JP4579899B2 - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に係り、特に、液晶応答速度を向上させ、正確な画像表現による高品位画質を実現できる液晶表示装置及びその駆動方法に関する。

一般に、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モード液晶表示装置は、ＴＮモード液晶表示装置の最大の欠点とされる狭い視野角の問題を解決するために開発された、広視野角を有する液晶表示装置である。かかるＩＰＳモード（以下、「横電界方式」という）液晶表示装置では、共通電極及び画素電極が同一基板上に共に形成され、これらの電極間で発生する水平電界によって液晶が駆動されることから、ＴＮモードの液晶表示装置に比べてより大きい視野角を有するようになる。

図１は、従来の横電界方式液晶表示装置を示す図である。図１を参照すると、基板１０上の所定領域に複数の液晶画素を構成し、画像が表示される領域であるアクティブ領域（Active area：以下、「表示領域Ａ／Ａ」という）を形成し、表示領域Ａ／Ａに画像データを出力する複数のデータドライバ３０、及び複数の液晶画素へのデータ入力を制御するためのスキャン信号（Scan signal）を出力する複数のゲートドライバ４０が、ＩＣ（integrated circuit）チップの形態にＴＣＰ（tape carrier package）２０に実装され、基板１０に接続されている。ＴＣＰ２０には、複数の導電ラインが構成されており、各ドライバ３０，４０と表示領域Ａ／Ａとの電気回路的な接続を可能にする。

ここで、通常、データドライバ３０は基板１０の上段に位置し、ゲートドライバ４０は基板１０の側段に位置するように構成される。図面において拡大して示されている画素構造のように、縦方向にデータラインＤｍ−１，Ｄｍ、Ｄｍ＋１が形成され、データラインと交差して横方向にゲートラインＧｎが形成される。

また、当該データに相応するカラーを表示するための液晶画素は、ゲートラインＧｎと平行に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の順番に水平配列される。

このように液晶画素がゲートラインＧｎの形成方向と水平に配列されることから、それぞれの液晶画素内に形成される画素電極ＰＥと共通電極ＣＥは、横電界を形成すべく、データラインＤｍ−１、Ｄｍ、Ｄｍ＋１の形成方向と平行または４５°以内の方向に形成され、このような画素電極ＰＥと共通電極ＣＥ形成構造から、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥに電界を印加しなかった時にブラック（黒）に表示されるノーマリーブラック（normally black）モードを表示すべく、矢印で表すように（必要によっては矢印反対方向に）データライン形成方向にラビングを行い液晶を配向する。

図２は、上記のような構成と特徴を有する従来の横電界方式液晶表示装置の液晶画素内の液晶分子の動きを説明するための状態図であり、（ａ）は、電界非形成時の液晶分子の配列状態を示し、（ｂ）は、電界形成時の液晶分子の配列状態を示す。

一般に、液晶画素の液晶分子ＬＣは、図２（ａ）のように、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥに電界を印加しなかった時（すなわち、ＰＥ＝ＣＥ＝０Ｖ）、初期配向方向に配列された状態を維持する。

この初期状態において画素電極ＰＥと共通電極ＣＥ間にそれぞれ電圧（例えば、ＰＥ＝７Ｖ、ＣＥ＝０Ｖ）を印加して電界が形成されると、図２の（ｂ）のように、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥが形成する電界方向に液晶分子ＬＣが回転し、印加された電界の大きさに比例して光透過率を変化させるようになる。このような液晶分子ＬＣの配向変更をライジング（rising）という。

その後、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥ間に形成された電界が消えると、再び図２の（ａ）のような初期状態に液晶分子ＬＣが再配列される。このような液晶分子の配向復帰をフォーリング（falling）という。

もちろん上記のような液晶分子ＬＣの起動（rising及びfalling）は、ＩＰＳモード液晶表示装置の他、いずれの液晶表示装置に共通する特性である。

この場合、液晶分子ＬＣは、電界形成によるライジング（rising）起動時には、印加された電界の大きさに比べて速く回転するが、電界が消えた後のフォーリング（falling）起動時には、液晶分子ＬＣの動きがライジング（rising）起動に比べて非常に遅く現れる。これは、ライジング（rising）起動時には、液晶分子ＬＣが電界によって速く回転するが、フォーリング（falling）起動時には、液晶及び配向膜の物性（例えば、弾性係数、回転粘度、配向力等）のみに依存して液晶分子が起動するためである。

このように液晶分子ＬＣの遅いフォーリング（falling）起動は、次のフレームを表示する際に不正確な液晶分子配列を招き、結局として表示しようとする映像を明確に表示できず、画像の品質を低下させる原因となる。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、液晶応答速度を向上させ、正確な画像表現による高品位画質を実現できる液晶表示装置及びその駆動方法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明に係る横電界方式液晶表示装置の一つは、液晶層を介在して互いに対向配置された第１基板及び第２基板と、前記第１基板において互いに直交する第１データライン及びゲートラインによって形成される画素領域と、前記画素領域内の第１データラインと接続された画素電極と、前記画素領域内に前記第１データラインと平行に形成される第２データラインと、前記第２データラインに接続されたリセット電極と、前記第２基板に形成された共通電極と、を備える構成とした。

本発明に係る横電界方式液晶表示装置の駆動方法は、液晶層を介在して互いに対向配置された第１基板及び第２基板、前記第１基板に形成された画素電極及びリセット電極、及び前記第２基板に形成された共通電極を備えた横電界方式液晶表示装置の駆動方法であって、第１時間、前記画素電極に第１電圧を印加し、前記共通電極及びリセット電極に第２電圧を印加する段階と、第２時間、前記画素電極及び前記リセット電極に前記第１電圧を印加し、前記共通電極に第２電圧を印加する段階と、を備える構成とした。

前記第２電圧は０Ｖであり、前記第１電圧は前記第２電圧よりも高い電圧である。

前記第１時間、前記第１電圧が印加される画素電極と、前記第２電圧が印加されるリセット電極との間に水平電界が形成され、前記第２時間、前記第１電圧が印加される画素電極及びリセット電極と、前記第２電圧が印加される共通電極との間に垂直電界が形成される。

本発明に係る液晶表示装置及びその駆動方法によれば、リセット電極を備え、このリセット電極にリセット電圧を印加し、データ信号による液晶応答後に、次のデータ信号の入力のための液晶のフォーリング（falling）起動が速かに行われるようにしたため、液晶表示パネルの正確な映像表現が可能になる。

以下、添付の図面を参照しつつ本発明について詳細に説明する。

図３は、本発明による横電界方式液晶表示装置の画素構成を示す平面図で、液晶表示装置に構成される電極の構成形態のみを平面図示した。

本発明は、横電界方式液晶表示装置において、画素電極と共通電極による電界の形成及び非形成時に液晶分子の起動を速かに誘導することにその目的があり、この目的を達成するために、既存の画素電極ＰＥと共通電極ＣＥの他に、リセット電極Ｒｅをさらに形成し、各電極の電圧印加時期を別にして横電界方式の液晶表示装置に垂直電界を形成する。

図示のように、画素電極ＰＥは第１基板に形成され、共通電極ＣＥは、画素電極の形成された第１基板と液晶層（図示せず）を介在して対向配置された第２基板の全面に形成される。

リセット電極Ｒｅは、画素電極ＰＥと同一基板に形成され、共通電極ＣＥとは対向配置され、画素電極ＰＥとは所定距離隔たって形成される。該リセット電極Ｒｅは、各画素別に形成しても良く、数個の画素をまとめたブロック別に形成しても良い。

上記のように構成されるリセット電極Ｒｅは、水平電界が形成される横電界方式液晶表示装置に垂直電界が印加されるようにして液晶分子の起動を迅速に誘導する役割を担う。画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ及びリセット電極Ｒｅが示されている図３には電極配置構造のみ示されているが、通常の横電界方式液晶表示装置に適用可能である。

以下、図３の電極配置構造を通常の横電界方式液晶表示装置に適用した好適な一実施例について説明する。

図４は、本発明による横電界方式液晶表示装置を示す平面図で、液晶画素は回路的等価表現とした。

図４に示すように、画像が表示される表示領域Ａ／Ａと、画像が表示されない非表示領域（図示せず）とに区分される第１基板１００に、第１及び第２データラインＤｎ，Ｄｎ’とゲートラインＧｎが形成される。

図４に示す基板と液晶層（図示せず）を介在して対向配置されたもう一つの基板の全面には、共通電極（ＣＥ、図示せず）が形成される。

互いに直交するように配置された第１データラインＤ１，Ｄ２，・・・，ＤｎとゲートラインＧ１，Ｇ２，・・・，Ｇｎによって画素領域Ｐが定義され、画素領域Ｐの一側には、第１データラインＤｎとソース電極が連結された第１薄膜トランジスタＴ１が形成され、第１薄膜トランジスタＴ１のドレイン電極と画素電極ＰＥが連結される。

なお、画素領域内に、第１データラインＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎと平行に配置される第２データラインＤ１'，Ｄ２’，・・・，Ｄｎ’が備えられ、当該画素領域の第１薄膜トランジスタＴ１が形成された他側には、第２データラインＤｎ’とソース電極が連結された第２薄膜トランジスタＴ２が形成され、この第２薄膜トランジスタＴ２のドレイン電極とリセット電極Ｒｅが連結される。

したがって、リセット電極Ｒｅには、第１データラインＤ１，Ｄ２，・・・，Ｄｎのデータ電圧が画素電極に印加された後、第２データラインＤ１’，Ｄ２’，・・・，Ｄｎ’と連結された所定のタイミングの間、リセット電圧が印加される。

このようなリセット電極Ｒｅの構成を通じて画素電極／リセット電極及び共通電極間に垂直電界を形成し、液晶分子の復帰（falling）速度を加速させる駆動方法を、図４及び図５の信号タイミング図、図６Ａ、図７Ａ及び図８Ａの液晶分子状態図、図６Ｂ、図７Ｂ及び図８Ｂの電界分布図、並びに既存の横電界方式液晶表示装置の液晶分子のフォーリング起動時Ｆの透過率と本発明の横電界方式液晶表示装置の液晶分子フォーリング起動時Ｆ’の透過率を示すグラフである図９を参照して詳細に説明する。

図５の信号タイミングは、任意のカラーを表示できる所定のデータ信号を任意の画素に順番に入力する時、各電極に印加される電圧の印加タイミングを例示する。図６Ａ、図７Ａ及び図８Ａは、液晶表示装置でのデータ信号未入力時、データ信号入力時、リセット駆動時の液晶分子の状態を例示する。そして図６Ｂ、図７Ｂ及び図８Ｂは、上記各段階での電界分布を示すものである。

具体的には、ｎ番目のフレームで前述した図３の電極構成を持つ表示領域Ａ／Ａ内の画素Ｐにデータ電圧が印加されなかった状態における液晶分子の状態を、図６Ａに示している。

以降、当該画素Ｐに任意のカラーを表示できる所定のデータ電圧を印加する。例えば、ホワイトカラー表示のためのホワイトデータ電圧（例えば、７Ｖ）を第１データ信号とし、これを、ゲートラインＧ１に入力されるゲート信号に同期して第１データラインＤ１を介して画素電極ＰＥに印加し、共通電極ＣＥに共通電圧（例えば、０Ｖ）を印加する。こうすると、画素電極ＰＥと共通電極ＣＥ間の水平電界が形成され、液晶分子は最初配列状態である図６Ａから図７Ａに示す状態に回転し、ホワイトカラーを表示するようになる。

続いて、リセット区間となるが、これは、図７Ａの状態にある液晶分子を元状態に近い図８Ａの状態に迅速に復帰させるための駆動が行われる区間で、この区間で画素電極ＰＥと共通電極ＣＥ間の垂直電界が形成される。すなわち、第１データ信号が入力された画素Ｐの画素電極ＰＥと共通電極ＣＥに、同一フレーム区間、別のゲート信号を印加し、別のゲート信号に同期して第２データラインＤ１’を介してリセット電極Ｒｅにリセット電圧（例えば、７Ｖ）を印加する。このとき、共通電極ＣＥには０Ｖが持続して印加され、画素電極ＰＥには７Ｖが持続して印加される。したがって、共通電極ＣＥとリセット電極Ｒｅ間に垂直電界、及び共通電極ＣＥとリセット電極Ｒｅ間に垂直電界がそれぞれ形成される。

したがって、当該画素電極ＰＥと同じリセット電圧が印加されたリセット電極Ｒｅによって共通電極ＣＥと画素電極ＰＥまたはリセット電極Ｒｅ間に垂直電界がそれぞれ形成されて液晶分子の初期配向への復帰力を向上させ、図８Ａの状態に速く復帰するようになる。

図９は、既存の横電界方式液晶表示装置の液晶分子のフォーリング起動時Ｆの透過率と、本発明の横電界方式液晶表示装置の液晶分子のフォーリング起動時Ｆ’の透過率を示すグラフである。同図からも、垂直電界を形成できる本発明による横電界方式液晶表示装置の液晶分子のフォーリング起動時の速度が、従来の液晶表示装置のそれよりも迅速であることがわかる。

上述の如く、画素電極ＰＥとリセット電極Ｒｅに異なる電圧を印加して水平電界が形成されるようにし、リセット区間では、画素電極ＰＥとリセット電極Ｒｅには同じ電圧が印加され、これらの電極と異なる電圧が印加された共通電極によって垂直電界が形成されるようにすることによって、液晶分子の起動が迅速となるように誘導する。

従来の横電界方式液晶表示装置を示す図である。 従来の横電界方式液晶表示装置の液晶画素内の液晶分子の動きを説明するための液晶分子状態図である。 本発明による横電界方式液晶表示装置の構成を示す平面図である。 本発明による横電界方式液晶表示装置を示す平面図である。 本発明による横電界方式液晶表示装置の駆動を説明するための信号タイミング図である。 本発明による横電界方式液晶表示装置の駆動による液晶分子の起動状態を示す液晶分子状態図である。 当該横電界方式液晶表示装置によって生じる電界分布図である。 本発明による横電界方式液晶表示装置の駆動による液晶分子の起動状態を示す液晶分子状態図である。 当該横電界方式液晶表示装置によって生じる電界分布図である。 本発明による横電界方式液晶表示装置の駆動による液晶分子の起動状態を示す液晶分子状態図である。 当該横電界方式液晶表示装置によって生じる電界分布図である。 既存の横電界方式液晶表示装置の液晶分子のフォーリング起動時Ｆの透過率と、本発明の横電界方式液晶表示装置の液晶分子のフォーリング起動時Ｆ’の透過率を示すグラフである。

Claims (2)

1. 液晶層を介在して互いに対向配置された第１基板及び第２基板、前記第１基板に形成された画素電極及びリセット電極、並びに前記第２基板に形成された共通電極を備えた横電界方式液晶表示装置の駆動方法であって、
   第１時間の間に、前記画素電極には第１電圧を印加し、前記共通電極及びリセット電極には第２電圧を印加する段階を含み、前記画素電極及び前記リセット電極は、前記基板に関して水平電界を生成して画像を表示し、さらに、
   第２時間の間に、前記リセット電極には前記第１電圧を印加し、前記共通電極には第２電圧を印加する段階を含み、前記共通電極並びに前記画素電極及び前記リセット電極は、前記基板に関して垂直電界を生成して液晶分子を復帰させる、液晶表示装置の駆動方法。
2. 前記第２電圧は０Ｖであり、前記第１電圧は前記第２電圧よりも高い電圧であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置の駆動方法。