JP4851782B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶テレビ、車載ナビゲーションシステム用モニタ、ＯＡ用液晶モニタ、モバイル用モニタ等に用いられる液晶表示装置に関する。

液晶表示装置に代表される平面表示装置は、コンピュータ、カーナビゲーションシステム、あるいはテレビ受信機等の表示装置として広く利用されている。

主に動画を表示するテレビ受信機用の液晶表示装置については、液晶分子が良好な応答性を示すＯＣＢモードの液晶表示パネルの導入が検討されている（例えば、特許文献１）。

このＯＣＢ型液晶表示パネルは基板間に液晶が挟持されており、この基板上には電圧印加手段として透明電極が形成されている。電源を入れる前の状態ではこの液晶の配向状態はスプレイ配向と呼ばれる状態をなしている。この機器の電源を入れる時などに、この電圧印加手段に比較的大きな電圧を短時間に印加して、液晶の配向をベンド配向状態に転移させる。このベンド配向状態を用いて表示を行うことがＯＣＢ型液晶表示パネルの特徴である。

また、ＯＣＢ型液晶表示パネルは、ＴＦＴトランジスタ等を有するアクティブマトリクス基板と組み合わせて使用される例が多く、高速応答が可能であり、１フレーム期間内に２回の書き込みをさせることも可能である。この特性を生かし、１フレーム内に表示信号とは別に黒表示期間を書き込む技術が開示されている（例えば、特許文献２、特許文献３）。

また、ＯＣＢ型液晶表示パネルでは、ベンド配向からスプレイ配向への逆転移を防止するため、例えば１フレームの画像を表示するフレーム期間の一部で大きな電圧をＯＣＢ液晶に印加する駆動方式がとられている。ノーマリホワイトの液晶表示パネルでは、この電圧が黒表示となる画素電圧に相当するため黒挿入駆動と呼ばれる。この黒挿入駆動は、スプレイ配向に戻る「逆転移」を防止することと高透過率が得られるという利点がある。
特開２００２−２０２４９１号公報 特開２００２−３１７９０号公報 特開２００２−１０７６９５号公報

しかしながら、黒挿入駆動は、高透過率が得られ、かつ逆転移が生じない駆動として利点があるが、低温（０℃以下）になると逆に透過率が低下するという問題があった。

この発明の目的は、高透過率で逆転移が生じない駆動を行うと共に低温での透過率の低下を防ぐことのできる液晶表示装置を提供することである。

本発明によれば、ＯＣＢ液晶で構成される液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの温度を検知する温度センサと、前記液晶表示パネルの液晶印加電圧を制御するコントローラとを備えた液晶表示装置であって、前記コントローラは、前記温度センサの検知温度に応じて、黒挿入駆動なしでかつ白表示時の液晶印加電圧を臨界電圧より大きく制御し、または黒挿入駆動の黒挿入率が有限値でかつ白表示時の液晶印加電圧を臨界電圧より小さく制御することを特徴とする液晶表示装置が提供される。

本発明の液晶表示装置は、高透過率で逆転移が生じない駆動を行うと共に低温での透過率の低下を防ぐことを可能とする。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、この発明に係る液晶表示装置の回路構成を概略的に示す。液晶表示装置は液晶表示パネルＤＰ、および液晶表示パネルＤＰに接続される表示パネル制御回路ＣＮＴを備える。液晶表示パネルＤＰは一対の電極基板であるアレイ基板１および対向基板２間に液晶層３を挟持した構造である。液晶層３は、例えばノーマリホワイトの表示動作のために予めスプレイ配向からベンド配向に転移され周期的に印加される黒表示用電圧によりベンド配向からスプレイ配向への逆転移が阻止されるＯＣＢ液晶を液晶材料として含む。

表示パネル制御回路ＣＮＴは、アレイ基板１および対向基板２から液晶層３に印加される液晶駆動電圧により液晶表示パネルＤＰの透過率を制御する。スプレイ配向からベンド配向への転移は電源投入時に表示パネル制御回路ＣＮＴにより行われる所定の初期化処理で比較的大きな電界をＯＣＢ液晶に印加することにより得られる。

アレイ基板１は、例えばガラス等の透明絶縁基板上に略マトリクス状に配置される複数の画素電極ＰＥ、複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置される複数のゲート線Ｙ（Ｙ０〜Ｙｍ）、複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、並びにこれらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍に配置され各々対応ゲート線Ｙを介して駆動されたときに対応ソース線Ｘおよび対応画素電極ＰＥ間で導通して複数の画素スイッチング素子Ｗを有する。各画素スイッチング素子Ｗは例えば薄膜トランジスタからなり、薄膜トランジスタのゲートがゲート線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Ｘおよび画素電極ＰＥ間に接続される。

対向基板２は、例えばガラス等の透明絶縁基板上に配置されるカラーフィルタ、および複数の画素電極ＰＥに対向してカラーフィルタ上に配置される共通電極ＣＥ等を含む。各画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥは例えばＩＴＯ等の透明電極材料からなり、互いに平行にラビング処理される配向膜でそれぞれ覆われ、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の画素領域と共に画素ＰＸを構成する。

また、複数の画素ＰＸは、各々画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有し、さらに複数の補助容量Ｃｓの一端に接続される。各補助容量Ｃｓは、対応画素ＰＸの画素電極ＰＥとこの画素ＰＸに一方側で隣接する画素ＰＸの画素スイッチング素子Ｗを制御する前段のゲート線Ｙとの容量結合により形成され、画素スイッチング素子Ｗの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。

なお、図１は、表示画面を構成する複数の画素ＰＸのマトリクスアレイに対して周囲に配置される複数のダミー画素を省略して描かれている。これらダミー画素は表示画面内の画素ＰＸと同様に配線され、寄生容量等に関して表示画面内の全画素ＰＸを同一条件にするために設けられるものである。ゲート線Ｙ０はこのようなダミー画素に対するゲート線である。

表示パネル制御回路ＣＮＴは、複数のスイッチング素子Ｗを行単位に導通させるように複数のゲート線Ｙを順次駆動するゲートドライバＹＤ、各行のスイッチング素子Ｗが対応ゲート線Ｙの駆動によって導通する期間において画素電圧Ｖsを複数のソース線Ｘにそれぞれ出力するソースドライバＸＤ、複数の画素ＰＸに対する複数の階調表示用画素データからなり１フレーム期間（垂直走査期間）という所定周期で更新される画像データを処理する画像処理回路４、およびこの画像処理回路４の処理結果に対してゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤの動作タイミング等を制御するコントローラ５を含む。画像データは同期信号と一緒に外部信号源ＳＳから画像処理回路４に供給される。

ゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤは、例えばアレイ基板１の外縁に沿って配置されるフレキシブル配線シートにマウントされた集積回路（ＩＣ）チップである。また、画像処理回路４およびコントローラ５は外部のプリント配線板ＰＣＢ上に配置される。ゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤは複数のゲート線Ｙを順次選択する垂直走査および複数のソース線Ｘを順次選択する水平走査をそれぞれ行うためにシフトレジスタを備える。

コントローラ５は、外部信号源ＳＳからの同期信号を基準にしてゲートドライバＹＤの制御信号ＣＴＹを発生する垂直タイミング制御回路１１および外部信号源ＳＳの同期信号を基準にしてソースドライバＸＤの制御信号ＣＴＸを発生する水平タイミング制御回路１２を含む。垂直タイミング制御回路１１は黒挿入タイミングを制御信号ＣＴＹに反映させる黒挿入タイミング制御部１３を含む。画像処理回路４は外部信号源ＳＳからの画像データに含まれる複数の階調表示用画素データについてガンマ補正を行うガンマ補正部１４、およびガンマ補正部１４によってガンマ補正された複数の階調表示用画素データに対して黒挿入変換を行う黒挿入データ変換部１５を含む。

表示パネル制御回路ＣＮＴは、さらに１行分のスイッチング素子Ｗが非導通となるときにこれらスイッチング素子Ｗに接続されるゲート線Ｙに一方側で隣接する前段の隣接ゲート線ＹにゲートドライバＹＤを介して印加されこれらスイッチング素子Ｗの寄生容量によって１行分の画素ＰＸに生じる画素電圧Ｖsの変動を補償する補償電圧Ｖeを発生する補償電圧発生回路６、および画像データＤＡＴＡを画素電圧Ｖsに変換するために用いられる所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを発生する階調基準電圧発生回路７を含む。

また、コントローラ５の黒挿入タイミング制御部１３には、詳しくは後述するが液晶表示パネルＤＰの温度を検知する温度センサ２０が接続されている。

次に、このような構成において本発明を説明するため、最初に、本発明の液晶表示パネルＤＰに用いられるＯＣＢ液晶について説明する。

図２は、ＯＣＢ液晶の液晶配向状態を示すものである。ＯＣＢ液晶にはスプレイ状態とベント状態の２つの状態があり、それぞれ図示したような配向状態で表される。一般に電圧無印加状態ではスプレイ状態のほうが安定であるが、十分な電圧を印加するとベンド状態のほうが安定となる。通常、ＯＣＢモードとして表示に用いられるのはベンド状態のほうであり、電源投入初期に高電圧を印加するなどしてベンド状態に変化させてから使用される。なお、スプレイ状態からベンド状態への移行は転移、その逆の移行は逆転移と呼ばれる。

ここで、液晶配向の安定性についてもうすこし詳しく説明する。

図３は、ＯＣＢ液晶のスプレイ状態とベンド状態それぞれについて示すものである。

図３の(ａ)は、液晶印加電圧と自由エネルギの関係を示している。両曲線は、ある電圧値Ｖｃ（臨界電圧と呼ぶ）にて交差し、ここより低電圧側ではスプレイ状態のほうがエネルギが小さく安定となり、高電圧側ではベンド状態のほうがエネルギが小さく安定となる。

図３の（ｂ）は、ベンド状態（通常の表示で用いる）での透過率と印加電圧の関係を併せて示している。図３の(ｂ)で、透過率が極小になるポイントにおける電圧Ｖｂは黒電圧と呼ばれる。白表示状態における透過率をかせぐためには、液晶印加電圧のダイナミックレンジをできるだけ広くとるのが望ましく、例えば図中の［１］のようにＶ１〜Ｖｂの範囲で動作させるとよい。しかし、この駆動では白表示での印加電圧Ｖ１が臨界電圧Ｖｃを下回るため、常に白表示を続けた場合により安定なスプレイ状態へと逆転移してしまい、表示欠陥となってしまう。このような逆転移の問題を回避するためには、多少透過率は犠牲になるが、図中の［２］のようにＶ２〜Ｖｂの範囲で動作させ、白表示での印加電圧Ｖ２が臨界電圧Ｖｃより大きくなるように設定せねばならない。

さて、図３の［１］のように高透過率が得られ、かつ逆転移が生じない駆動として、黒挿入駆動が考案されている。黒挿入駆動の一般的な方法は、例えば１フレーム期間のうち８０％程度で信号表示を行い、残りの２０％程度で黒表示（黒挿入）を行うというものである。

図４，５は、液晶表示パネルＤＰにおける黒挿入駆動のタイミングの例を示すものである。ここでは、白表示と黒表示それぞれの場合について示してある。図５でτｆで示される期間が１フレームに相当し、このうちτｓで示される期間が信号表示期間、τｂで示される期間が黒挿入期間である。図４，５中の電圧値Ｖｂおよび臨界電圧Ｖｃはそれぞれ図３における黒電圧および臨界電圧に対応している。

図４に示す白表示をする場合について述べると、まず黒挿入期間においては±Ｖｂの信号が印加され、液晶透過率はほぼ０となる。そして信号表示期間において白表示に対応する電圧（図中±Ｖ１で示される。Ｖ１は臨界電圧Ｖｃより小）が印加され、この電圧に対応した透過率状態（図中ではＴ１で示される）となる。透過率はステップ状の電圧変化に対してやや遅れて応答するため、図４のような多少なまった応答波形となる。

図５に示す黒表示をする場合は、黒挿入期間に加えて信号表示期間も±Ｖｂの信号が印加され、透過率は常にほぼ０となる。

本駆動においては、白表示を行って液晶印加電圧が臨界電圧Ｖｃを下回ってスプレイ状態に逆転移しかけたときであっても、間欠的に±Ｖｂの信号が印加されてベンド状態に引き戻されるため、逆転移が発生せず安定に表示を行うことができる。

ここで、比較のため、黒挿入しない場合の駆動を説明する。

図６，７は、液晶表示パネルＤＰにおける黒挿入しない場合のタイミング例を示すものである。

ここでは１フレーム期間全体が信号表示期間であり、表示に対応した信号電圧がそのまま印加される。例えば、図６に示す白表示の場合にはＶ２に対応した透過率Ｔ２となり、図７に示す黒表示の場合にはＶｂに対応した透過率（ほぼ０）となる。

黒挿入あり駆動においては、黒挿入期間だけ透過率が０になるので時間平均としての透過率は若干低下するものの、白表示の電圧を下げられることによる表示期間透過率改善効果のほうが大きく、トータルとして黒挿入無し駆動に比べて高透過率が得られる。また、黒挿入あり駆動では、動画視認性改善という付随的な効果も得られる。

黒挿入駆動においては上述したように高透過率が得られるという利点があるが、低温（〜０℃前後）にすると逆に透過率が低下するという問題がある。

図８は、液晶表示パネルの温度に対する透過率を示すものである。すなわち、室温付近で透過率は印加電圧の変化に対して比較的速く追随するが、低温にすると液晶の粘性増大のため応答速度が遅くなり図のように透過率応答波形がなまり、透過率が小さくなる。

本発明は、このような低温での透過率低下という問題を解決するものである。

図９は、本発明の実施例に係る液晶表示パネルＤＰの駆動制御を示すものである。

これは、ある温度（例えば０℃）より大きい場合には図９の［１］に示すような黒挿入あり駆動を行い、それ以下の場合には図９の［２］に示すような黒挿入無し駆動を行う。すなわち、白表示時の印加電圧は、０℃より大きい場合には臨界電圧Ｖｃを越え、０℃以下の場合には臨界電圧Ｖｃ以下になるように駆動する。このように駆動制御することにより、０℃より高温側では高透過率が得られ、一方、０℃より低温側では図８のような応答速度低下による透過率低下の影響を受けずやはり高透過率が得られる。

このような制御を行うため、図１に示す構成において、コントローラ５の黒挿入タイミング制御部１３は、液晶表示パネルＤＰの温度を検知する温度センサ２０で検知された温度に応じて駆動条件を変更する。

図１０は、本発明の別の実施例に係る液晶表示パネルＤＰの駆動制御を示すものである。

これは、基本的な考え方は図９と同じであるが、駆動条件の切り替えを連続的に行えるようにしたものである。

黒挿入あり、黒挿入なしの駆動を特定の温度で不連続的に切り替えるのではなく、黒挿入率を温度に関して連続的に変化させるようにしている。また、白表示時の印加電圧についても、同様に温度に関して連続的に変化させる。

このようにすると液晶表示パネルＤＰの温度が変化しても画面の表示状態（輝度）が突然不連続的に変わるのではなく徐々に連続的に変化するので、液晶表示パネルＤＰの観察者は違和感を覚えないという利点がある。このような駆動も、同様に温度センサとコントローラの組合せで可能である。

すなわち、図１に示す構成において、コントローラ５の黒挿入タイミング制御部１３は、液晶表示パネルＤＰの温度を検知する温度センサ２０で検知された温度に応じて駆動条件を連続的に変更する。

なお、このような駆動は、例えばフィールドシーケンシャル駆動などに対しても有効である。

液晶表示装置の回路構成を概略的に示すブロック図。 ＯＣＢ液晶の液晶配向状態を示す図。 ＯＣＢ液晶のスプレイ状態とベンド状態それぞれについて示す図。 液晶表示パネルにおける黒挿入駆動のタイミングの例を示す図。 液晶表示パネルにおける黒挿入駆動のタイミングの例を示す図。 液晶表示パネルにおける黒挿入しない場合のタイミング例を示す図。 液晶表示パネルにおける黒挿入しない場合のタイミング例を示す図。 液晶表示パネルの温度に対する透過率を示す図。 本発明の実施例に係る液晶表示パネルＤＰの駆動制御を示す図。 本発明の別の実施例に係る液晶表示パネルＤＰの駆動制御を示す図。

符号の説明

１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…画像処理回路、５…コントローラ、６…補償電圧発生回路、７…階調基準電圧発生回路、１１…垂直タイミング制御回路、１２…水平タイミング制御回路、１３…黒挿入タイミング制御部、１４…ガンマ補正部、１５…黒挿入データ変換部、２０…温度センサ、ＤＰ…液晶表示パネル、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極、ＣＬＣ…液晶容量、Ｃｓ…補助容量、ＰＸ…液晶画素、Ｗ…スイッチング素子、Ｙ…ゲート線、Ｘ…ソース線、ＣＮＴ…表示パネル制御回路、ＹＤ…ゲートドライバ、ＸＤ…ソースドライバ。

Claims (3)

1. ＯＣＢ液晶で構成される液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの温度を検知する温度センサと、前記液晶表示パネルの液晶印加電圧を制御するコントローラとを備えた液晶表示装置であって、前記コントローラは、前記温度センサの検知温度に応じて、黒挿入駆動なしでかつ白表示時の液晶印加電圧を臨界電圧より大きく制御し、または黒挿入駆動の黒挿入率が有限値でかつ白表示時の液晶印加電圧を臨界電圧より小さく制御することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記コントローラは、前記温度センサの検知温度が０℃以下の場合に黒挿入駆動なしでかつ白表示時の液晶印加電圧を臨界電圧より大きく制御し、前記温度センサの検知温度が０℃より大きい場合に黒挿入駆動の黒挿入率が有限値でかつ白表示時の液晶印加電圧を臨界電圧より小さく制御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. 前記コントローラは、前記温度センサの検知温度に応じて、黒挿入駆動の黒挿入率および白表示時の液晶印加電圧を連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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