JP2007052338A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、携帯型ゲーム機、カー・ナビゲーション・システム、携帯型テレビ、携帯電話、携帯型情報端末(PDA)等に用いられる表示装置、特に高画質表示に適したカラー液晶表示装置に関するものである。 The present invention relates to a display device used for a portable game machine, a car navigation system, a portable television, a cellular phone, a portable information terminal (PDA), etc., and more particularly to a color liquid crystal display device suitable for high-quality display. is there.
従来のカラー液晶表示装置では、赤、青、緑の三原色のカラーフィルターを有する液晶パネルの背面に、白色光のLEDを光源とするバックライトが設けられている。カラーフィルターを透過した白色光は、赤、青、緑の三原色の色を帯びて見えることとなり、これがカラー液晶パネルの原理となっている。しかし従来のカラーフィルターを用いる方式には、LEDから発せられる白色光はカラーフィルターを通過するために輝度が1/3程度に低下してしまう。その為、表示画像の輝度低下の原因となっていた。また1画素につきRGB毎の3つのサブピクセルが必要なので高密度画面の弊害にもなっていた。一方、フィールドシーケンシャル方式では、バックライトに三原色のLEDを採用して赤、青、緑と順次発光させ、LEDの発光に合わせて液晶をオン・オフさせて表示する方式をとっている。カラーフィルターを用いていないので、従来の方式より輝度が大幅に上がることとなる。更に、サブピクセルが必要なく、1つのピクセルで赤、青、緑の三原色の色、全てを表示することが可能となるので、画素密度が従来の3倍になる。その為、フィールドシーケンシャル方式の表示画面は、画素密度と輝度が高い画像の提供が可能となる。 In a conventional color liquid crystal display device, a backlight using a white LED as a light source is provided on the back of a liquid crystal panel having color filters of three primary colors of red, blue, and green. White light that has passed through the color filter appears to have three primary colors of red, blue, and green, which is the principle of the color liquid crystal panel. However, in the method using a conventional color filter, white light emitted from the LED passes through the color filter, and thus the luminance is reduced to about 1/3. For this reason, the brightness of the display image is reduced. Further, since three sub-pixels for each RGB are required for each pixel, it has been an adverse effect of a high-density screen. On the other hand, the field sequential method employs a system in which LEDs of three primary colors are used as a backlight to emit light sequentially in red, blue, and green, and the liquid crystal is turned on / off in accordance with the light emission of the LED. Since no color filter is used, the luminance is significantly increased over the conventional method. Furthermore, since no subpixel is required, it is possible to display all three primary colors of red, blue, and green with one pixel, so that the pixel density is three times that of the conventional one. Therefore, a field sequential display screen can provide an image with high pixel density and luminance.
従来のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置においては、赤の発光パルス幅を短くして、ピーク輝度を上げ、その分緑と青の発光パルス幅を長くすることで、電力効率をあげるなどの方式があった。また、温度によって、LED発光開始時間を変更する方式があった。
従来の液晶表示装置において、低温時に液晶の反応速度が常温時より悪くなり、液晶透過率の立ち下がり時間、立ち上がり時間共に遅くなり、透過率の最高値も常温時と比べて低くなる。その為、低温時にLED駆動電圧の調整だけだとホワイトバランスの調整が不十分になる。その結果、低温時に白を表示すると青みがかってしまい、NTSC比も常温と比べて低くなる。また、低温時に赤などの単色表示の時、液晶の反応が遅くなるので、単色フィールド内のLED発光が終わった後、液晶の透過率が下がりきらない状態で次のフィールドのLEDが発光してしまうので、混色の原因となっていた。 In the conventional liquid crystal display device, the reaction speed of the liquid crystal is worse than that at room temperature at a low temperature, both the fall time and rise time of the liquid crystal transmittance are slow, and the maximum transmittance is lower than that at room temperature. Therefore, white balance adjustment is insufficient when only the LED drive voltage is adjusted at low temperatures. As a result, when white is displayed at a low temperature, it becomes bluish, and the NTSC ratio is also lower than that at room temperature. In addition, since the response of the liquid crystal becomes slow when displaying a single color such as red at low temperatures, after the LED light emission in the single color field is finished, the LED in the next field emits light without the liquid crystal transmittance being lowered. As a result, color mixing was caused.
高温時においては、液晶透過率の立ち上がり時間、立ち下り時間が短くなり急峻になる。その為、LEDの光が透過している時間が増え、常温時より輝度が高くなってしまう。このようなことから、LEDに流す電流を効率よく使用していなかった。 At a high temperature, the rise time and fall time of the liquid crystal transmittance are shortened and become steep. For this reason, the time during which the LED light is transmitted increases, and the luminance becomes higher than that at room temperature. For this reason, the current flowing through the LED has not been used efficiently.
そこで本発明は、低温時に輝度、NTSC比が低くならない、混色が発生しない高画質な液晶表示装置を、また高温時には消費電力を削減できる高画質な液晶表示装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a high-quality liquid crystal display device in which luminance and NTSC ratio do not decrease at low temperatures and color mixing does not occur, and a high-quality liquid crystal display device that can reduce power consumption at high temperatures.
上記課題を解決するために、液晶パネルのシャッター機能と三原色のLED光源の発光を連動させて表示する液晶表示装置に、環境温度を検出する温度検出器をLEDドライバーに接続し、三原色のLED光源の駆動条件を制御することにより液晶パネルの温度による透過率の変化を補正することとした。 In order to solve the above problems, a liquid crystal display device that displays the shutter function of the liquid crystal panel and the light emission of the three primary color LED light sources is connected to a temperature detector that detects the environmental temperature, and the three primary color LED light sources are connected. By controlling the driving conditions, the change in transmittance due to the temperature of the liquid crystal panel was corrected.
ここで、前記温度検出器により検出された温度が室温より低い時、三原色のLED光源のうちの赤色LEDの輝度を上げて液晶パネルの青みを補正することとした。 Here, when the temperature detected by the temperature detector is lower than room temperature, the brightness of the red LED of the three primary color LED light sources is increased to correct the blueness of the liquid crystal panel.
あるいは、温度検出器により検出された温度が室温より低い時、三原色のLED光源のうちの青色LEDの輝度を下げて液晶パネルの青みを補正することとした。 Alternatively, when the temperature detected by the temperature detector is lower than room temperature, the brightness of the blue LED of the three primary color LED light sources is lowered to correct the blueness of the liquid crystal panel.
あるいは、温度検出器により検出された温度が室温より低い時、三原色のLED光源の発光パルス幅を短くして、液晶パネルの温度による透過率の変化を補正することとした。 Alternatively, when the temperature detected by the temperature detector is lower than the room temperature, the light emission pulse width of the three primary color LED light sources is shortened to correct the change in transmittance due to the temperature of the liquid crystal panel.
あるいは、温度検出器により検出された温度が室温より高い時、三原色のLED光源の発光パルス幅を長くして、液晶パネルの温度による透過率の変化を補正することとした。 Alternatively, when the temperature detected by the temperature detector is higher than room temperature, the emission pulse width of the three primary color LED light sources is lengthened to correct the change in transmittance due to the temperature of the liquid crystal panel.
あるいは、動作温度範囲の複数のポイントで常温と同じ輝度、NTSC比を維持するための三原色のLED発光パルス幅データが書き込まれた不揮発性記憶素子を備え、温度検出器により検出された温度に応じて、不揮発性記憶素子に書き込まれたLED発光パルス幅データに基づいて三原色のLED発光パルス幅の変更を行い、液晶パネルの温度による透過率の変化を補正することとした。 Alternatively, it has a non-volatile memory element in which LED emission pulse width data of three primary colors for maintaining the same brightness and NTSC ratio as normal temperature at a plurality of points in the operating temperature range, and according to the temperature detected by the temperature detector. Thus, the LED light emission pulse width of the three primary colors is changed based on the LED light emission pulse width data written in the nonvolatile memory element, and the change in transmittance due to the temperature of the liquid crystal panel is corrected.
従来の液晶表示装置には、低温時に液晶の透過率が下がり表示する画像のNTSC比が低くなり、更に輝度も低くなるという問題があった。そこで本発明は、低温時に、バックライトの各フィールドの発光パルス幅、LEDに流す電流を温度に応じて変えることとした。これにより、常温時と同じように混色のない、高いNTSC比、高い輝度をもつ表示画像を維持することを可能となった。 The conventional liquid crystal display device has a problem that the transmittance of the liquid crystal is lowered at a low temperature, the NTSC ratio of the displayed image is lowered, and the luminance is further lowered. Therefore, in the present invention, the emission pulse width of each field of the backlight and the current flowing to the LED are changed according to the temperature at a low temperature. As a result, it is possible to maintain a display image having a high NTSC ratio and a high luminance without color mixing as at room temperature.
一方、高温時には、常温時より液晶の透過率の立ち上がり、立ち下りの波形が急峻になり、液晶の開口時間も長くなり、その結果、常温時より輝度が高くなる傾向がある。そこでLED発光パルス幅を延長して、LEDに印加する電圧を下げることにより、LED消費電流を下げることが可能となった。 On the other hand, when the temperature is high, the rising and falling waveforms of the transmittance of the liquid crystal become steeper than at normal temperature, and the opening time of the liquid crystal becomes longer. As a result, the luminance tends to be higher than that at normal temperature. Therefore, it is possible to reduce the LED current consumption by extending the LED light emission pulse width and lowering the voltage applied to the LED.
本発明の液晶表示装置1の基本構成を図1に示す。本発明の液晶表示装置1は、液晶パネル2を背面から照射する3原色のLEDをもったバックライト3、液晶パネル2を駆動するソースドライバー6、ゲートドライバー7と、バックライト3のLEDを駆動するLEDドライバー4と、LEDドライバー4に接続されている環境温度を計測するための温度センサー10と、液晶駆動条件などを記憶させておく不揮発性のメモリー8と電源電圧を維持するための電源回路8、外部と液晶表示装置1を接続するI/O11から構成されている。更に液晶表示装置1は、外部のMPU5と接続されており、MPU5からの信号で制御され駆動することとなっている。なお、ソースドライバー6と、ゲートドライバー7は1つのドライバーに集積化されていても問題はない。また液晶パネルは、TN型を用いても、液晶分子の応答性が速い他の液晶素子を用いてもよい。
A basic configuration of the liquid
図3を用いて常温時の液晶表示装置1の駆動方法を詳細に説明する。図3(1)にソース電極に印加される電圧レベルを、図3(2)に液晶の透過率を、図3(3)にバックライト3のLEDに印加される電圧レベルを示している。本実施例ではノーマリーブラックである。ソース電極に印加される電圧レベルは、説明の為に逆極性で記述されているが、実際は電圧が印加されない時に、液晶の透過率が上昇することになっている。常温においては、ソース電極に電圧が印加されると一定の時間t1をかけて、透過率100%に近いレベルまで上昇していき、ソース電極がオフ(黒リセット)になると透過率は低下していき、一定の時間t2をかけて元の値、定常状態に戻る。一方、LEDに対しては、ソース電極に電圧を印加してからLEDに電圧を印加する方式を取っている。液晶が開いて透過率が高くなっている期間でLEDが点灯するので、LEDから発せられる光は液晶パネル2から透過することとなる。また、ソース電極には1フィールド毎にパルスが印加されることになっている。LED駆動電圧Vfは液晶の種類や透過率等の条件に依存するので、高輝度、高いNTSC比が維持できるように、合わせこまなくてはいけない。以上記述したような駆動方法を用いて緑、青、赤の三原色のLEDを順次点灯することにより、液晶パネル2に任意の画像を表示することが可能となる。
The driving method of the liquid
次に低温時の液晶の透過率の特性について図4を用いて説明する。図4(1)にソース電極に印加する電圧を、図4(2)に液晶透過率を、図4(3)に本実施例による変更前のLEDに印加する電圧を、図4(4)に変更後のLEDに印加する電圧の経時変化を表している。本実施例では、ノーマリーブラックである。ソース電極に印加される電圧レベルは、説明の為、逆極性で記述したが、実際は電圧が印加されない時に、液晶の透過率が上昇することになっている。図4の中でt1はソース電圧を印加してから液晶透過率が一番高くなるまでの時間を表している。また図5の中のTRは、ソース電極に電圧を印加した時の液晶の透過率の最高値である。常温と比較すると、液晶透過率の応答が遅くなり、立ち上がり時間と立ち下がり時間共に遅くなり、透過率も全体的に低くなっているのが図4から判る。また、単色フィールドを点灯させたい場合、単色フィールド内で液晶の立ち下がり時間が長くなってしまう。その為、液晶透過率が十分に下がりきっていない時に、次のフィールドのLEDが発光してしまい、混色の原因となっていた。その結果、低温時にNTSC比と輝度が下がり、液晶パネル2の表示画像の画質低下の原因となっていた。また、低温側で液晶が、青みがかってしまうことがある。図2は、分光透過率を表すグラフである。常温時25℃付近では、可視光の範囲、約470nmに透過率の最大値が存在する。しかし低温時−20℃付近で、可視光の最大値が400nm以下にずれてしまうので、全白表示などで、液晶パネル2全体的に青みがかってしまうことがある。
Next, the transmittance characteristics of the liquid crystal at a low temperature will be described with reference to FIG. 4 (1) shows the voltage applied to the source electrode, FIG. 4 (2) shows the liquid crystal transmittance, and FIG. 4 (3) shows the voltage applied to the LED before the change according to this embodiment. Represents the change with time of the voltage applied to the LED after the change. In this embodiment, it is normally black. Although the voltage level applied to the source electrode is described with reverse polarity for the sake of explanation, the transmittance of the liquid crystal is actually increased when no voltage is applied. In FIG. 4, t1 represents the time from when the source voltage is applied until the liquid crystal transmittance becomes the highest. Also, TR in FIG. 5 is the maximum value of the transmittance of the liquid crystal when a voltage is applied to the source electrode. It can be seen from FIG. 4 that the response of the liquid crystal transmittance is slow compared to the normal temperature, the rise time and the fall time are slow, and the transmittance is also low as a whole. In addition, when it is desired to light a monochromatic field, the fall time of the liquid crystal becomes long in the monochromatic field. For this reason, when the liquid crystal transmittance is not sufficiently lowered, the LED in the next field emits light, which causes color mixing. As a result, the NTSC ratio and the brightness are lowered at low temperatures, which causes a reduction in the image quality of the display image on the
低温時においては、液晶の透過率が下がり、透過率の立ち上がり、立下り時間が長くなり、混色が発生することがある。また低温時には、液晶パネル2が、青みがかるという特性がある。そこで、全赤表示の時などは、本実施例のLED印加電圧の経時変化を表す図4(4)のように、液晶の透過率が高い時間に効果的にLEDの光を透過させる為に、液晶透過率が高い期間にLEDを点灯させて、更に液晶の透過率が十分に下がりきらないときに、次のフィールドのLEDが発光しないようにLED発光パルス幅を短縮して、LEDに印加する電圧を高くした。また、全白表示のとき本実施例のLED印加電圧の経時変化を表す図5(3)のように、液晶パネル2の青みがかるのを防ぐ為に、青LEDの発光時間を他のフィールドより短縮することとした。また、青LEDに印加する電圧を低くしたり、赤LEDの発光時間を他のフィールドより長くしたり、赤LEDに印加する電圧を高く設定することでも同様な効果が得られる。このようにすることで低温時に1フィールド内での混色もなく、青みがかる事もなく、高い輝度が維持できる。このような駆動方法により、低温時の画質の低下を防ぐことができる。
At low temperatures, the transmittance of the liquid crystal decreases, the rise and fall times of the transmittance increase, and color mixing may occur. Further, at low temperatures, the
本実施例では、動作温度範囲の中でNTSC比90%、輝度200cd/m2が実現できるように、予めデータを取っておくこととした。動作温度範囲の中で、5℃刻みで、LED発光パルス幅とLED駆動電圧Vfのデータを求めて作成した温度テーブルを表1に示す。 In this example, data was previously collected so that an NTSC ratio of 90% and a luminance of 200 cd / m 2 could be realized within the operating temperature range. Table 1 shows a temperature table created by obtaining the LED light emission pulse width and the LED drive voltage Vf at intervals of 5 ° C. within the operating temperature range.
本実施例では、フレーム周波数80Hz、フィールド反転の条件で、常温で赤のLEDの駆動電圧Vfは2V、青、緑のLEDの駆動電圧Vfは3.5V、LED発光パルス幅t4は2msに設定してある。低温側ではLEDの駆動電圧Vfは最大で5Vに設定できる。また、LEDの発光パルス幅t4は最小で0.7msに設定できる。LEDの駆動電圧Vfは液晶やLEDの温度特性によって異なることがある。温度による液晶透過率、LEDの特性の変化が激しく、細かい温度調整を行いたい時は、温度の刻みを更に細かくして、温度テーブルを作成する必要がある。温度による液晶透過率、LEDの特性変化が小さい時は、温度の刻みを大きくとり、温度テーブルを作成しても問題はない。また、液晶パネル2やLEDによる個体差が大きいときは、液晶表示装置1それぞれで温度特性を測定して、液晶表示装置1各々の温度テーブルが必要になる。また本実施例では、EEPROM9を液晶表示装置1の中に組み込んだが、液晶表示装置1の外部の不揮発性記憶素子に記録しても問題はない。
In this embodiment, under the conditions of a frame frequency of 80 Hz and field inversion, the drive voltage Vf of the red LED at room temperature is set to 2 V, the drive voltage Vf of the blue and green LEDs is set to 3.5 V, and the LED light emission pulse width t4 is set to 2 ms. It is. On the low temperature side, the LED drive voltage Vf can be set to 5 V at the maximum. Further, the light emission pulse width t4 of the LED can be set to 0.7 ms as a minimum. The LED driving voltage Vf may differ depending on the temperature characteristics of the liquid crystal and the LED. When the liquid crystal transmittance and the LED characteristics change drastically depending on the temperature and it is desired to finely adjust the temperature, it is necessary to create a temperature table with finer temperature increments. When the liquid crystal transmittance and the LED characteristic change due to temperature are small, there is no problem even if the temperature step is taken and the temperature table is created. Further, when the individual difference between the
以上のような駆動方法で、液晶表示装置1は、予め測定しておいた温度テーブルによって、各温度に応じた適切な駆動方法で、低温時も常温時と変わらない高いNTSC比、高い輝度を維持することが可能となる。
With the driving method as described above, the liquid
図6を用いて本実施例を詳細に説明する。図6は、高温時でのソース電極に印加される電圧、液晶の画素の透過率、LEDに印加する電圧の経時変化を表している。上から順番に、図6(1)にソース電極に印加される電圧レベルを、図6(2)に液晶の透過率を、図6(3)に本実施例による変更前のLEDに印加される電圧レベルを、図6(4)に本実施例による変更後のLEDに印加される電圧レベルを示している。本実施例ではノーマリーブラックである。ソース電極に印加される電圧レベルは、説明の為、逆極性で記述したが、実際は電圧が印加されない時に、液晶の透過率が上昇することになっている。常温時と比べて、液晶透過率の反応が早くなるで、液晶透過率の立ち上がり、立ち下がり共に急峻になる。そのため、LEDの光が液晶を透過している時間が増え、輝度が高くなり、LEDの消費電流を効率よく使用していなかった。そこで、高温時にLEDの消費電流を効率的に使うために、以下のように駆動することとした。すなわち、図6(1)においてソース電極に電圧を印加したタイミングで、図6(4)のようにLEDに電圧を印加し、印加電圧が立ち下がるときに、LEDの印加電圧を立ち下げる。この時、LEDに印加する電圧は、低く設定することとした。常温より高い温度環境においては、液晶の透過率が高いので、常温時と同等の輝度が得られる。またLEDに印加する電圧が低いので、常温時より消費電力が抑えられることとなる。 The present embodiment will be described in detail with reference to FIG. FIG. 6 shows changes over time in the voltage applied to the source electrode at high temperature, the transmittance of the pixels of the liquid crystal, and the voltage applied to the LED. In order from the top, FIG. 6 (1) shows the voltage level applied to the source electrode, FIG. 6 (2) shows the liquid crystal transmittance, and FIG. 6 (3) shows the voltage applied to the LED before the change according to this embodiment. FIG. 6 (4) shows the voltage level applied to the LED after the change according to this embodiment. In this embodiment, it is normally black. Although the voltage level applied to the source electrode is described with reverse polarity for the sake of explanation, the transmittance of the liquid crystal is actually increased when no voltage is applied. The response of the liquid crystal transmittance is faster than that at normal temperature, and the rise and fall of the liquid crystal transmittance are both steep. For this reason, the time during which the LED light is transmitted through the liquid crystal is increased, the luminance is increased, and the current consumption of the LED is not efficiently used. Therefore, in order to efficiently use the current consumption of the LED at a high temperature, the driving is performed as follows. That is, when the voltage is applied to the source electrode in FIG. 6A, the voltage is applied to the LED as shown in FIG. 6D, and when the applied voltage falls, the applied voltage of the LED is lowered. At this time, the voltage applied to the LED was set low. In a temperature environment higher than normal temperature, the liquid crystal has high transmittance, so that the same luminance as that at normal temperature can be obtained. Further, since the voltage applied to the LED is low, the power consumption can be suppressed from the normal temperature.
本実施例では、実施例1と同じようにNTSC比90%、輝度200cd/m2が実現できるように、LED発光パルス幅とLEDに流す電流量を動作温度範囲の中を5℃刻みで各データを求めて作成した温度テーブルを表2に示す。 In the present embodiment, as in the first embodiment, the LED light emission pulse width and the amount of current flowing through the LED are set in 5 ° C. increments within the operating temperature range so that an NTSC ratio of 90% and a luminance of 200 cd / m 2 can be realized. Table 2 shows the temperature table created by obtaining the data.
以上のような駆動方法を用いることで、液晶表示装置1は、予め測定しておいた温度テーブルによって、高温時に各温度に応じた適切な駆動方法で、常温時と変わらない高いNTSC比、高い輝度を維持したまま、消費電力を小さくすることが可能となる。
By using the driving method as described above, the liquid
低温時にLEDの印加電圧、発光パルス幅を温度で制御することで、常温時と同じ画質を維持することが出来る。また高温時においては、LED印加電圧、LED発光パルス幅を温度で制御することで、消費電力の削減が可能になる。すなわち動作範囲内で、高画質を維持できることとなる。 By controlling the applied voltage and light emission pulse width of the LED at a low temperature, the same image quality as that at a normal temperature can be maintained. In addition, at high temperatures, power consumption can be reduced by controlling the LED applied voltage and LED light emission pulse width with temperature. That is, high image quality can be maintained within the operating range.
1 液晶表示装置
2 液晶パネル
3 バックライト
4 LEDドライバー
5 MPU
6 ソースドライバー
7 ゲートドライバー
8 電源回路
9 EEPROM
10 温度センサー
11 I/O
12 データバス
DESCRIPTION OF
6
10 Temperature sensor 11 I / O
12 Data bus
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