JP2006119359A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製品の信頼性を損なわずに安定した生産性を確保する。
【解決手段】液晶表示装置は各々液晶分子配列が画素電極PEおよび共通電極CEから印加される電界により制御される複数の液晶画素PXと、各液晶画素PX用の表示データを基準値に対して周期的に極性反転される階調電圧に変換しこの液晶画素PXの画素電極PEに出力する駆動回路DRと、各液晶画素PXの共通電極CEに対して出力される基準値の共通電圧および駆動回路DRに対して出力される様々な電源電圧を生成するDC電源部3とを備える。特に、この液晶表示装置は、少なくとも共通電圧が基準値から調整されるようにDC電源部3を電子制御する制御回路部12とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】液晶表示装置は各々液晶分子配列が画素電極PEおよび共通電極CEから印加される電界により制御される複数の液晶画素PXと、各液晶画素PX用の表示データを基準値に対して周期的に極性反転される階調電圧に変換しこの液晶画素PXの画素電極PEに出力する駆動回路DRと、各液晶画素PXの共通電極CEに対して出力される基準値の共通電圧および駆動回路DRに対して出力される様々な電源電圧を生成するDC電源部3とを備える。特に、この液晶表示装置は、少なくとも共通電圧が基準値から調整されるようにDC電源部3を電子制御する制御回路部12とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、各液晶画素の液晶分子配列が一対の電極から液晶層に印加される電界により制御される液晶表示装置に関する。
例えば液晶表示装置は薄型、小型、軽量という特徴からパーソナルコンピュータ、携帯情報端末、あるいはテレビ等のディスプレイとして広く利用されている。
典型的な液晶表示装置は複数の画素電極がマトリクス状に配置される第1基板、共通電極がこれら画素電極に対向して配置される第2基板、および第1および第2基板間に光変調層として挟持される液晶層を備える。一対の画素電極および共通電極はこれら電極間に配置された液晶層の一領域と共に液晶画素を構成する。各液晶画素では、液晶分子配列が画素電極および共通電極間の画素電圧に依存した電界により制御される。
液晶層に印加される電界の方向が一定であると、液晶材料が液晶層内で画素電極および共通電極の一方側に徐々に移動して偏在化する。この偏在化は液晶表示装置に特有の現象であって、フリッカを発生させたり表示機能を永久破壊したりする原因となる。フリッカは液晶材料が僅かに偏在化した状態から発生し、表示機能は液晶材料が著しく偏在化した状態で破壊される。このため、液晶表示装置は一般に画素電圧の極性を周期的に反転させることにより液晶材料の偏在化を防止している。具体的には、フレーム反転駆動やライン反転駆動のような駆動方式が組み合わせて用いられる。フレーム反転駆動は垂直走査(フレーム)期間単位に画素電圧の極性を反転する方式であり、表示機能を維持するために有効である。また、ライン反転駆動は所定の行数または列数の液晶画素毎に画素電圧の極性を反転する方式であり、フリッカを抑制するために有効である。
各液晶画素の画素電圧は共通電圧Vcomを印加した共通電極と階調電圧Vsigを印加した画素電極間に得られる電位差である。階調電圧Vsigは画素電圧を極性反転させるために例えばVcom+階調レベル、Vcom−階調レベルのように設定される(例えば特許文献1を参照)。
ところで、画素電極および共通電極の電位は、例えば階調電圧Vsigを画素電極に供給するスイッチング素子の特性や画素構造および液晶層に依存した静電容量等と密接な関係にあり、これらのバラツキを完全に無くすように製造プロセスを実際に制御することは困難である。このため、共通電圧Vcomが階調電圧Vsigの振幅の中心から相対的にずれ、これに伴って電界の方向性が極性反転により均一化されなくなり、フリッカなどのノイズが観察される結果となる。
特開2002−196723号公報
従来においては、階調電圧Vsigに対する共通電圧Vcomのずれを解消する調整用に抵抗値を可変する可変抵抗器を設け、液晶表示装置の製造工程の一部で小型のスクリュードライバ等を利用して機械的に可変抵抗器の抵抗値を可変していた。この場合、調整時の手振れあるいはスクリュードライバの接触で加わる機械的応力に起因した抵抗値のずれや接触点の劣化が生じ、階調電圧Vsigの振幅の中心となる所望値に共通電圧Vcomを調整できないという不具合があった。
本発明の目的は、製品の信頼性を損なわずに安定した生産性を確保することができる液晶表示装置を提供することにある。
本発明によれば、各々液晶分子配列が画素電極および共通電極から印加される電界により制御される複数の液晶画素と、各液晶画素用の表示データを基準値に対して周期的に極性反転される階調電圧に変換しこの液晶画素の画素電極に出力する駆動回路と、各液晶画素の共通電極に対して出力される基準値の共通電圧および駆動回路に対して出力される様々な電源電圧を生成する電源回路と、少なくとも共通電圧が基準値から調整されるように電源回路を電子制御する制御回路部とを備える液晶表示装置が提供される。
この液晶表示装置では、少なくとも共通電圧が電子制御により調整される。この場合、共通電圧の調整において従来のような機械的な手法に起因する困難さを伴わずに製造時の製品検査を行うことができる。従って、製品の信頼性を損なわずに安定した生産性を確保することができる。
以下、本発明の第1実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。図1はこの液晶表示装置の回路構成を概略的に示し、図2は図1に示す液晶表示装置の一部について回路構成をさらに詳細に示す。この液晶表示装置は外部から供給される映像信号を処理する映像信号処理回路1、映像信号処理回路1の処理結果に基づいて画像を表示する表示パネル2、表示パネル2の動作に必要な様々な電源電圧を供給するDC電源部3、および一定数の階調基準電圧を生成するリファレンス回路4を備える。
表示パネル2は複数の画素電極PEがマトリクス状に配置される第1基板AR、共通電極CEがこれら画素電極PEに対向して配置される第2基板CT、および第1基板ARおよび第2基板CT間に光変調層として挟持される液晶層LQを有する。一対の画素電極PEおよび共通電極CEはこれら電極PE,CE間に配置された液晶層LQの一領域と共に液晶画素PXを構成する。各液晶画素PXでは、液晶分子配列が画素電極PEおよび共通電極CE間の画素電圧に依存した電界により制御される。
第1基板ARは、画素電極PEの行に沿って配置される複数の走査線Y、画素電極PEの列に沿って配置される複数の信号線X、これら走査線Yおよび信号線Xの交差位置近傍に配置される複数の画素スイッチング素子W、複数の走査線Yを駆動する走査線ドライバYD、および複数の信号線を駆動する信号線ドライバXD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、1走査線Yを介して駆動された時に1信号線Xを1画素電極PEに電気的に接続する。走査線ドライバYDは例えば垂直同期信号を垂直走査クロックに同期してシフトさせることにより複数の走査線Yを順次選択して駆動する。信号線ドライバXDは例えば水平同期信号を水平走査クロックに同期してシフトさせることにより1行分の表示データをサンプリングし、さらにこれらをデジタルアナログ変換した階調電圧Vsigにより複数の信号線Xを駆動する。
ここで、走査線ドライバYDおよび信号線ドライバXDは画素スイッチング素子Wの薄膜トランジスタと一緒に形成される複数の薄膜トランジスタからなる駆動回路DRであり、DC電源部3から出力される電源電圧+VDD(=+5V),−VDD(=−5V)により動作する。信号線ドライバXDは外部のリファレンス回路4から得られる一定数の階調基準電圧を用いデジタルアナログ変換を行う。一定数の階調基準電圧はDC電源部3から出力される電源電圧VBB(=+10V)を例えば分圧回路等で分圧することにより生成される。共通電極CEには、DC電源部3から出力される共通電圧Vcom(=+4.5V)が印加される。DC電源部3は外部から供給されるDC電源電圧から互いに異なる例えば電源電圧+VDD,−VDD,VBBおよび共通電圧Vcomを生成するDC−DCコンバータである。
映像信号処理回路1は外部から供給されるRGBアナログ映像信号を表示パネル2の解像度、すなわち液晶画素PXの数に合わせるように変換する解像度変換回路11、解像度変換回路11およびDC電源部3を制御する制御回路部12を備える。解像度変換回路11はRGBアナログ映像信号をアナログデジタル(AD)変換することにより複数の液晶画素PX用のデジタル表示データを抽出し、これら一群の表示データを垂直および水平同期信号並びに垂直および水平走査クロックのような駆動制御信号と一緒に駆動回路DRに出力する。制御回路部12は映像信号処理に関連した様々な制御を行うマイクロプロセッサユニット(MPU)回路15、共通電圧Vcomを基準値から調整するために調整データを保持するEEPROM16、およびこのEEPROM16に保持された調整データに対応したデューティのパルス幅変調(PWM)信号を出力するパルス幅変調(PWM)出力回路17を含む。MPU回路15は外部から供給される調整制御信号に従って調整データをEEPROM16に設定する。ここでは、調整データが調整制御信号に含まれているが、MPU回路15が内部に予め用意した複数の調整データのいずれかを調整制御信号に従って選択して設定してもよい。
DC電源部3は共通電圧Vcomを生成するVcom(共通電圧)回路3Aを有する。Vcom回路3Aは例えば4.5Vの基準レベルを含む4.5V±1Vの所定範囲で共通電圧Vcomを可変するように構成され、EEPROM16に保持された調整データで表される調整値に共通電圧Vcomを設定する。ここでは、Vcom回路3Aが例えば図2に示すように平滑回路18および増幅器19により構成される。平滑回路18はPWM出力回路17から出力されるPWM信号を平滑化するように接続される抵抗RおよびコンデンサCからなり、増幅器19は平滑回路18の出力電圧を増幅し、これにより調整データによって表される調整値に設定された共通電圧Vcomを得る。
次に上述の液晶表示装置の動作を説明する。製造時の製品検査で表示パネル2に画像を表示させる段階では、EEPROM16が共通電圧Vcomを基準値に設定するための調整データを初期データとして保持する。この場合、MPU回路15はEEPROM16に保持される初期データをPWM出力回路17に出力する。PWM出力回路17はこの初期データに対応したデューティのPWM信号をDC電源部3に出力する。DC電源部3のVcom回路3AはPWM信号を平滑化し増幅することにより基準値に設定された共通電圧Vcomを生成する。この共通電圧Vcomは表示パネル2の対向基板CTにおいて複数の画素電極PEに対向して設けられる共通電極CEに供給される。
他方、解像度変換回路11は外部から供給されるRGBアナログ映像信号をアナログデジタル(AD)変換して複数の液晶画素PX用のデジタル表示データを抽出する。これら表示データは垂直および水平同期信号並びに垂直および水平走査クロックのような駆動制御信号と一緒に駆動回路DRに出力される。
走査線ドライバYDが複数の走査線Yの1本を駆動すると、この走査線Yに接続された1行分の画素スイッチング素子Wが導通する。この間、信号線ドライバXDは、1行分の表示データを順次サンプリングし、さらに階調基準電圧を用いて階調電圧Vsigにデジタルアナログ変換する。これら階調電圧Vsigはそれぞれ複数の信号線Xに供給され、上述した1行分の画素スイッチング素子Wを介してそれぞれ1行分の画素電極PEに供給される。
各行の液晶画素PXはこのようにして画素電極PEおよび共通電極CE間に得られる画素電圧に対応した透過率に設定される。ここで、各階調電圧Vsigは画素電極PEおよび共通電極CE間に得られる画素電圧を1水平走査期間および1垂直走査期間毎に極性反転させるために例えばVcom+階調レベル、Vcom−階調レベルのように設定される。
共通電圧Vcomを調整する必要がある場合には、調整制御信号が外部から供給される。これに伴い、MPU回路15はこの調整制御信号に含まれる調整データをEEPROM16に入力し、これによりEEPROM16に保持される調整データをPWM出力回路17に出力する。このとき、EEPROM16の内容は外部から入力された調整データによって更新される。PWM出力回路17はこの調整データに対応したデューティのPWM信号をDC電源部3に出力する。DC電源部3のVcom回路3AはPWM信号を平滑化し増幅することにより基準値から調整値に変化した共通電圧Vcomを生成する。この共通電圧Vcomは表示パネル2の対向基板CTにおいて複数の画素電極PEに対向して設けられる共通電極CEに供給される。
もし、表示動作が適切でない場合には、EEPROM16の内容が再度別の調整データにより更新される。適切な表示動作が得られた場合には、出荷後の表示動作で使用されるようにEEPROM16の内容が維持される。
本実施形態では、従来とは違って、機械的な可変抵抗器による調整を行う必要が無く、従来のように調整時の手振れあるいはスクリュードライバの接触で加わる機械的応力に起因した抵抗値のずれや接触点の劣化が生じ、階調電圧Vsigの振幅の中心となる所望値に共通電圧Vcomを調整できないという不具合は生じない。すなわち、機械的な制御ではない電子制御によって調整され、この調整のために最終製品を分解する必要もないことから、製品の信頼性を損なわずに安定した生産性を確保することができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。
図3はこの液晶表示装置の回路構成を概略的に示し、図4は図3に示す液晶表示装置の一部について回路構造をさらに詳細に示す。本実施形態の液晶表示装置は、制御回路部12およびVcom回路3Aを除いて第1実施形態と同様に構成される。このため、同様部分を同一参照符号で表し、重複する説明を省略あるいは簡略化する。
この制御回路部3Aでは、図3に示すように、MPU回路15が外部から供給されるモード設定信号および調整データを受け取り、さらに調整用パターンとして複数の液晶画素PX用の表示データを生成する調整用表示データ生成部20を制御するように構成される。モード設定信号は例えばMPU回路15に接続される外部スイッチMSから供給され、調整データは映像信号の入力端にシリアルに供給される。この場合、モード設定信号はスイッチMSの状態に対応して調整モードおよび通常モードの一方を選択してMPU回路15に設定する信号である。MPU回路15、通常モードにおいて映像信号の処理により得られる複数の液晶画素PX用の表示データを駆動回路DRに出力させ、調整モードにおいて調整用表示データ生成部20から得られる複数の液晶画素PX用の表示データを駆動回路DRに出力させる。また、MPU回路15は調整モードにおいて表示結果の調整用パターンに基づいて外部から供給される調整データをEEPROM16に対して入出力させる。調整データは映像信号の入力端を介してシリアルにMPU回路15に供給される8ビットのデジタルデータであり、MPU回路15によってパラレルに変換されてEEPROM16に入力される。EEPROM16に保持された後、そのままVcom回路3Aに出力される。
Vcom回路3Aは、図4に示すように調整データをデジタルアナログ変換する抵抗式DAコンバータとして構成される。この抵抗式DAコンバータは電源電圧VBBを複数の出力電圧に分圧する抵抗分圧回路21および抵抗分圧回路21から得られる複数の出力電圧の1つを調整データに対応して選択することにより調整データをデジタルアナログ変換するD/A変換部22を有する。抵抗分圧回路21は抵抗R1,R2,R3からなり、さらに抵抗R2は抵抗R1およびR3間に得られる電圧をさらに細かく分圧して複数のタップから出力電圧を出力するラダー抵抗からなる。D/A変換部22は抵抗分圧回路21から得られる複数の出力電圧の1つを選択し増幅するように構成される。ここでは、供給抵抗式DAコンバータが調整データのビット数に対応した8ビットの分解能を持ち、共通電圧Vcomの基準値である4.5Vを中心に±1Vの範囲で設定できるように設定されている。
次に上述の液晶表示装置の動作を説明する。製造時の製品検査で表示パネル2に画像を表示させる場合には、スイッチMSが通常モードを選択する状態に設定される。ここで、EEPROM16は共通電圧Vcomを基準値に設定するための調整データを初期データとして保持する。MPU回路15は、通常モードにおいてEEPROM16に保持される初期データをDC電源部3に出力する。DC電源部3のVcom回路3Aは初期データをデジタルアナログ変換することにより基準値に設定された共通電圧Vcomを生成する。この共通電圧Vcomは表示パネル2の対向基板CTにおいて複数の画素電極PEに対向して設けられる共通電極CEに供給される。
他方、解像度変換回路11は通常モードにおいて外部から供給されるRGBアナログ映像信号をアナログデジタル(AD)変換して複数の液晶画素PX用のデジタル表示データを抽出する。これら表示データは垂直および水平同期信号並びに垂直および水平走査クロックのような駆動制御信号と一緒に駆動回路DRに出力される。
走査線ドライバYDが複数の走査線Yの1本を駆動すると、この走査線Yに接続された1行分の画素スイッチング素子Wが導通する。この間、信号線ドライバXDは、1行分の表示データを順次サンプリングし、さらに階調基準電圧を用いて階調電圧Vsigにデジタルアナログ変換する。これら階調電圧Vsigはそれぞれ複数の信号線Xに供給され、上述した1行分の画素スイッチング素子Wを介してそれぞれ1行分の画素電極PEに供給される。
各行の液晶画素PXはこのようにして画素電極PEおよび共通電極CE間に得られる画素電圧に対応した透過率に設定される。ここで、各階調電圧Vsigは画素電極PEおよび共通電極CE間に得られる画素電圧を1水平走査期間および1垂直走査期間毎に極性反転させるために例えばVcom+階調レベル、Vcom−階調レベルのように設定される。
製造時の製品検査で共通電圧Vcomを調整する場合には、スイッチMSが調整モードを選択する状態に設定される。調整モードが選択されると、MPU回路15は調整用表示データ生成部20から得られる複数の液晶画素PX用の表示データを同期信号およびクロックと一緒に駆動回路DRに出力させる。このとき、表示パネル2の表示動作は調整用パターンが表示されることを除いて通常モードと同様である。また、MPU回路15はこの表示結果の調整用パターンに基づいて外部から映像信号の代わりに供給される調整データをEEPROM16に入力し、これによりEEPROM16に保持される調整データをDC電源部3に出力する。このとき、EEPROM16の内容は外部から入力された調整データによって更新される。DC電源部3のVcom回路3Aは調整データをデジタルアナログ変換することにより基準値から調整値に変化した共通電圧Vcomを生成する。この共通電圧Vcomは表示パネル2の対向基板CTにおいて複数の画素電極PEに対向して設けられる共通電極CEに供給される。
もし、調整用パターンが適切に表示されない場合には、EEPROM16の内容が再度別の調整データにより更新される。適切な表示動作が得られた場合には、スイッチMSが通常モードを選択する状態に戻され、出荷後の表示動作で使用されるようにEEPROM16の内容が維持される。
本実施形態では、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、調整用パターンが調整モードにおいて表示パネル2に表示されるため、共通電圧Vcomの調整をより正確に行うことが可能である。また、モード設定信号は外部スイッチMS等を利用して供給され、階調データは調整モードにおいて映像信号の入力端を利用して外部からシリアルに供給される。従って、第1実施形態よりも外部接続用の端子数の増大を抑制することができる。
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。
例えば図4に示すVcom回路3Aを第1実施形態に適用すれば、図1に示すPWM出力回路17を省略することができる。また、図1に示すPWM出力回路17を第2実施形態に適用して制御回路部12に設けることもできる。この場合には、図4に示すVcom回路3Aが図2に示すVcom回路3Aに置き換える必要がある。さらに、第2実施形態では、階調データが調整モードにおいて映像信号の代わりに外部から供給されたが、第1実施形態で説明したように映像信号とは独立に供給されたり、予め内部に用意しておいて選択されたりするように変形してもよい。
また、各実施形態では共通電圧Vcomについてのみ調整されたが、これ以外の電源電圧についても同様に調整するようにしてもよい。
1…映像信号処理回路、2…表示パネル、3…DC電源部、3A…Vcom回路、4…リファレンス回路、11…解像度変換回路、12…制御回路部、15…MPU回路、16…EEPROM、17…PWM出力回路、18…平滑回路、19…増幅器、20…調整用表示データ生成部、21…抵抗分圧回路、22…D/A変換部、MS…外部スイッチ、DR…駆動回路、X…信号線、Y…走査線、XD…信号線ドライバ、YD…走査線ドライバ、PE…画素電極、CE…共通電極、PX…液晶画素。
Claims (6)
- 各々液晶分子配列が画素電極および共通電極から印加される電界により制御される複数の液晶画素と、各液晶画素用の表示データを基準値に対して周期的に極性反転される階調電圧に変換しこの液晶画素の画素電極に出力する駆動回路と、各液晶画素の共通電極に対して出力される前記基準値の共通電圧および前記駆動回路に対して出力される様々な電源電圧を生成する電源回路と、少なくとも前記共通電圧が前記基準値から調整されるように前記電源回路を電子制御する制御回路部とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
- 前記制御回路部は外部制御により設定される調整データを保持するデータ保持部を含み、前記電源回路は前記データ保持部に保持された前記調整データで表される調整値に前記共通電圧を設定する共通電圧回路を含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記制御回路部は前記データ保持部に保持された前記調整データに対応したデューティのパルス幅変調信号を出力するパルス幅変調出力回路を含み、前記共通電圧回路は前記調整値に設定された前記共通電圧を出力するために前記パルス幅変調出力回路から出力されるパルス幅変調信号を平滑化する平滑回路を含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記共通電圧回路は前記調整値に設定された前記共通電圧を出力するために前記データ保持部に保持された調整データをデジタルアナログ変換するデジタルアナログ変換回路を含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記制御回路部は外部から供給される映像信号を処理することにより前記複数の液晶画素用の表示データを得る映像信号処理回路に組み込まれ、調整用パターンとして前記複数の液晶画素用の表示データを生成する調整用表示データ生成部、および通常モードにおいて前記映像信号の処理により得られる前記複数の液晶画素用の表示データを前記駆動回路に出力させ、調整モードにおいて前記調整用表示データ生成部から得られる前記複数の液晶画素用の表示データを前記駆動回路に出力させる制御回路をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記制御回路部は外部から供給される映像信号を処理することにより前記複数の液晶画素用の表示データを得る映像信号処理回路に組み込まれ、調整用パターンとして前記複数の液晶画素用の表示データを生成する調整用表示データ生成部、および通常モードにおいて前記映像信号の処理により得られる前記複数の液晶画素用の表示データを前記駆動回路に出力させ、調整モードにおいて前記調整用表示データ生成部から得られる前記複数の液晶画素用の表示データを前記駆動回路に出力させ、この結果として表示される調整用パターンに基づいて外部から供給される調整データを前記データ保持部に対して入出力させる制御回路をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
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