JP2004185027A

JP2004185027A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004185027A
Application number: JP2004016870A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kawaguchi; 聖二川口; Kenji Nakao; 健次中尾; Naoko Takebe; 尚子武部; Yoshito Ota; 義人太田; Katsuyuki Arimoto; 克行有元
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2004-01-26
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】温度変化に適応した逆転移防止駆動を行い、良好な映像を表示することが可能なＯＣＢ液晶を使用した液晶表示装置を提供することである。
【解決手段】液晶パネル温度を検出して、その温度に応じて液晶層に印加する最小電圧または、逆転移防止用パルスの電圧ないし期間を、単独あるいは組み合わせて調整することにより、逆転移を防止しつつ、各温度における輝度を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブマトリックス型液晶表示装置に係り、特に高速応答性を有するＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）液晶モードを利用した液晶表示装置である。

高速応答を特徴とするＯＣＢ液晶モードは、現在広く使用されているＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）液晶モードに比べ、自然動画表示に適した液晶モードである。よって、近年、液晶ＴＶとしてＯＣＢ液晶モードは最有力候補となっており、研究が進んでいる。

ＯＣＢ液晶モードは、映像表示が可能な状態にあたるベンド配向と、映像表示できない状態にあたるスプレイ配向とをもつ。このスプレイ配向からベンド配向に移行するためには、一定時間高電圧を印加するなどの独特な駆動が使用される。

前記の独特な駆動により、いったんベンド配向になっても、液晶層に所定のレベル以上の電圧が一定時間以上印加されない状態が続くと、ベンド配向が維持できずスプレイ配向に戻る（以下、この現象を逆転移と呼ぶ）という現象が生じる。

従来、筆者らに確認されているように、前記の逆転移現象を防止する駆動方法（以下、逆転移防止駆動と呼ぶ）として、映像表示期間とは異なる期間に高電位を液晶層に印加していた（例えば、非特許文献１参照）。
日本液晶学会液晶第３巻第２号１９９９

しかしながら、低温使用においては常温よりも逆転移現象が発生しやすく、低温での使用条件に合わせて逆転移防止駆動を行うと、常温使用では輝度が低下するなどの課題があった。

本発明の目的は、温度変化に依存した逆転移の発生を抑圧し、輝度低下などのない良好な画質を表示することが可能な液晶表示装置を提供することである。

上記課題を解決するために本発明は、液晶が挟持された液晶パネル部と、前記液晶に電圧を印加する電圧印加手段を有し、１画像を表示する１周期は、非画像信号を前記液晶パネル部に供給する第１ステップと、画像信号を前記液晶パネル部に供給する第２ステップから構成され、前記電圧印加手段で前記第２ステップに画像表示電圧を、前記第１ステップに画像表示電圧以外の電圧を印加し、前記画像表示電圧および前記画像表示電圧以外の電圧を変化させず、さらに前記第２ステップの期間を変化させなくても、温度変化による逆転移の発生が無いことを特徴とするものである。

後述するように本発明の第１の実施形態によれば、温度変化に対応してＳｌｍ電圧またはＢ電圧またはＢ期間の大きさを、単独あるいは組み合わせて最適値にすることによって、各温度における最適な逆転移防止駆動ができ、輝度を向上させることが可能になった。また本発明の第２の実施形態によれば、ＯＣＢ液晶の粘性度を変えることによって、温度に依存しない逆転移防止駆動ができ、輝度を向上させることが可能になった。

以下、本発明の実施形態については図１から図１０を用いて説明する。

（実施の形態１）
図４に我々が評価しているＯＣＢの映像表示期間における液晶層印加電圧（以下、Ｓ電圧と呼ぶ）と透過率の関係を示す。図４において４０１は逆転移防止のための所定電圧を挿入しない場合のＳ電圧における透過率曲線、４０２は逆転移防止のための所定電圧を挿入した場合のＳ電圧における透過率曲線である。４０３は逆転移防止をしない場合のスプレイ配向からベンド配向への逆転移が起きる臨界Ｓ電圧（以下、Ｓｍ電圧と呼ぶ）、４０４は逆転移防止をした場合のＳｍ電圧である。逆転移防止駆動を用いない場合、Ｓ電圧が４０３のＳｍ電圧以下になると逆転移が発生し、液晶がスプレイ配向になる。従ってそれ以下のＳ電圧では映像の表示をすることができない。そこで例えば、１フィールド期間毎に高電位を印加するなどの逆転移防止駆動を行うと、４０４のＳｍ電圧まで液晶がベンド配向を維持でき、結果的に高い透過率の電位まで使用可能になる。このように逆転移防止駆動を行うと、Ｓ電圧を低電圧まで使用でき、画面輝度低下の影響を少なくすることができる。図５に、この逆転移防止駆動における電圧パルスを示す。図５において５０１は映像表示期間における液晶層の最小印加電圧（以下、Ｓｌｍ電圧と呼ぶ）、５０２は映像表示期間とは異なる期間における液晶層印加電圧（以下、Ｂ電圧と呼ぶ）、５０３はＢ電圧が液晶層に印加されている期間（以下、Ｂ期間と呼ぶ）である。我々の検討によれば、逆転移の発生に要する時間は０．１秒以上と比較的長く、周期的にＢ電圧を印加することによって、逆転移を抑制することができる。従来の逆転移防止駆動では、Ｓｌｍ電圧およびＢ電圧およびＢ期間の大きさを固定していたため、温度変化に対応できず、例えば低温で逆転移が発生してしまっていた。

本発明では、液晶パネル温度によってＳｌｍ電圧の大きさを変化させ、最適な逆転移防止駆動を行った。なお、Ｂ電圧は１フィールド毎に印加した。

図１は本発明に係る液晶表示装置である。図１において１０１は液晶パネル温度によって逆転移防止駆動に最適なＳｌｍ電圧を決定するＳｌｍ電圧決定手段、１０２はＳ電圧の範囲を決定するＳ電圧決定手段、１０３は１０２で決定したＳ電圧を液晶層に印加するＳ電圧印加手段、１０５は液晶が挟持された液晶パネル部、１０４は液晶パネル部の温度を検知する温度検出器である。

以下、図１についてその実際の動作を説明する。

前記液晶パネル部のパネル温度を前記温度検出器で検出し、検出された前記パネル温度から前記Ｓｌｍ電圧決定手段よりＳｌｍ電圧を決定し、決定した前記Ｓｌｍ電圧から前記Ｓ電圧決定手段よりＳ電圧の範囲を決定し、前記Ｓ電圧の範囲で前記Ｓ電圧印加手段より液晶層に前記Ｓ電圧が印加される。この場合、Ｂ電圧およびＢ期間は固定値である。

図６に液晶パネル温度と各温度での臨界Ｓｌｍ電圧６０１と本発明の前記Ｓｌｍ電圧決定手段の制御で用いたＳｌｍ電圧６０２との関係を示す。ここで臨界Ｓｌｍ電圧とは、Ｂ電圧およびＢ期間は一定の条件下でＳｌｍ電圧を変化させたときの逆転移が発生しない限界値である。

本発明では、６０１の臨界Ｓｌｍ電圧よりも０．２Ｖだけ大きな電圧に設定した６０２のＳｌｍ電圧を使用することにより、安定な逆転移防止駆動を行うことに成功した。ただし、図４から明らかなようにＳｌｍ電圧を上げすぎると明るさが低下する問題が発生する。

図６のように、低温側で逆転移が発生しやすくなる原因は、低温側で応答速度が遅くなるためである。逆転移防止のためにＢ期間Ｂ電圧を液晶層に印加し、液晶分子の配向をベンド状態に再配向する意図であるが、応答速度が遅いと液晶分子が十分に再配向できず、Ｂ電圧パルスの効果が十分に発揮できない。そのため低温で逆転移防止をするには、Ｓｌｍ電圧を大きくして逆転移が発生しにくい条件にする必要がある。

また図６とは逆に低温側で逆転移が起こりにくい材料もあった。これは粘性が低温で急激に大きくなる液晶材料を用いた場合である。低温で粘性が大きくなると、ベンド配向を維持する力が強くなる。この液晶材料を用いた場合、前述したように低温ではＢ電圧パルスの効果は少なくなるが、粘性が大きくなって逆転移が起こりにくい効果が勝る。このため低温では逆転移が発生しにくくなるという現象が生じる。

このように、液晶材料によって図６のようなパターンもあれば、逆に高温側でＳｌｍ電圧が単調に増加するパターンもあった。また特定の温度で極小値を有し、それを境に高温側でも低温側でもＳｌｍ電圧が大きくなる場合もあった。

さらに、液晶パネル温度によってＢ電圧の大きさを変化させ、最適な逆転移防止駆動を行った場合の実施例について図２を用いて説明する。なお、Ｂ電圧は１フィールド毎に印加した。

図２において２０１は液晶パネル温度によって逆転移防止駆動に最適なＢ電圧を決定するＢ電圧決定手段、２０２は２０１で決定したＢ電圧を液晶層に印加するＢ電圧印加手段、２０５は液晶が挟持された液晶パネル部、２０４は液晶パネル部の温度を検知する温度検出器である。

以下、図２についてその実際の動作を説明する。

前記液晶パネル部のパネル温度を前記温度検出器で検出し、検出された前記パネル温度から前記Ｂ電圧決定手段よりＢ電圧を決定し、前記Ｂ電圧印加手段より液晶層に前記Ｂ電圧が印加される。この場合、Ｓｌｍ電圧およびＢ期間は固定値である。

図７に液晶パネル温度と各温度での臨界Ｂ電圧７０１と前記Ｂ電圧決定手段の制御で用いたＢ電圧７０２との関係を示す。ここで臨界Ｂ電圧とは、Ｓｌｍ電圧およびＢ期間は一定の条件下でＢ電圧を変化させたときの逆転移が発生しない限界値である。

筆者らの実験では、７０１の臨界Ｂ電圧よりも０．３Ｖだけ大きな電圧に設定した７０２のＢ電圧を使用することにより、安定な逆転移防止駆動を行うことに成功した。ただし、Ｂ電圧を上げすぎると明るさが低下する問題が発生する。

図７も図６と同様、低温側で逆転移が発生しやすくなる原因は、低温側で応答速度が遅くなるためである。そのため低温で逆転移を防止するには、Ｂ電圧を大きくして逆転移が発生しにくい条件にする必要がある。

なお、液晶材料によって図７のようなパターンもあれば、逆に高温側でＢ電圧が単調に増加するパターンもあった。また特定の温度で極小値を有し、それを境に高温側でも低温側でもＢ電圧が大きくなる場合もあった。

さらに、液晶パネル温度によってＢ期間の大きさを変化させ、最適な逆転移防止駆動を行った場合の実施例について図３を用いて説明する。なお、Ｂ電圧は１フィールド毎に印加した。

図３において３０１は液晶パネル温度によって逆転移防止駆動に最適なＢ期間を決定するＢ期間決定手段、３０２は３０１で決定したＢ期間にＢ電圧を液晶層に印加するＢ電圧印加手段、３０５は液晶が挟持された液晶パネル部、３０４は液晶パネル部の温度を検知する温度検出器である。

以下、図３についてその実際の動作を説明する。

前記液晶パネル部のパネル温度を前記温度検出器で検出し、検出された前記パネル温度から前記Ｂ期間決定手段よりＢ期間を決定し、前記Ｂ期間に前記Ｂ電圧印加手段よりＢ電圧を液晶層に印加する。この場合、Ｓｌｍ電圧およびＢ電圧は固定値である。

図８に液晶パネル温度と各温度での臨界Ｂ期間８０１と前記Ｂ期間決定手段の制御で用いたＢ期間８０２との関係を示す。ここで臨界Ｂ期間とは、Ｓｌｍ電圧およびＢ電圧は一定の条件下でＢ期間を変化させたときの逆転移が発生しない限界値である。

筆者らの実験では８０１の臨界Ｂ期間よりも０．１ｍｓだけ長い期間に設定した８０２のＢ期間を使用することにより、安定な逆転移防止駆動を行うことに成功した。ただし、Ｂ期間を長くしすぎると明るさが低下する問題が発生する。

図８も図６と同様、低温側で逆転移が発生しやすくなる原因は、低温側で応答速度が遅くなるためである。そのため低温で逆転移防止をするには、Ｂ期間を長くして逆転移が発生しにくい条件にする必要がある。

なお、液晶材料によって図８のようなパターンもあれば、逆に高温側でＢ期間が単調に増加するパターンもあった。また特定の温度で極小値を有し、それを境に高温側でも低温側でもＢ期間が大きくなる場合もあった。

さらに、Ｓｌｍ電圧またはＢ電圧またはＢ期間の制御を組み合わせて行った。その結果、各々の組み合わせの制御を行っても同様に、各温度に適応した逆転移防止駆動が可能であった。

（実施の形態２）
本発明では、従来使用していたＯＣＢ液晶の材料を粘性の温度依存が大きいものに変更することによって、逆転移防止駆動における温度依存性の無い液晶表示装置を確立した。粘性度の大きいＯＣＢ液晶ではベンド配向を維持する力が強くなるため、一旦スプレイ配向からベンド配向に移行すると、粘性度の低いＯＣＢ液晶に比べ、逆転移が発生しにくくなる。

図９に液晶パネル温度におけるＯＣＢ液晶の粘性度を示す。図９において９０１は液晶パネル温度における我々が従来使用していたＯＣＢ液晶の粘性度、９０２は液晶パネル温度における本発明のＯＣＢ液晶の粘性度である。

図９の９０２の特性を持つＯＣＢ液晶を使用することによって、低温での粘性が大きくなり、従来のＯＣＢ液晶より低温でのベンド配向を維持する力が強くなる。なお、本発明では、ＯＣＢ液晶の０℃の時の粘性が２０℃の時に比べ、３．２倍のものを使用した。０℃の時の粘性は１００〜１５０ｍＰａ・ｓが望ましい。

図１０に本発明のＯＣＢ液晶を使用した場合の液晶パネル温度におけるＳｌｍ電圧である。この場合、Ｂ電圧およびＢ期間は固定値である。図１０から分かるように、本発明のＯＣＢ液晶を使用すると、Ｓｌｍ電圧およびＢ電圧およびＢ期間の値を固定して逆転移防止駆動を行っても、温度に依存した逆転移の発生の無い良好な画質が得られる。

このため本発明では温度を検出する機構および温度によって逆転移防止駆動を制御する機構を無くすことができ、コスト低減に成功した。

なお、本発明では、低温でのＯＣＢ液晶の粘性度を大きくすることにより、温度依存の影響を極力排除できる逆転移防止駆動を提供したが、低温でのＯＣＢ液晶の弾性度を小さくしても同様の効果が得られる。

本発明に係る液晶表示装置は、温度変化に依存した逆転移の発生を抑圧し、輝度低下などのない良好な画質を表示することが可能なＯＣＢ液晶モードのアクティブマトリックス型液晶表示装置として有用である。

本発明の第１の実施形態における第１の実施例に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図本発明の第１の実施形態における第２の実施例に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図本発明の第１の実施形態における第３の実施例に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図Ｓ電圧と透過率の関係を示す図逆転移防止駆動を示す図本発明の第１の実施形態における第１の実施例に係る液晶パネル温度とＳｌｍ電圧の関係を示す図本発明の第１の実施形態における第２の実施例に係る液晶パネル温度とＢ電圧の関係を示す図本発明の第１の実施形態における第３の実施例に係る液晶パネル温度とＢ期間の関係を示す図本発明の第２の実施形態に係る液晶パネル温度とＯＣＢ液晶の粘性度の関係を示す図本発明の第２の実施形態に係る液晶パネル温度とＳｌｍ電圧の関係を示す図

符号の説明

１０１Ｓｌｍ電圧決定手段
１０２Ｓ電圧決定手段
１０３Ｓ電圧印加手段
１０４温度検出器
１０５液晶パネル部

Claims

液晶が挟持された液晶パネル部と、前記液晶に電圧を印加する電圧印加手段を有し、１画像を表示する１周期は、非画像信号を前記液晶パネル部に供給する第１ステップと、画像信号を前記液晶パネル部に供給する第２ステップから構成され、前記電圧印加手段で前記第２ステップに画像表示電圧を、前記第１ステップに画像表示電圧以外の電圧を印加し、前記画像表示電圧および前記画像表示電圧以外の電圧を変化させず、さらに前記第２ステップの期間を変化させなくても、温度変化による逆転移の発生が無いことを特徴とする液晶表示装置。
前記液晶の粘性を調整することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記液晶の０℃の時の粘性が２０℃の時に比べ、３倍以上であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
前記液晶の０℃の時の粘性が２０℃の時に比べ、２．５倍以上であることを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
前記液晶の０℃の時の粘性が１００〜１５０ｍＰａ・ｓであることを特徴とする請求項３または４のいずれか記載の液晶表示装置。
前記液晶がＯＣＢ型液晶であることを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の液晶表示装置。