JP2005173244A - 液晶表示装置、液晶表示パネルの表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示において、ソース信号の振幅の変更によって白輝度を高めたり、黒輝度を低下させたりすると、消費電力が増加する。
【解決手段】 独立ＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルと、前記補償キャパシタに印加される補償電圧の振幅を制御する振幅制御手段としての補償電源生成手段１００とを備え、前記表示素子に印加される信号が、ソースラインから印加される信号と、補償電源生成手段１００により制御される補償電圧とで与えられる液晶表示装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ＣＣ駆動や独立ＣＣ駆動を行う液晶表示パネルを備えた液晶表示装置およびその表示方法に関する。

従来の、独立容量結合（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動（以下独立ＣＣ駆動という）を行う液晶表示装置（例えば、特許文献１を参照）の動作について図を用いて説明する。図４及び図５は従来の液晶表示装置を示すものである。図４は独立ＣＣ駆動を行う液晶表示装置の画素部等価回路を示すもので、１１はゲートライン、１２はソースライン、１３はＴＦＴ、１４は画素電位、１５は蓄積容量、１６は液晶容量、１７は補償電極である。図５はゲートライン及び補償ラインの電位の時間変化を示すもので、１８はゲートラインの電位の時間変化、１９は補償ラインの電位の時間変化、ｔ１及びｔ４はゲート電位の立ち上がりの時刻、ｔ２及びｔ５はゲート電位の立ち下がりの時刻、ｔ３は補償電位の立ち上がりの時刻、ｔ６は補償電位の立ち下がりの時刻である。なお、各時刻の間には、それぞれｔ２＞ｔ１、ｔ５＞ｔ４の関係がある。次に、Ｖ１１はＴＦＴ１３のＯＮ電位、Ｖ１２はＴＦＴ１３のＯＦＦ電位、Ｖ１３は補償電位のＨｉ側電位、Ｖ１４は補償電位のＬｏ側電位である。

以上のような構成を有する独立ＣＣ駆動の液晶表示装置の動作について、黒輝度を下げる場合を例に説明を行う。

まず、液晶容量１６に印加される電位が正の場合について説明する。

ノーマリーホワイトの液晶表示装置では、黒輝度を下げるためには液晶に印加される電圧を大きくする必要がある。例えば、そのために時刻ｔ１〜ｔ２で画素に書き込まれる電圧を大きくするため液晶を駆動するための信号を出力する半導体装置の出力電圧範囲を大きくする。

もしくは、時刻ｔ３において画素電極と補償ライン１７で形成される蓄積容量１４との容量カップリングによる画素電位１４の変化量を大きく設定しておき、液晶印加電圧を大きくして黒輝度を下げるようにしてもよい。なお、時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６は、液晶容量１６に印加される電位が負の場合で、時刻ｔ６で補償ライン１７の電位１９をＶ１３からＶ１４に変化させることで画素電位１４を負方向に変化させ、液晶容量１６が接続された図示しない対向電極と画素電極の電位差を拡大させている。
特開平２−１５７８１５号公報

ところで、液晶表示パネルにおいて、白輝度は高く、黒輝度は低い領域まで表示できる方が望ましい。

そのためには、ソース信号の振幅を大きくする、または補償電位の振幅を大きくする、といった解決策が考えられる。

しかしながら、ソース信号の振幅を大きくすると、白輝度を上げるとともに黒輝度を下げることはできるが、そのためには出力電圧幅の広い半導体装置を用いる必要があり、結果として消費電力が増加する。

また、単に補償電位の振幅を大きく設定した場合、ソース信号の振幅は従来のままでよいが、補償電位の寄与により液晶に印加される電位は表示画面全体に渡って大きくなるため、黒輝度が下がるときは、同時に白輝度もさがる。逆に、白輝度が上がるときは黒輝度も上がってしまい、結果として液晶表示パネルが表示可能な輝度の幅（白輝度〜黒輝度）は変わらない。

本発明は上記の課題に鑑みて成されたものであり、ソース信号の振幅を変えることなく、従来の液晶表示装置に比べ、高い白輝度から低い黒輝度まで表示可能な液晶表示装置、液晶表示パネルの表示方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の本発明は、マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子に対向して設けられた対向電極と、前記ゲートラインに対応して配置された補償電極線と、前記表示素子内に形成され、前記補償電極線からの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有する独立ＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルと、
前記補償キャパシタに印加される補償電圧の振幅を制御する振幅制御手段とを備え、
前記表示素子に印加される信号が、前記ソースラインから印加される信号と、前記振幅制御手段により制御される前記補償電圧の振幅とで与えられる液晶表示装置である。

また、第２の本発明は、マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子内に形成され、その表示素子がオフとなっているときに、前記ゲートラインからの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有するＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルと、
前記補償キャパシタに印加される前記ゲートラインからの前記補償電圧の振幅を制御する振幅制御手段とを備え、
前記表示素子に印加される信号が、前記ソースラインから印加される信号と、前記振幅制御手段により制御される前記補償電圧の振幅とで与えられる液晶表示装置である。

また、第３の本発明は、前記液晶表示パネルに表示される予定の画像信号の輝度に関する輝度関連情報を検出する検出手段をさらに備え、
前記振幅制御手段は、
前記輝度関連情報に基づき、前記補償電圧の振幅の制御を行う第１または第２の本発明の液晶表示装置である。

また、第４の本発明は、前記振幅制御手段は、
前記輝度関連情報が、第１の所定基準に基づき、前記液晶表示パネルに表示される予定の画像の白輝度が高くなるように前記補償電圧の振幅を制御し、
前記輝度関連情報が、第２の所定基準に基づき、前記液晶表示パネルに表示される予定の画像の黒輝度が低くなるように前記補償電圧の振幅を制御する第３の本発明の液晶表示装置である。

また、第５の本発明は、マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子に対向して設けられた共通対向電極と、前記ゲートラインに対応して配置された補償電極線と、前記表示素子内に形成され、前記補償電極線からの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有する独立ＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルの表示方法であって、
前記補償キャパシタに印加される補償電圧の振幅を制御する工程を備え、
前記表示素子に印加される信号を、前記ソースラインから印加される信号と、前記補償電圧の振幅とで与える独立ＣＣ駆動液晶表示パネルの表示方法である。

また、第６の本発明は、マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子内に形成され、その表示素子がオフとなっているときに、前記ゲートラインからの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有するＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルの表示方法であって、
前記補償キャパシタに印加される前記ゲートラインからの前記補償電圧の振幅を制御する工程を備え、
前記表示素子に印加される信号を、前記ソースラインから印加される信号と、前記補償電圧の振幅とで与えるＣＣ駆動液晶表示パネルの表示方法である。

以上説明したように本発明は、ソース信号の振幅を変えることなく、従来に比べ、白輝度を高め、黒輝度を低下した液晶表示装置を提供することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。図１は独立ＣＣ駆動の画素部等価回路を示すもので、１はゲートライン、２はソースライン、３はＴＦＴ、４は画素電位、５は蓄積容量、６は液晶容量、７は補償ラインである。

次に、図３は図１の液晶表示パネルを有する液晶表示装置の全体図であり、図において図１と同一部または相当部には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。また、ソースドライバ１０４はソースライン２に信号を出力する手段であり、ゲートドライバ１０５はゲートライン１に信号を出力する手段である。なお、ＴＦＴ３，蓄積容量５、液晶容量６は画素１０６の構成要素の一部となっている。

また、ソース／ゲート制御手段１０１は、外部電源ＶＣＣから電力の供給を受けるとともに、表示させようとする画像信号の入力を受け、これら信号に基づきソースドライバ１０４およびゲートドライバ１０５を駆動させる信号を出力する手段である。

また、ゲートドライバ１０５は、補償ライン７に信号を出力する手段を兼ねており、補償電源供給手段１００から補償電圧の供給を受けて動作する。

補償電源供給手段１００において、画像データ解析手段１０１はソース／ゲート制御手段１０１から、液晶表示パネルに表示させようとする画像データの一画面の輝度を解析する手段、昇降圧手段１０２は、画像信号解析手段１０１の解析結果に基づいて、外部電源ＶＣＣの電圧を昇降させて、補償ライン７に出力される信号を生成する手段である。

次に、図２はゲートライン１及び補償ライン７の電位の時間変化を示すもので、８はゲートラインの電位の時間変化、９は補償ラインの電位の時間変化、ｔ１及びｔ４はゲート電位の立ち上がりの時刻、ｔ２及びｔ５はゲート電位の立ち下がりの時刻、ｔ３は補償電位の立ち上がりの時刻、ｔ６は補償電位の立ち下がりの時刻である。なお、各時刻の間には、それぞれｔ２＞ｔ１、ｔ５＞ｔ４の関係がある。

一方、Ｖ１はＴＦＴ３のＯＮ電位、Ｖ２はＴＦＴ３のＯＦＦ電位、Ｖ３は補償電位のＨｉ側電位、Ｖ４は補償電位のＬｏ側電位、Ｖ５は暗い画像データ時の補償ライン７のＨｉ側電位、Ｖ６は明るい画像データ時の補償ライン７のＨｉ側電位である。このとき、各電圧間にはＶ６＜Ｖ３＜Ｖ５と言う関係がある。

以上のような構成を有する、本発明の実施の形態による液晶表示装置の動作を説明すると共に、これにより本発明の表示方法の一実施の形態について説明を行う。

まず、液晶容量６に印加される電圧が正の場合について説明する。

時刻ｔ１においてゲートライン１に印加される電位をＶ１からＶ２に変化させることでＴＦＴ３をＯＮし、ソースライン２の電位を液晶容量６に書き込む。次に、時刻ｔ２においてゲートライン１に印加される電位をＶ２からＶ１に変化させ、ＴＦＴ３をＯＦＦすることにより、ソースライン２の電位の書き込みを停止する。

次に時刻ｔ３において、補償電源供給手段１００から補償補償ライン７に印加される電位をＶ４からＶ３に変化すると、補償ライン７とＴＦＴ３とが接続されている蓄積容量５からの寄与により液晶容量６に印加される電位を大きくすることが出来る。

このとき、補償電源供給手段１００においては、ソース／ゲート制御手段１０１から、表示の対象となる画像データを一画面単位で取得しておき、その画面の輝度について、画素単位で集計を行い、統計を採る。統計値を、あらかじめ設定したおいた所定値と比較することにより、画像データが暗いデータであるか、明るいデータであるかを判定する。

画像データが暗いデータと判定された場合、補償電源供給手段１００においては、昇降圧手段１０２が大きな昇圧を行い、補償ライン７へ供給する補償電圧の振幅を大きくする、すなわち補償電位のＨｉ側の電位を電位Ｖ５として、液晶容量６の電位変化において、蓄積容量５の寄与分を増加させることが出来る。これいにより、表示画面全体の黒輝度を下げ、全体的に暗い画が実現できる。

一方、画像データが明るい画像データと判定された場合、昇降圧手段１０２は小さな昇圧を行い、補償ライン７へ供給する補償電圧の振幅を小さくする、すなわち補償電位のＨｉ側の電位を電位Ｖ６として、液晶容量６の電位変化において、蓄積容量５の寄与分を減少させることが出来る。これにより、表示画面全体の白輝度を上げ、全体的に明るい画が実現できる。

一方、液晶容量６に印加される電圧が負である場合は、補償補償ライン７に印加される電位をＶ３からＶ４に変化させる。

ここでも、画像データが暗いデータと判定された場合、補償電源供給手段１００においては、昇降圧手段１０２が大きな降圧を行い、補償ライン７へ供給する補償電圧の振幅を大きくする、すなわち補償電位のＨｉ側の電位をＶ５として、液晶容量６の電位変化において、蓄積容量５の寄与分を増加させる。

また、画像データが明るいデータと判定された場合、補償電源供給手段１００においては、昇降圧手段１０２は小さな降圧を行い、補償ライン７へ供給する補償電圧の振幅を小さくする、すなわち補償電位のＨｉ側の電位をＶ６として、液晶容量６の電位変化において、蓄積容量５の寄与分を減少させる。

以上述べたように、本実施の形態によれば、明るい画面はその明るさが際だつように、また暗い画面はその暗さが際だつように表示される。なお、明るさと暗さが半々であるような画面においては、一画面において、暗い部分または明るい部分のいずれか一方にはあまり適しない補償電位が印加されることになり、良好に表示されにくくなる恐れがある。しかしながら、動画のように、画面全体の明暗が時間につれて変化するような画像の表示を行う場合は、さほど影響がないので、本実施の形態の表示方法は有効であると言える。

なお、上記の説明においては、画像データ解析手段１０１は、液晶表示パネルに表示させようとする、一画面分のデータを解析して明るいデータか暗いデータかの判定を行うようにしたが、ゲートライン毎の解析であってもよい。この場合、本実施の形態は、補償電位の大きさは補償ライン毎に制御可能であるので、一画面の上下方向に画面を小領域に分割して、その小領域毎に対応する補償ラインに上記のような補償電位を印加することにより、一画面内のコントラストを向上させた、良好な画像が得られる。例えば、一画面が上下に二分割されて、上半分の領域が主に明るい画像を表示し、下半分の領域が主に暗い画像を表示するような場合は、上半分の領域には小さい補償電位が印加されるようにし、下半分の領域には大きい補償電位が印加されるようにすれば、二つの領域の明暗をより明確に示すことができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ソース信号の振幅を変化することなく、表示する画像に応じて白輝度を高めたり、黒輝度を低くしたりして、液晶表示装置を実現することが出来る。今回は補償電位のＨｉ側のみを画像データにより変更する方法で説明した。

また、本発明は独立ＣＣ駆動に限らず、ＣＣ駆動の液晶表示パネルでも画像データに応じて、ゲートラインから供給する補償電位を変化させることにより実現できる。ここで図６（ａ）（ｂ）に前段容量のＣＣ駆動の液晶表示装置の、表示パネル部分の構成を示す。ただし６（ａ）は画素部の等価回路であり、図６（ｂ）は隣接する画素間同士の３×３構成を示す。図６（ｂ）において図６（ａ）の画素部は最下段の画素のいずれかに対応することになる。なお、図１と同一部または相当部には同一符号を付し、詳細な説明は省略した。図６（ａ）に示すように、ＣＣ駆動の液晶パネルは、図１に示す独立ＣＣ駆動パネルと比較したときに、補償ラインが省略され、その代わりにＴＦＴ３に接続されたされたゲートライン１ａの前段のゲートライン１ｂから補償電位が供給される。このゲートライン１ｂからの補償電位を、上述の実施の形態と同様に制御すればよい。

なお、上記の実施の形態において、補償電源供給手段１００は本発明の振幅制御手段に相当する。

また、ソースドライバ１０４、ゲートドライバ１０５、ソースライン２，ゲートライン１、１ａ、１ｂ，補償ライン７および画素１０６は本発明の液晶表示パネルを構成し、画素１０６のうち補償容量６を除く構成は本発明の表示素子を構成し、補償ライン７は本発明の補償電極線に相当し、補償容量６は本発明の補償キャパシタに相当し、図６（ａ）におけるゲートライン１ｂは本発明の、補償キャパシタへ補償電圧を印加するゲートラインに相当する。画素１０６内の画素電極は本発明の画素電極に相当する。また、本発明の輝度関連情報は、輝度そのものでなく、輝度をパラメータに含む他の情報であってもよい。

また、上記の説明においては、補償電源供給手段１００は画像データ解析手段１０１を用いて画像データを解析して、自動的に補償電圧の振幅を変化させるものとして説明を行ったが、画像データ解析手段１０１は省いた構成としてもよい。この場合、昇降圧手段１０２はマニュアル制御可能な構成として、利用者が液晶表示パネルに表示される画面を目視しながら、画像データの明るい、暗いを判断して、昇降圧手段１０２の昇降圧の制御を行う。

また、上記の説明においては、画像データの明るい、暗いは、一画面単位で得た画素単位の輝度の一画面分の統計値を、あらかじめ設定したおいた所定値と比較するものとして説明を行ったが、この所定値は本発明の第１の所定基準および第２の所定基準の一例である。したがって、上記の説明では第１の所定基準と第２の所定基準が同一であったが、これらは、画面の明るさを決める場合と、画面の暗さを決める場合とで、異なる値であっても良い。また、一意な値ではなく、幅を持った値域であってもよい。要するに、画像データの明るい、暗いをそれぞれ独立に定めることができる基準で在ればよい。

本発明にかかる液晶表示装置等は、ＣＣ駆動や独立ＣＣ駆動を行う液晶表示パネルの駆動において、ソース信号の振幅を変えることなく、従来の液晶表示装置に比べ、高い白輝度から低い黒輝度まで表示可能な効果を有し、液晶表示装置、液晶表示パネルの表示方法等に好適である。

本発明の実施の形態における画素部等価回路を示す図 本発明の実施の形態における補償ライン及びゲートラインの電位の時間変化を示す図 本発明の実施の形態における液晶表示装置の構成図 従来の液晶表示装置の画素部等価回路を示す図 従来の補償ライン及びゲートラインの電位の時間変化 （ａ）本発明の実施の形態の他の構成である、前段容量型のＣＣ駆動による液晶表示装置の画素部等価回路を示す図 （ｂ）本発明の実施の形態の他の構成である、前段容量型のＣＣ駆動による液晶表示装置の画素部の３×３の構成を示す図

符号の説明

１ ゲートライン（ｎライン目）
２ ソースライン（ｎライン目）
３ ＴＦＴ
４ 画素電位
５ 蓄積容量
６ 液晶容量
７ 補償ライン（ｎライン目）
８ ゲートラインの電位の時間変化（ｎライン目）
９ 補償ラインの電位の時間変化（ｎライン目）
１１ ゲートライン（ｎライン目）
１２ ソースライン（ｎライン目）
１３ ＴＦＴ
１４ 画素電位
１５ 蓄積容量
１６ 液晶容量
１７ 補償ライン（ｎライン目）
１８ ゲートラインの電位の時間変化（ｎライン目）
１９ 補償ラインの電位の時間変化（ｎライン目）
ｔ１ ゲート電位の立ち上がり
ｔ２ ゲート電位の立ち下がり
ｔ３ 補償電位の立ち上がり
ｔ４ ゲート電位の立ち上がり
ｔ５ ゲート電位の立ち下がり
ｔ６ 補償電位の立ち下がりである
Ｖ１ ＦＴのＯＮ電位
Ｖ２ ＴＦＴのＯＦＦ電位
Ｖ３ 補償電位のＨｉ側電位
Ｖ４ 補償電位のＬｏ側電位
Ｖ５ 暗い画像データ時の補償電位のＨｉ側電位
Ｖ６ 明るい画像データ時の補償電位のＨｉ側電位
Ｖ１１ ＦＴのＯＮ電位
Ｖ１２ ＴＦＴのＯＦＦ電位
Ｖ１３ 補償電位のＨｉ側電位
Ｖ１４ 補償電位のＬｏ側電位
１００ 補償電源供給手段
１０１ 画像データ解析手段
１０２ 昇降圧手段
１０３ ソース／ゲート制御手段
１０３ａ 接地部
１０４ ソースドライバ
１０５ ゲートドライバ
１０６ 画素

Claims (6)

1. マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子に対向して設けられた対向電極と、前記ゲートラインに対応して配置された補償電極線と、前記表示素子内に形成され、前記補償電極線からの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有する独立ＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルと、
   前記補償キャパシタに印加される補償電圧の振幅を制御する振幅制御手段とを備え、
   前記表示素子に印加される信号が、前記ソースラインから印加される信号と、前記振幅制御手段により制御される前記補償電圧の振幅とで与えられる液晶表示装置。
2. マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子内に形成され、その表示素子がオフとなっているときに、前記ゲートラインからの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有するＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルと、
   前記補償キャパシタに印加される前記ゲートラインからの前記補償電圧の振幅を制御する振幅制御手段とを備え、
   前記表示素子に印加される信号が、前記ソースラインから印加される信号と、前記振幅制御手段により制御される前記補償電圧の振幅とで与えられる液晶表示装置。
3. 前記液晶表示パネルに表示される予定の画像信号の輝度に関する輝度関連情報を検出する検出手段をさらに備え、
   前記振幅制御手段は、
   前記輝度関連情報に基づき、前記補償電圧の振幅の制御を行う請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記振幅制御手段は、
   前記輝度関連情報が、第１の所定基準に基づき、前記液晶表示パネルに表示される予定の画像の白輝度が高くなるように前記補償電圧の振幅を制御し、
   前記輝度関連情報が、第２の所定基準に基づき、前記液晶表示パネルに表示される予定の画像の黒輝度が低くなるように前記補償電圧の振幅を制御する請求項３に記載の液晶表示装置。
5. マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子に対向して設けられた共通対向電極と、前記ゲートラインに対応して配置された補償電極線と、前記表示素子内に形成され、前記補償電極線からの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有する独立ＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルの表示方法であって、
   前記補償キャパシタに印加される補償電圧の振幅を制御する工程を備え、
   前記表示素子に印加される信号を、前記ソースラインから印加される信号と、前記補償電圧の振幅とで与える独立ＣＣ駆動液晶表示パネルの表示方法。
6. マトリックス状に配置されたゲートラインおよびソースラインと、前記ゲートラインおよび前記ソースラインからの信号が入力される表示素子と、前記表示素子内に形成され、その表示素子がオフとなっているときに、前記ゲートラインからの補償電圧が印加される補償キャパシタとを少なくとも有するＣＣ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ）駆動液晶表示パネルの表示方法であって、
   前記補償キャパシタに印加される前記ゲートラインからの前記補償電圧の振幅を制御する工程を備え、
   前記表示素子に印加される信号を、前記ソースラインから印加される信号と、前記補償電圧の振幅とで与えるＣＣ駆動液晶表示パネルの表示方法。

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