JP2007279304A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化や液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収することができる液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】ＴＦＴアレイ部１４ａの応答速度測定領域に設けたフォトセンサ１４ｄに測定用駆動電圧を印加して応答速度測定領域の液晶を駆動する。このとき、応答速度測定領域を透過したバックライトからの光をフォトセンサ１４ｄで検出して液晶の応答速度を検出する。この応答速度に基づいて、映像データ強調回路１２で得られた強調データを補正し、この補正値を用いて映像データを表示する。これにより、温度変化や液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収することができ、表示品質を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、携帯電話機やノート型のパソコンなどの表示手段を備える電子機器に用いられる液晶表示装置に関し、特にアクティブマトリクス型の液晶表示装置に関する。

従来、アクティブマトリクス型の液晶表示装置では、応答時間を短縮する、すなわち液晶分子の動作を早めるために、オーバドライブと呼ばれる手法が用いられている。オーバドライブ手法は、現在の映像データを１つ前の映像データと比較し、その差分により補正値を決定して現在の映像データ値を補正するものである。例えば、映像データ（以下、映像データという）を一時的に保持するようにするとともに、液晶特性の平均的な映像データに合わせて作成された比較テーブルから現在の映像データと１つ前の映像データとに対応する強調レベルを取得して、その強調レベルを用いて現在の映像データを強調する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１１は、この種の液晶表装置の概略構成を示すブロック図である。図１１に示す液晶表示装置は、映像データを格納するフレームメモリ１０１と、同期信号にしたがってフレームメモリ１０１に格納した映像データを出力する制御を行う制御回路１０２と、映像データを強調する映像データ強調回路１０３と、強調された映像データを表示する液晶パネル１０４とから主に構成される。映像データ強調回路１０３は、現在の映像データと１つ前の映像データとから強調レベルが得られる比較テーブル１０３ａを有する。液晶パネル１０４は、ＴＦＴアレイ部１０４ａと、信号駆動回路１０４ｂと、走査駆動回路１０４ｃとを有する。このような構成を有する液晶表示装置において、映像データ強調回路１０３、１フレーム前の映像データと現在の映像データとに対応する強調レベルを比較テーブル１０３ａから読み出し、該強調レベルにしたがって現在の映像データのレベル補正を行い、それを出力信号として液晶パネル１０４に出力する。
特開２００２−０６２８５０号公報

しかしながら、従来の液晶表示装置においては、時間的に前後する２つの映像データと、液晶パネル１０４の応答が１表示周期内に略完了する映像データが書き込まれた比較テーブル１０３ａとから現在の映像データのレベル補正を行うのみであり、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収することができず、表示品質の向上が望めないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、温度変化や液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、表示画素及び応答速度測定領域を有する液晶パネルと、現在の映像データと１つ前の映像データとの差分に基づいて現在の映像データを強調して強調データを出力する映像データ強調手段と、前記応答速度測定領域において前記液晶パネルを透過する光を検出する光検出手段と、前記光検出手段による検出結果に基づいて前記強調データを補正する補正手段と、を具備することを特徴とする。

この構成によれば、液晶パネルを透過する光を検出して液晶の応答特性を直接検出し、その応答特性に基づいて強調データを補正するので、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収することができ、表示品質向上を図ることができる。

本発明の液晶表示装置においては、前記光検出手段がフォトセンサであることが好ましい。この場合において、前記補正手段は、前記液晶パネルに電圧を印加したときの前記フォトセンサの出力電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間と、前記強調データの補正値とを関連づけたテーブルを有することが好ましく、あるいは、前記補正手段は、前記液晶パネルに電圧を印加したときの前記フォトセンサの出力電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間から前記強調データの補正値を算出する演算手段を有することが好ましい。

本発明の液晶表示装置においては、前記光検出手段は、前記液晶パネルの表示領域に照射される光を検出できる位置に配置されたことが好ましい。この構成によれば、表示領域で使用するバックライトを液晶の応答特性検出にも使用することができるので、専用のバックライトを設ける必要がない。

本発明の液晶表示装置によれば、表示画素及び応答速度測定領域を有する液晶パネルと、現在の映像データと１つ前の映像データとの差分に基づいて現在の映像データを強調して強調データを出力する映像データ強調手段と、前記応答速度測定領域において前記液晶パネルを透過する光を検出する光検出手段と、前記光検出手段による検出結果に基づいて前記強調データを補正する補正手段と、を具備するので、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収でき、表示品質を改善することができる。

液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきの主なものとして、温度変化による液晶の応答特性の変化がある。一般に、液晶の応答時間は、図１に示すように、温度によって変化することが知られている。すなわち、図１から分かるように、液晶の応答時間は温度が低いほど遅くなる。一方、液晶の応答は、液晶パネルの光の透過状態であるので、液晶パネルの光の透過状態を検出することにより、液晶の応答を直接検出することができる。

本発明者はこの点に着眼したものであり、液晶パネルの光の透過状態を検出して、液晶の応答速度を直接検出し、その検出結果に基づいてオーバドライブ処理における映像データの強調データを補正することにより、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収できることを見出し本発明をするに至った。すなわち、本発明の骨子は、表示画素及び応答速度測定領域を有する液晶パネルと、現在の映像データと１つ前の映像データとの差分に基づいて現在の映像データを強調して強調データを出力する映像データ強調手段と、前記応答速度測定領域において前記液晶パネルを透過する光を検出する光検出手段と、前記光検出手段による検出結果に基づいて前記強調データを補正する補正手段と、を具備する液晶表示装置により、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収し、表示品質を改善することである。

以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態においては、光検出手段による検出結果に基づいて映像データ強調手段で強調した強調データを補正する補正手段が、液晶パネルに電圧を印加したときの光検出手段であるフォトセンサの出力電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間と、強調データの補正値とを関連づけたテーブルを有する場合について説明する。

図２は、本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図２に示す液晶表示装置は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を能動素子とするアクティブマトリクス型液晶表示装置である。この液晶表示装置は、１つ前のタイミングの入力映像データを格納するフレームメモリ１１と、現在の入力映像データと１つ前の入力映像データとの間の差分に基づいて入力映像データを強調して強調データを出力する映像データ強調回路１２と、映像データ強調回路１２からの強調データを補正する補正部１３と、映像データを表示する液晶パネル１４と、液晶パネルの応答時間を測定する応答時間測定回路１５と、応答時間の検出のタイミングを制御するタイミング発生回路１６とから主に構成されている。

映像データ強調回路１２は、図３に示すような比較テーブル１２ａを有する。この比較テーブル１２ａは、すべての信号レベル変化の組み合わせにおいて、信号レベルが変化した場合に応答が１表示周期内に過不足なく完了するデータで構成されている。図３においては、データが２５６（８ビット）×２５６（８ビット）のマトリクス状に表記される。これにより、入力された映像データ（現画像データ）は、比較テーブル１２ａのアドレス内の８ビットに入力されると共に、フレームメモリ１１にも入力される。フレームメモリ１１からは１表示周期分遅延したデータ（前画像データ）が比較テーブル１２ａに出力され、この遅延したデータが比較テーブル１２ａのアドレスの残り８ビットに入力される。その結果、比較テーブル１２ａに入力された現画像データと前画像データとから強調データが求められる。この強調データは、オーバドライブ処理が行われた映像データである。このように強調された映像データは補正部１３に出力される。

補正部１３は、図４に示すような補正テーブル１３ａを有する。この補正テーブル１３ａは、後述するフォトセンサの応答時間に対応するカウント値と上記強調データとの組み合わせにおいて、カウント値に対応する強調データの補正値で構成されている。これにより、補正部１３に入力された強調データは、補正テーブル１３ａの一方のアドレスに入力される。後述する応答時間測定回路１５のレジスタ１５ａからはフォトセンサの応答時間に対応するカウント値が補正テーブル１３ａに出力され、このカウント値が補正テーブル１３ａの他方のアドレスに入力される。その結果、補正テーブル１３ａに入力された強調データとカウント値とから補正値が求められる。この補正値は、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上の変動に対応したものであり、これらのばらつきを吸収した強調データである。このように補正された強調データは液晶パネル１４に出力される。

液晶パネル１４は、通常のアクティブマトリクス型の液晶表示装置に用いられる液晶パネルであり、ＴＦＴアレイ部１４ａを有するＴＦＴ基板と対向基板とが対向配置され、両者の間に液晶層が挟持されて構成されている。ＴＦＴ基板と対向基板には、それぞれ液晶制御層として、電極や配向膜などが形成されている。ＴＦＴ基板の各ＴＦＴのソース電極には、信号駆動回路１４ｂが電気的に接続されており、ＴＦＴ基板の各ＴＦＴのゲート電極には、走査駆動回路１４ｃが電気的に接続されている。そして、信号駆動回路１４ｂは、補正部１３と電気的に接続されている。

ＴＦＴアレイ部１４ａは、図５に示すように、ガラス基板２１，２２と、ガラス基板２１，２２間に挟持された液晶層２３とから主に構成されている。ＴＦＴ基板であるガラス基板２１の液晶層２３と当接する面上には、ＴＦＴ２４が設けられている。このＴＦＴ２４は、図６に示すように、ガラス基板２１上に形成されたゲート電極２４ａと、ゲート電極２４ａ上にゲート絶縁膜２４ｂを介して形成された半導体層２４ｃと、半導体層２４上に分離して形成された不純物半導体層２４ｄと、不純物半導体層２４ｄ上にそれぞれ形成されたドレイン電極２４ｅ及びソース電極２４ｆと、ドレイン電極２４ｅ及びソース電極２４ｆ上に形成された層間絶縁膜２４ｇとから構成される。そして、ガラス基板２１上には、ＴＦＴ２４のソース電極２４ｆと電気的に接続するように画素電極２５が形成されている。

一方、対向基板であるガラス基板２２の液晶層２３と当接する面上には、共通電極２６が形成されている。ガラス基板２１，２２の液晶層２３と反対側の面上には、それぞれ偏光板２７，２８が配置されている。このような構成の液晶パネル２４に対してガラス基板２１の外側からバックライトの光が照射される。また、ＴＦＴ基板と対向基板との間に駆動電圧が印加される。なお、ここでは、液晶パネル１４のＴＦＴアレイ部１４ａを表示領域という。

ＴＦＴアレイ部１４ａには、上述した表示領域以外の領域に応答速度測定領域が設けられており、この応答速度測定領域に光検出手段であるフォトセンサ１４ｄが設けられている。フォトセンサ１４ｄは、図７に示すように、図５に示すＴＦＴアレイ部１４ａの構造に反射層２９を設けた構造を有する。すなわち、対向基板であるガラス基板２２の外側の偏光板２８上に反射層２９を設ける。このフォトセンサ１４ｄは、液晶パネル１４の表示領域に照射される光を検出できる位置に配置される。これにより、表示領域で使用するバックライトを液晶の応答特性検出にも使用することができるので、専用のバックライトを設ける必要がない。また、表示領域以外の応答速度測定領域にフォトセンサ１４ｄを設けるので、フォトセンサ１４ｄはＴＦＴアレイ部１４ａと異なる電極を用いることができ、液晶パネル１４の表示と異なる測定用の駆動電圧を印加することができる。

このフォトセンサ１４ｄは、液晶の応答速度を検出するものであり、タイミング発生回路１６から入力されるタイミング信号で動作する。タイミング信号にしたがって、ＴＦＴ基板と対向基板との間に測定用駆動電圧を印加すると、応答速度測定領域の液晶が駆動する。バックライトからの光（図７における破線）は、液晶パネル１４を透過して反射層２９で反射してフォトセンサ１４ｄに入射する。フォトセンサ１４ｄの出力は、図１に示すように応答時間測定回路１５に出力される。

応答時間測定回路１５は、タイミング発生回路１６からのタイミング信号で動作し、フォトセンサ１４ｄの立ち上がり時間と立ち下がり時間をカウントし、カウント値を出力する。ここで、図８は応答時間測定タイミングを示すチャートである。図８において、液晶駆動電圧（測定用電圧）が印加された時点から液晶の応答遅延によってセンサ出力（フォトセンサ１４ｄの出力電圧）が徐々に増加し、液晶駆動電圧を印加した時点からセンサ出力が所定の閾値ＴＨを超えるまでの時間（立ち上がり時間ｔｒ）と、液晶駆動電圧の印加を停止した時点からセンサ出力が閾値ＴＨを下回るまでの時間（立ち下がり時間ｔｆ）がカウントされる。そして、立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆから求められるカウント値がレジスタ１５ａに一時記憶される。その後、カウント値が補正部１３の補正テーブル１３ａにアドレスとして入力される。なお、立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆから求められるカウント値が液晶の応答時間に対応する。

次に、上記構成を有する液晶表示装置の動作について説明する。
液晶表示装置のタイミング発生回路１６から応答時間測定回路１５とフォトセンサ１４ｄにそれぞれタイミング信号が出力される。このタイミングは、液晶表示装置の表示タイミングとは別のタイミングである。なお、応答速度測定タイミングと表示タイミングとが同期していても良い。この応答時間測定タイミングにしたがって、ＴＦＴアレイ部１４の応答速度測定領域に設けられたフォトセンサ１４ｄに測定用駆動電圧が印加される。これにより、応答速度測定領域の液晶が駆動される。この応答速度測定タイミング及び測定用駆動電圧は、液晶パネル１４の表示タイミング及び駆動電圧と独立したタイミング及び駆動電圧とする。

応答速度測定領域の液晶が駆動された状態において、バックライトからの光は、液晶パネル１４を透過して反射層２９で反射してフォトセンサ１４ｄに入射する。フォトセンサ１４ｄにおいては、上述したように、出力波形の立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆとによりカウント値が求められ、そのカウント値が応答時間測定回路１５に出力される。応答時間測定回路１５は、フォトセンサ１４ｄから出力されたカウント値をレジスタ１５ａに一時記憶し、補正部１３の補正テーブル１３ａに出力する。補正テーブル１３ａにおいては、カウント値がアドレスとして入力される。

一方、映像データが入力されると、フレームメモリ１１及び映像データ強調回路１２に送られる。現在の映像データが映像データ強調回路１２に出力されると共に、フレームメモリ１１に格納された１つ前の映像データが映像データ強調回路１２に出力される。この１つ前の映像データは、液晶パネル１４に出力される同期信号にしたがって制御回路１１ａにより映像データ強調回路１２に出力される。

現映像データは、映像データ強調回路１２の比較テーブル１２ａの一方のアドレスに入力され、１つ前の映像データは、比較テーブル１２ａの他方のアドレスに入力される。そして、比較テーブル１２ａに入力された現画像データと前画像データとから強調データが求められる。この強調データは、オーバドライブ処理が行われた映像データとして補正部１３に出力される。

強調データが補正部１３の補正テーブル１３ａの一方のアドレスに入力され、応答時間測定回路１５からのカウント値が補正テーブル１３ａの他方のアドレスに入力される。そして、補正テーブル１３ａに入力された強調データとカウント値とから補正値が求められる。この補正値が液晶パネル１４に出力される。液晶パネル１４においては、この補正値を用いて映像データを表示する。

このように、本実施の形態の液晶表示装置は、フォトセンサにより液晶の応答速度（応答時間）を直接測定しているので、温度などの要因により液晶の応答速度が変化しても、温度だけでなくセルギャップや液晶材料のばらつきなども含めた補正が可能となり、常に最適な補正量が得られる。その結果、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収でき、表示品質を改善することができる。

また、フォトセンサを表示領域以外の領域に設け、液晶パネルの駆動電圧と独立してフォトセンサに測定用駆動電圧を印加するので、液晶パネルの表示タイミングに影響を受けることなく、任意の電圧とタイミングで液晶の応答速度を測定することができる。例えば、１フレームの表示を行う間に数段階の組み合わせで中間調の応答速度を測定し、次のフレームからその応答速度に応じた補正値を用いて中間調表示を行うことができる。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、光検出手段による検出結果に基づいて映像データ強調手段で強調した強調データを補正する補正手段が、液晶パネルに電圧を印加したときの光検出手段の出力電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間から強調データの補正値を算出する演算手段を有する場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図９において図２と同じ部分については図２と同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

図９に示す液晶表示装置は、補正テーブル１３ａを有する補正部１３の代わりに、レジスタ１５ａに格納した応答時間に対応するカウント値を用いて補正係数を求める補正係数演算回路１７を備えている。この補正係数演算回路１７は、図１０に示すように、立ち上がりカウント値及び立ち下がりカウント値の補正係数を求めるデータ切り替え部１７１と、データ切り替え部１７１で得られた補正係数を強調データに加算する加算部１７２とから構成されている。データ切り替え部１７１においては、液晶の応答時間に対応する立ち上がりカウント値及び立ち下がりカウント値間の測定カウント差と基準カウント差との間の倍率を補正係数として求める。補正係数演算回路１７を備えることにより、補正テーブル１３ａを省略することができ、メモリの効率化を図ることができる。

次に、上記構成を有する液晶表示装置の動作について説明する。
実施の形態１と同様に、液晶表示装置のタイミング発生回路１６から応答時間測定回路１５とフォトセンサ１４ｄにそれぞれタイミング信号が出力される。このタイミングは、液晶表示装置の表示タイミングとは別のタイミングである。なお、応答時間測定タイミングと表示タイミングとが同期していても良い。この応答時間測定タイミングにしたがって、ＴＦＴアレイ部１４ａの応答速度測定領域に設けられたフォトセンサ１４ｄに測定用駆動電圧が印加される。これにより、応答速度測定領域の液晶が駆動される。

応答速度測定領域の液晶が駆動された状態において、バックライトからの光は、液晶パネル１４を透過して反射層２９で反射してフォトセンサ１４ｄに入射する。フォトセンサ１４ｄにおいては、上述したように、出力波形の立ち上がり時間ｔｒと立ち下がり時間ｔｆとによりカウント値が求められ、そのカウント値が応答時間測定回路１５に出力される。応答時間測定回路１５は、フォトセンサ１４ｄから出力されたかウント値をレジスタ１５ａに一時記憶し、補正係数演算回路１７のデータ切り替え部１７１に出力する。データ切り替え部１７１では、立ち上がりカウント値及び立ち下がりカウント値から補正係数を求め、その補正係数を加算部１７２に出力する。

一方、映像データが入力されると、フレームメモリ１１及び映像データ強調回路１２に送られる。現在の映像データが映像データ強調回路１２に出力されると共に、フレームメモリ１１に格納された１つ前の映像データが映像データ強調回路１２に出力される。この１つ前の映像データは、液晶パネル１４に出力される同期信号にしたがって制御回路１１ａにより映像データ強調回路１２に出力される。

現映像データは、映像データ強調回路１２の比較テーブル１２ａの一方のアドレスに入力され、１つ前の映像データは、比較テーブル１２ａの他方のアドレスに入力される。そして、比較テーブル１２ａに入力された現画像データと前画像データとから強調データが求められる。この強調データは、オーバドライブ処理が行われた映像データとして補正係数演算回路１７の加算部１７２に出力される。加算部１７２において、強調データに補正係数が加算されて補正値が求められる。この補正値が液晶パネル１４に出力される。液晶パネル１４においては、この補正値を用いて映像データを表示する。

このように、本実施の形態の液晶表示装置も、フォトセンサにより液晶の応答速度（応答時間）を直接測定しているので、温度などの要因により液晶の応答速度が変化しても、温度だけでなくセルギャップや液晶材料のばらつきなども含めた補正が可能となり、常に最適な補正量が得られる。その結果、温度変化や個々の液晶パネルにおけるハードウェア特性上のばらつきを吸収でき、表示品質を改善することができる。また、この場合においても、フォトセンサを表示領域以外の領域に設け、液晶パネルの駆動電圧と独立してフォトセンサに測定用駆動電圧を印加するので、液晶パネルの表示タイミングに影響を受けることなく、任意の電圧とタイミングで液晶の応答速度を測定することができる。

本発明の液晶表示装置は、パーソナルコンピュータで使用されるモニタや液晶テレビ受信機などの電子機器への適用が可能である。

液晶の応答時間と温度との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 図２に示す液晶表示装置の映像データ強調回路の比較テーブルの一例を示す図である。 図２に示す液晶表示装置の補正部の補正テーブルの一例を示す図である。 図２に示す液晶表示装置のＴＦＴアレイ部を示す断面図である。 図５に示すＴＦＴアレイ部の薄膜トランジスタの構造を示す断面図である。 図２に示す液晶表示装置のフォトセンサを示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 図９に示す液晶表示装置の補正係数演算回路の構成を示す図である。 従来の液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１１ フレームメモリ
１１ａ 制御回路
１２ 映像データ強調回路
１２ａ 比較テーブル
１３ 補正部
１３ａ 補正テーブル
１４ 液晶パネル
１４ａ ＴＦＴアレイ部
１４ｂ 信号駆動回路
１４ｃ 走査駆動回路
１４ｄ フォトセンサ
１５ 応答時間測定回路
１５ａ レジスタ
１６ タイミング発生回路
１７ 補正係数演算回路
２１，２２ ガラス基板
２３ 液晶層
２４ ＴＦＴ
２５ 画素電極
２６ 共通電極
２７，２８ 偏光板
２９ 反射層

Claims (5)

1. 表示画素及び応答速度測定領域を有する液晶パネルと、現在の映像データと１つ前の映像データとの差分に基づいて現在の映像データを強調して強調データを出力する映像データ強調手段と、前記応答速度測定領域において前記液晶パネルを透過する光を検出する光検出手段と、前記光検出手段による検出結果に基づいて前記強調データを補正する補正手段と、を具備することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記光検出手段がフォトセンサであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記補正手段は、前記液晶パネルに電圧を印加したときの前記フォトセンサの出力電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間と、前記強調データの補正値とを関連づけたテーブルを有することを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記補正手段は、前記液晶パネルに電圧を印加したときの前記フォトセンサの出力電圧の立ち上がり時間及び立ち下がり時間から前記強調データの補正値を算出する演算手段を有することを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
5. 前記光検出手段は、前記液晶パネルの表示領域に照射される光を検出できる位置に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の液晶表示装置。

Images