、各行の前記ＴＦＴ５を順次オンさせる。

一方、前記データ駆動回路２４は、前記１表示期間Ｔが分割されたそれぞれの分割期間毎に、前記ゲート信号に同期させて、前記第１と第２のデータ信号を、交互に前記液晶表示素子１の複数のデータ線１２に供給する。。

すなわち、前記駆動手段２２は、外部回路から供給された映像信号の階調データに基づいて、互いに異なる輝度で表示させるための第１と第２のデータ信号を生成し、前記液晶表示素子１の複数の画素を順次選択して１つの画像を表示する１表示期間毎に、前記１表示期間を予め定めた割合で分割した２つの分割期間の一方の分割期間に前記複数の画素２１の電極４，１３間それぞれに前記第１と第２のデータ信号の一方に対応した電圧を印加し、他方の分割期間に、前記複数の画素２１の電極４，１３間それぞれに、前記第１と第２のデータ信号の他方に対応した電圧を印加する。

この実施例において、前記データ信号生成部２５から前記データ駆動回路２４に供給される第１と第２のデータ信号のうちの第１のデータ信号は、前記制御部２７から前記データ信号生成部２５に入力された階調データに対応した輝度を予め定めた比率で高くした輝度に対応する信号であり、また、第２のデータ信号は、前記映像信号の階調データに対応した輝度を予め定めた比率で低くした輝度に対応する信号である。

したがって、前記駆動手段２２は、前記映像信号の階調データに対応した輝度を予め定めた比率で高くした輝度に対応する第１のデータ信号と、前記映像信号の階調データに対応した輝度を予め定めた比率で低くした輝度に対応する第２のデータ信号とを生成し、これらのデータ信号にそれぞれ対応した第１と第２の電圧を、前記複数の画素２１にそれぞれ順に印加する。

すなわち、前記駆動手段２２は、液晶表示素子１の法線方向の正面輝度に対して、前記法線から傾いた方向の輝度の変化が予め定めた値の変化率が書く画素の透過率を制御する第１のデータ信号と、前記第１のデータ信号による表示に比べて、前記正面輝度に対する前記法線から傾いた方向の輝度の変化率が小さい広視野角で各画素の透過率を制御する第２のデータ信号とを生成し、これらのデータ信号にそれぞれ対応した第１と第２の電圧を、前記液晶表示素子１の複数の画素２１にそれぞれ順に印加する。

図４は、前記液晶表示素子１の複数の画素２１を順次選択して１つの画像を表示する１表示期間Ｔにおける輝度の変化を示しており、図において、ｔ１，ｔ２は前記１表示期間Ｔを２分割した２つの分割期間である。

なお、前記液晶表示素子１の駆動周期は例えば６０Ｈｚであり、１表示期間Ｔはそれぞれ１６．７ｍsecである。そして、この実施例では、各表示期間Ｔをそれぞれ実質的に２等分し、複数の画素２１にそれぞれ第１の電圧と第２の電圧とを実質的に同じ時間ずつ印加するようにしている。

また、この実施例では、前記表示期間Ｔを実質的に２等分した２つの分割期間ｔ１，ｔ２のうちの前の分割期間ｔ１に、前記階調データに対応した輝度を予め定めた比率で高くした輝度に対応する第１のデータ信号に対応した第１の電圧を前記画素２１に印加し、後の分割期間ｔ２に、前記映像信号の階調データに対応した輝度を予め定めた比率で低くした輝度に対応する第１のデータ信号に対応した第１の電圧を前記画素２１に印加している。

そのため、複数の画素２１の輝度が、前記２つの分割期間ｔ１，ｔ２のうちの前の分割期間ｔ１に、前記階調データに対応した電圧をそのまま印加したときの輝度（以下、標準輝度という）Ｖ_０を予め定めた比率で高くした輝度Ｖ_１になり、後の分割期間ｔ２に、前記標準輝度Ｖ_０を予め定めた比率で低くした輝度Ｖ_２になる。

一方、前記液晶表示素子１の表示の視野角は、複数の画素２１に印加する各階調毎の電圧値に対応し、各階調毎の電圧値を高く設定したときは、正面方向（液晶表示素子１の法線付近の方向）の輝度を高くし、良好なコンラストの表示を観察できる視野角が狭い。また、各階調毎の電圧値を低く設定したときは、正面方向の輝度が低下するが、良好なコンラストの表示を観察できる視野角が広い。

この実施例の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶表示素子１を、前記駆動手段２２により、前記液晶表示素子１の複数の画素２１を行毎に選択し、表示期間Ｔ毎に、映像信号の階調データに基づいて、互いに異なる輝度で表示させるための第１と第２のデータ信号を生成し、前記表示期間Ｔを予め定めた割合で分割した２つの分割期間ｔ１，ｔ２の一方ｔ１に、前記複数の画素２１にそれぞれ前記第１と第２のデータ信号の一方に対応した電圧を印加し、他方の分割期間ｔ２に、前記複数の画素２１にそれぞれ前記第１の第２のデータ信号の他方に対応した電圧を印加することによって駆動するようにしているため、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる。

すなわち、図５は、前記液晶表示装置の視野角−コントラスト特性図であり、この液晶表示装置においては、表示期間Ｔを分割した２つの分割期間ｔ１，ｔ２の一方ｔ１に、各階調毎の電圧値を高く設定したときの視野角−コントラスト特性に対応した表示が得られ、他方の分割期間ｔ２、各階調毎の電圧値を低く設定したときの視野角−コントラスト特性に対応した表示が得られるため、見かけ上、これらの表示が重畳した、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる。

この実施例では、前記駆動手段２２を、前記液晶表示素子１の各行の表示期間Ｔを実質的に２等分し、前記複数の画素２１にそれぞれ第１の電圧と第２の電圧とを実質的に同じ時間ずつ印加するように構成しているため、前記前の分割期間ｔ１の表示と後の分割期間ｔ２の表示とが平均して見える表示を行うことができる。

そして、前記液晶表示装置は、液晶表示素子１の各行の複数の画素２１の全域によって前記２つの分割期間ｔ１，ｔ２の表示を行うため、前記液晶表示素子１の開口率を低下させること無く、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる。

なお、前記駆動手段２２は、前記液晶表示素子１の各行の表示期間Ｔを、その期間の長さが異なる２つの期間に分割し、前記複数の画素２１それぞれに、第１の電圧と第２の電圧とを互いに異なる時間ずつ印加するように構成してもよい。

図６はこの発明の他の実施例における前記液晶表示素子１の１つの画素２１の表示期間Ｔの輝度の変化を示しており、ここでは、前記液晶表示素子１の各行の表示期間Ｔを、２：１の割合で異なる長さをもった２つの期間ｔ１１、ｔ１２に分割し、この２つの分割期間ｔ１１，ｔ１２のうちの前の分割期間ｔ１１に、前記階調データに対応した輝度に対して予め定めた比率で高くした輝度に対応する第１のデータ信号に対応した第１の電圧を前記複数の画素２１に印加し、後の分割期間ｔ２に、前記映像信号の階調データに対応した輝度に対して予め定めた比率で低くした輝度に対応する第１のデータ信号に対応した第１の電圧を前記画素２１に印加したときの例を示している。

この実施例では、前記複数の画素２１の輝度が、前記２つの分割期間ｔ１１，ｔ１２のうちの前の分割期間ｔ１１に、前記階調データに対応した電圧をそのまま印加したときの標準輝度Ｖ_０を予め定めた比率で高くした輝度Ｖ_１になり、後の分割期間ｔ２に、前記標準輝度Ｖ_０を予め定めた比率で低くした輝度Ｖ_２になる。

そのため、この実施例によれば、前記前の分割期間ｔ１１の高輝度で視野角が狭い表示と、後の分割期間ｔ１２の低輝度で視野角が広い表示とが、そのうちの期間の長い表示（高輝度で視野角が狭い表示）が、期間の短い表示（低輝度で視野角が広い表示）よりも強く見える割合で重畳した、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる。

なお、前記２つの分割期間ｔ１１，ｔ１２の時間は、上記実施例と逆（ｔ１１＜ｔ１２）に設定してもよく、その場合は、低輝度で視野角が広い表示が、高輝度で視野角が狭い表示よりも強く見える割合で重畳した、コントラストが良好で、視野角が広い表示を行うことができる。

また、上記各実施例では、２つの分割期間ｔ１，ｔ２及びｔ１１，ｔ１２のうちの前の分割期間ｔ１，ｔ１１に、前記複数の画素２１それぞれに前記第１のデータ信号に対応した電圧を印加しているが、前記第１と第２のデータ信号は、上記実施例と逆の順で印加してもよい。

さらに、上記実施例の液晶表示装置は、垂直配向型の液晶表示素子１を備えたものであるが、液晶表示素子は、垂直配向型に限らず、液晶分子をツイスト配向させたＴＮ型またはＳＴＮ型、液晶分子を分子長軸を一方向に揃えて基板面と実質的に平行に配向させた非ツイストの水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれか、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示素子でもよい。

また、液晶表示素子は、一対の基板の内面にそれぞれ複数の画素を形成するための電極を設けたものに限らず、一対の基板のいずれか一方の内面に、複数の画素を形成するための第１の電極と、それよりも液晶層側に前記第１の電極と絶縁して形成された複数の細長電極部を有する第２の電極とを設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。

この発明の一実施例を示す液晶表示装置の構成図。 液晶表示素子の一部分の断面図。 前記液晶表示素子の一方の基板の一部分の平面図。 前記液晶表示素子における１表示期間の輝度の変化を示す図。 前記液晶表示装置の視野角−コントラスト特性図。 この発明の他の実施例における液晶表示素子における１表示期間の輝度の変化を示す図。

符号の説明

１…液晶表示素子、２，３…基板、４…画素電極、５…ＴＦＴ、１１…走査線、１２…データ線、１３…対向電極、１７…液晶層、１９，２０…偏光板、２２…駆動手段、２３…走査駆動回路、２４…データ駆動回路、２５…データ信号生成部、２６…電源部、２７制御部、Ｔ…１表示期間、ｔ１，ｔ２，ｔ１１，ｔ１２…分割期間。

Claims (6)

1. 電圧の印加により液晶分子の配向状態を変化させて光の透過を制御する複数の画素が行及び列方向に配列させて形成された液晶表示素子と、
   外部から供給される映像信号の階調データに基づいて、互いに異なる輝度で表示させるための第１と第２のデータ信号を生成し、前記液晶表示素子の複数の画素それぞれに、前記第１と第２のデータ信号の一方に対応した電圧と、他方に対応した電圧とを交互に印加する駆動手段と、
   を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 駆動手段は、液晶表示素子の複数の画素を順次選択して１つの画像を表示する１表示期間毎に、前記１表示期間を予め定めた割合で分割した２つの分割期間の一方の分割期間に、前記複数の画素それぞれに第１と第２のデータ信号の一方に対応した電圧を印加し、他方の分割期間に、前記複数の画素それぞれに前記第１と第２のデータ信号の他方に対応した電圧を印加することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 駆動手段は、映像信号の階調データに対応した輝度に対して、予め定めた比率で高くした輝度に対応する第１のデータ信号と、前記映像信号の階調データに対応した輝度に対して、予め定めた比率で低くした輝度に対応する第２のデータ信号とを生成し、これらのデータ信号にそれぞれ対応した第１と第２の電圧を、前記複数の画素それぞれに順に印加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. 駆動手段は、液晶表示素子の法線方向の正面輝度に対して、前記法線から傾いた方向の輝度の変化が予め定めた値の変化率で各画素の透過率を制御する第１のデータ信号と、前記第１のデータ信号による表示に比べて、前記正面輝度に対する前記法線から傾いた方向の輝度の変化率が小さい広視野角で各画素の透過率を制御する第２のデータ信号とを生成し、これらのデータ信号にそれぞれ対応した第１と第２の電圧を、前記液晶表示素子の複数の画素それぞれに順に印加することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 駆動手段は、１表示期間を実質的に２等分し、液晶表示素子の複数の画素それぞれに、第１の電圧と第２の電圧とを実質的に同じ時間ずつ印加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
6. 駆動手段は、１表示期間を期間の長さが異なる２つの期間に分割し、液晶表示素子の複数の画素それぞれに、第１の電圧と第２の電圧とを互いに長さが異なる期間ずつ印加することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。

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