JP2008164844A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源投入直後において一時的に発生する表示パネルの一時的な高輝度表示を防止する。
【解決手段】 液晶表示装置は、液晶表示パネルＤＰと、液晶表示パネルを照明するバックライトＢＬと、表示パネルＤＰおよびバックライトＢＬを制御する制御ユニットＣＮＴとを備える。制御ユニットＣＮＴは電源投入後において安定な点灯状態を確保してから所定輝度へ遷移するようにバックライトＢＬを点灯させ、所定輝度への遷移が完了するまで液晶表示パネルＤＰに黒表示を行わせるように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電灯光源により液晶表示パネルを照明する液晶表示装置に係り、特に電源投入後に放電灯光源の輝度を調整する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置に代表される平面表示装置は、パーソナルコンピュータ、情報携帯端末、テレビジョン、あるいはカーナビゲーションシステム等の表示装置として広く利用されている。

液晶表示装置は、一般に複数の液晶画素のマトリクスアレイを含む表示パネル、この表示パネルを照明するバックライト、並びにこれら表示パネル及びバックライトを制御する表示制御回路を有する。典型的な表示パネルはアレイ基板および対向基板間に液晶層を挟持した構造を有する。

アレイ基板はマトリクス状に配置される複数の画素電極を有し、対向基板はこれら画素電極に対向する共通電極を有する。画素電極および共通電極はこれら電極間に配置される液晶層の画素領域と共に液晶画素を構成し、画素領域内の液晶分子配列を画素電極および共通電極間の電界によって制御する。表示制御回路では、各画素に対するデジタル表示信号が所定数の階調基準電圧を選択的に用いて画素電圧に変換され表示パネルに出力される。画素電圧は共通電極の電位を基準として画素電極に印加される電圧である。

上述のバックライトとしては、例えば冷陰極蛍光灯が用いられている。この冷陰極蛍光灯は、一般にインバータを用いて印加される交流点灯電圧により駆動される（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１０−９０６４７号公報

ところで、表示パネルを暗い環境で使用する場合の経験として、画面が明るすぎると感じることが良くある。この原因は、表示パネルが通常の環境で得られる周囲の明るさに適合する輝度のバックライトで照明されることにある。表示パネルが例えば、カーナビゲーションシステムの一部として車輌に搭載され、夜間の走行中に使用される場合には、運転に支障を生じない程度にまで画面の明るさを抑えることが求められる。
しかしながら、液晶表示装置が暗い環境で画面の明るさを抑えるためにバックライトの輝度を調整する構造であっても次のような問題が電源投入直後において生ずる。

液晶表示装置の電源電圧が電源投入によって所定値まで上昇して安定すると、図７に示すように表示パネルが表示動作を開始し、これに続いてバックライトがインバータから所定周期で出力される交流点灯電圧により点灯する。所定周期に対する交流点灯電圧のデューティ比は、パルス幅変調信号（ＰＷＭ）の制御によって最初に大きく設定され、バックライトの安定な放電状態が確保されてから小さく変更される。このような制御は、バックライトが長時間オフの状態（消灯状態）に放置された後に生ずる点灯遅れ、あるいは不点灯といった不具合を防止して迅速かつ確実にバックライトを点灯させるために必要である。すなわち、電源投入直後において表示パネルの画面の明るさを抑える調光を有効にすることはできない。

このような理由から、液晶表示装置の電源を投入すると、表示パネルの画面全体が一瞬明るく輝いてから調光された表示状態に移行する。この現象は、運転の支障にならないようにできるだけ画面の明るさを抑えたいユーザに対して発生させるべきではない。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、電源投入直後に一時的に発生する表示パネルの高輝度表示を防止することのできる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、液晶表示パネルと、液晶表示パネルを照明するバックライトと、表示パネルおよびバックライトを制御する制御ユニットとを備え、制御ユニットは電源投入後において安定な点灯状態を確保してから所定輝度へ遷移するようにバックライトを点灯させ、所定輝度への遷移が完了するまで液晶表示パネルに黒表示を行わせるように構成される液晶表示装置が提供される。

この液晶表示装置によれば、電源投入直後に一時的に発生する表示パネルの高輝度表示を防止することができる。

以下、本発明の一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す図である。液晶表示装置は、複数の液晶画素ＰＸを有する液晶表示パネルＤＰ、液晶表示パネルＤＰを照明する、例えば放電灯を用いたランプ光源であるバックライトＢＬ、および表示パネルＤＰとバックライトＢＬとを制御する制御ユニットＣＮＴを備える。表示パネルＤＰはアレイ基板２および対向基板３間に液晶層４を挟持した構造であり、ノーマリホワイトモードで動作する。

アレイ基板２は、複数の画素電極ＰＥ、複数のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）、複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、画素スイッチング素子Ｗ、ゲートドライバ１０、およびソースドライバ２０を有する。
画素電極ＰＥは、例えばガラス等の透明絶縁基板上にマトリクス状に配置される。ゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）は、複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置される。ソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）は、複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される。画素スイッチング素子Ｗは、これらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍に配置される。ゲートドライバ１０は、複数のゲート線Ｙを１水平表示期間に１本の割合で順次駆動する。ソースドライバ２０は、各ゲート線Ｙが駆動される間に複数のソース線Ｘを駆動する。

各画素スイッチング素子Ｗは例えばポリシリコン薄膜トランジスタからなる。この場合、薄膜トランジスタのゲートが１ゲート線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスが１ソース線Ｘおよび１画素電極ＰＥ間に接続される。尚、ゲートドライバ１０は画素スイッチング素子Ｗと同一工程で同時に形成されるポリシリコン薄膜トランジスタを用いて構成される。また、ソースドライバ２０はＣＯＧ（Chip On Glass）技術によりアレイ基板２にマウントされた集積回路（ＩＣ）チップである。

対向基板３は例えばガラス等の透明絶縁基板上に配置されるカラーフィルタ（図示せず）、および複数の画素電極ＰＥに対向してカラーフィルタ上に配置される共通電極ＣＥ等を含む。
各画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥは例えばＩＴＯ等の透明電極材料からなる。画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間には、これら電極ＰＥ，ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層４が配置される。電極ＰＥ，ＣＥと液晶層４の画素領域とは共に液晶画素ＰＸを構成する。
また、全ての画素ＰＸは補助容量Ｃｓを有する。これら補助容量Ｃｓはアレイ基板２側において複数行の画素電極ＰＥにそれぞれ容量結合した複数の補助容量線を共通電極ＣＥに電気的に接続することにより得られる。

制御ユニットＣＮＴは、液晶表示パネルＤＰに設けられるゲートドライバ１０およびソースドライバ２０を含み、さらに液晶表示パネルＤＰの外部に設けられるメインコントローラ１、タイミングコントローラ５、コモン電圧発生回路６、階調基準電圧発生回路７、インバータ制御回路１４およびインバータＬＤを含む。

メインコントローラ１は、電源スイッチＰＷの操作によって行われる電源投入に伴なってタイミングコントローラ５およびインバータ制御回路１４を制御する。インバータ制御回路１４は、メインコントローラ１の制御により所定周期に対して設定されたデューティ比のパルス幅変調信号（ＰＷＭ）をインバータＬＤに出力する。インバータＬＤはこのパルス幅変調信号のデューティ比に一致するデューティ比の交流点灯電圧をバックライトＢＬに出力する。バックライトＢＬはこの交流点灯電圧により駆動されて点灯する。

タイミングコントローラ５は通常外部から供給されるデジタル映像信号を画像として表示パネルＤＰに表示させるためにコモン電圧発生回路６、階調基準電圧発生回路７、ゲートドライバ１０、ソースドライバ２０を制御する。コモン電圧発生回路６は対向基板３上の共通電極ＣＥに対してコモン電圧Ｖcomを発生する。階調基準電圧発生回路７は所定数の階調基準電圧VREFを発生する。階調基準電圧VREFは、映像信号VIDEOから各画素ＰＸに対して得られる例えば６ビットの表示信号を画素電圧Ｖｓに変換するために用いられる。画素電圧Ｖsは共通電極ＣＥの電位を基準として画素電極ＰＥに印加される電圧である。

タイミングコントローラ５は、１垂直走査期間毎に順次複数のゲート線Ｙを選択するための制御信号ＣＴＹおよび、１水平走査期間（１Ｈ）毎に映像信号に含まれる１行分の画素ＰＸに対す表示信号を複数のソース線Ｘにそれぞれ割り当てるための制御信号ＣＴＸ等を発生する。ここで、制御信号ＣＴＸは１水平走査期間（１Ｈ）毎に発生されるパルスである水平スタート信号ＳＴＨ、各水平走査期間においてソース線数分発生されるパルスである水平クロック信号ＣＫＨを含む。制御信号ＣＴＹはタイミングコントローラ５からゲートドライバ１０に供給され、制御信号ＣＴＸはデジタル映像信号VIDEOと共にタイミングコントローラ５からソースドライバ２０に供給される。

ゲートドライバ１０は制御信号ＣＴＹに制御により複数のゲート線Ｙを順次選択し、画素スイッチング素子Ｗを導通させる走査信号を選択ゲート線Ｙに供給する。本実施形態においては、１水平走査期間に複数の画素ＰＸが１行ずつ順次選択状態となる。

図２は図１に示すソースドライバ２０の構成を概略的に示す図である。
ソースドライバ２０は、シフトレジスタ２１、サンプリング＆ロードラッチ２２、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換回路２３、および出力バッファ回路２４を含む。
シフトレジスタ２１は、水平スタート信号ＳＴＨを水平クロック信号ＣＫＨに同期してシフトし、デジタル映像信号VIDEOを順次直並列変換するタイミングを制御する。サンプリング＆ロードラッチ２２は、シフトレジスタ２１の制御によりデジタル映像信号VIDEOを順次ラッチして１行分の画素ＰＸに対する表示信号として並列的に出力する。デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換回路２３は、これら表示信号をアナログ形式の画素電圧Ｖsに変換する。出力バッファ回路２４は、Ｄ／Ａ変換回路２３から得られるアナログ画素電圧Ｖsを増幅する。

Ｄ／Ａ変換回路２３は、階調基準電圧発生回路７から発生される所定数の階調基準電圧VREFを参照するように構成される。

Ｄ／Ａ変換回路２３は、例えば各々抵抗ＤＡＣとして知られるような複数のＤ／Ａ変換部２３’で構成される。各Ｄ／Ａ変換部２３’はサンプリング＆ロードラッチ２２から出力されるデジタル表示信号に基づいて所定数の階調基準電圧VREFのいずれかを選択し、さらにこれを抵抗分圧することにより画素電圧Ｖsに変換する。出力バッファ回路２４は複数のＤ／Ａ変換部２３’からの画素電圧Ｖsをそれぞれソース線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，…に出力する複数のバッファアンプ２４’で構成される。

この液晶表示装置では、ゲートドライバ１０が１水平走査期間に１本のゲート線Ｙに走査信号を出力する１水平走査期間毎に、ソースドライバ２０がデジタル映像信号に含まれる１行分の画素ＰＸに対する表示信号を画素電圧Ｖsに変換してソース線Ｘ１〜Ｘｎに出力する。これらソース線Ｘ１〜Ｘｎ上の画素電圧Ｖsは走査信号によって駆動された１行分の画素スイッチング素子Ｗを介して対応する画素電極ＰＥにそれぞれ供給される。

コモン電圧Ｖcomは画素電圧Ｖsの出力タイミングに同期してコモン電圧発生回路６から共通電極ＣＥに出力される。このコモン電圧発生回路６はタイミングコントローラ５によって設定される例えば８〜１０ビット程度の数値データに対応した出力電圧を発生するＤ／Ａ変換器等を用いて構成され、例えば０Ｖおよび５．８Ｖの電圧を１水平走査期間毎に交互に出力する。このため、ソースドライバ２０側では、各Ｄ／Ａ変換部２３’がコモン電圧Ｖcomの中心レベルを基準にして画素電圧Ｖsをレベル反転させる。画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間の電位差である液晶駆動電圧を最大にする場合、画素電圧Ｖsは０Ｖのコモン電圧Ｖcomに対して５．８Ｖに設定され、５．８Ｖのコモン電圧Ｖcomに対して０Ｖに設定される。

ちなみに、画素電圧Ｖsがソースドライバ２０から５．８Ｖで出力されても、画素スイッチング素子Ｗの寄生容量に起因するフィールドスルー電圧等により例えば４．８Ｖ程度に低下して画素電極ＰＥに保持されることになる。このため、コモン電圧発生回路６から出力されるコモン電圧Ｖcomの振幅および中心レベルは実際に画素電極ＰＥに保持される画素電圧Ｖsに合わせて予め調整される。

上述の制御ユニットＣＮＴは、液晶表示装置の電源投入後において安定な点灯状態を確保してから所定輝度へ遷移するようにバックライトＢＬを点灯させ、所定輝度への遷移が完了するまで液晶表示パネルＤＰに黒表示を行わせるように構成されている。具体的には、電源投入後にコモン電圧Ｖcomを基準電位として共通電極ＣＥに印加する一方で、基準電位との電位差により黒表示を行わせる画素電圧Ｖsを複数の画素電極ＰＥに印加する。

図３は制御ユニットＣＮＴにおいて電源投入後に発生される信号のフローを示す。メインコントローラ１は電源電圧が電源投入に伴なって上昇し所定値に安定してから黒表示制御を行う。この黒表示制御では、黒表示用映像信号がこれを外部からの映像信号VIDEOの代りに出力させる制御信号と共にタイミングコントローラ５に出力される。これにより、タイミングコントローラ５は黒表示用映像信号を表示パネルＤＰ上のソースドライバ２０に出力し、各行の液晶画素ＰＸがこの黒表示用映像信号に対応して黒表示を行うようにコモン電圧発生回路６、階調基準電圧発生回路７、ゲートドライバ１０およびソースドライバ２０を制御する。

また、メインコントローラ１はこの黒表示制御の開始に伴なって点灯開始信号をインバータ制御回路１４に出力する。インバータ制御回路１４は、この点灯開始信号に応答して１００％のデューティ比に設定されるパルス幅変調信号（ＰＷＭ）をインバータＬＤに出力する。インバータＬＤはこのパルス幅変調信号のデューティ比に一致する１００％のデューティ比の交流点灯電圧でバックライトＢＬを駆動する。インバータ制御回路１４はインバータＬＤを介してフィードバックされる交流点灯電圧に基いてバックライトＢＬの安定な点灯状態が確保されたことを確認してメインコントローラ１に点灯確認信号を出力し、さらにバックライトＢＬの輝度をこのフォトセンサＰＳによって検出される明るさに適合させるようにパルス幅変調信号のデューティ比を変更する。例えば夜間の車輌内のような暗い環境では、パルス幅変調信号のデューティ比がフォトセンサＰＳの検出結果により１００％未満に変更され、これによってインバータＬＤがこのパルス幅変調信号のデューティ比に一致する１００％未満のデューティ比の交流点灯電圧でバックライトＢＬを駆動し、運転に支障を生じない程度にまで液晶表示パネルＤＰの画面の明るさを抑えるようにバックライトＢＬの輝度を低下させる。他方、メインコントローラ１はインバータ制御回路１４から出力される点灯確認信号を受取ってから、黒表示用映像信号の代りに外部からの映像信号VIDEOを出力させる制御信号をタイミングコントローラ５に出力して黒表示制御を終了する。外部からの映像信号VIDEOが黒表示映像信号に代ってタイミングコントローラ５から出力されるタイミングは、最大輝度から所定輝度への遷移に要するバックライトＢＬの遷移時間だけ少なくとも点灯確認信号の発生から遅れるように決定される。これにより、タイミングコントローラ５は外部からの映像信号VIDEOを表示パネルＤＰ上のソースドライバ２０に出力し、各行の液晶画素ＰＸがバックライトＢＬの輝度遷移後にこの映像信号VIDEOに対応して通常表示を行うようにコモン電圧発生回路６、階調基準電圧発生回路７、ゲートドライバ１０およびソースドライバ２０を制御する。

図４は、上述の液晶表示装置で電源投入後に行われる動作のタイミングを示す。

制御ユニットＣＮＴが上述のように構成される場合、液晶表示装置は図４に示すように動作する。液晶表示パネルＤＰは電源投入後に開始される黒表示制御まで非表示状態にある。黒表示制御が開始されると、この非表示状態が黒表示を行う黒表示状態へ遷移する。

表示パネルＤＰが黒表示状態にある間に、インバータＬＤがデューティ比１００％の交流点灯電圧によりバックライトＢＬを駆動すると、バックライトＢＬが点灯する。さらにバックライトＢＬの輝度が略最大まで上昇して安定な点灯状態になったことが確認されると、インバータＬＤから出力される交流点灯電圧のデューティ比が変更され、これによりバックライトＢＬが表示パネルＤＰの周囲の明るさに適合する所定輝度へ遷移する。すなわち、暗い環境で表示パネルＤＰの画面の明るさを抑える調光は電源投入直後から安定な点灯状態を確保するまで無効であり、安定な点灯状態が確保されてから有効となる。表示パネルＤＰの黒表示状態は、少なくとも所定輝度への遷移の完了まで継続される。所定輝度への遷移が実際に完了すると、表示パネルＤＰが外部からの映像信号VIDEOに対応した通常表示を行う状態となる。

この実施形態によれば、表示パネルＤＰの黒表示状態が少なくとも所定輝度への遷移の完了まで継続される。従って、電源投入後バックライトＢＬが一時的に高輝度で発光しても、その現象が表示パネルＤＰの高輝度表示として現れない。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

ちなみに、上述の実施形態の黒表示制御では、メインコントローラ１およびタイミングコントローラ５が黒表示用映像信号をソースドライバ２０に供給するように構成されている。第１変形例として、メインコントローラ１およびタイミングコントローラ５は黒表示制御において例えば階調基準電圧発生回路７から出力される所定数の階調基準電圧VREFの全てを黒表示用の画素電圧Ｖsに切換えるように構成されてもよい。このようにしても、液晶表示パネルＤＰの画面において全体的に黒表示を行うことができる。

また、第２変形例として、メインコントローラ１およびタイミングコントローラ５は黒表示制御において黒表示状態で画面をさらに暗くするために黒表示用の画素電圧Ｖsの利用に加えてコモン電圧発生回路６からのコモン電圧Ｖcomをシフトさせるように構成されてもよい。

図５は液晶表示パネルＤＰの液晶駆動電圧に対する輝度（透過率）の特性を示す。図５に示すように、液晶駆動電圧が増加するにつれて輝度は低下し、点Ｑの位置で最小となる。その後液晶駆動電圧が増加するにつれて輝度は逆に若干増加する。
ところで、通常、液晶駆動電圧は黒表示時に点Ｑでの電圧値よりもΔＶだけ小さい点Ｐでの電圧値に設定されている。従って、黒表示制御においてコモン電圧Ｖcomをシフトさせることによって、液晶駆動電圧を図６に示すようにΔＶだけ増大させれば、黒表示の輝度を低下させてさらに暗い黒表示状態を得ることができる。

上述の第１変形例のような階調基準電圧VREFの制御および第２変形例のようなコモン電圧Ｖcomの制御は任意に組み合わされることが可能である。

さらに、本発明はＴＮモード、ＯＣＢモードの液晶に限られず広く一般の液晶表示装置に適用できる。

また、インバータ制御回路１４は、フォトセンサＰＳからの検出結果を受取る代りに、例えばカーナビゲーションシステム本体等の外部から供給される液晶表示パネルＤＰの周囲の明るさに関する情報を受取り、黒表示制御の終了に伴ってこの情報から得られる明るさに適合するようにバックライトＢＬの輝度を遷移させるように構成されてもよい。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置を概略的に示すブロック図である。 図１に示すソースドライバの構成を概略的に示す図である。 図１に示す制御ユニットにおいて電源投入後に発生される信号のフローを示す図である。 図１に示す液晶表示装置で電源投入後に行われる動作のタイミングを示す図である。 図１に示す液晶表示パネルの輝度−透過率特性示す図である。 図５に示すΔＶだけ液晶駆動電圧を増大させた例を示す図である。 従来の液晶表示装置で電源投入後に行われる動作のタイミングを示す図である。

符号の説明

１…メインコントローラ、２…アレイ基板、３…対向基板、４…液晶層、５…タイミングコントローラ、６…コモン電圧発生回路、７…階調基準電圧発生回路、１０…ゲートドライバ、１４…インバータ制御回路、２０…ソースドライバ、２３…Ｄ／Ａ変換回路、２３’…Ｄ／Ａ変換部、ＶＧ１〜ＶＢ４…可変電圧発生部、３０…Ｄ／Ａ変換器、３１…出力バッファ、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極、ＰＸ…液晶画素、ＤＰ…表示パネル、ＣＮＴ…制御ユニット、ＬＤ…インバータ、Ｘ…ソース線、Ｙ…ゲート線、Ｗ…画素スイッチング素子。

Claims (6)

1. 液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを照明するバックライトと、
   前記液晶表示パネルおよび前記バックライトを制御する制御ユニットとを備え、
   前記制御ユニットは、電源投入後において安定な点灯状態を確保してから所定輝度へ遷移するように前記バックライトを点灯させ、前記所定輝度へ遷移が完了するまで前記液晶表示パネルに黒表示を行わせるように構成されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記液晶表示パネルは複数の画素電極を有する第１基板、前記複数の画素電極に対向する共通電極を有する第２基板、および前記第１および第２基板間に挟持される液晶層を含み、前記制御ユニットは電源投入に伴なってコモン電圧を基準電位として前記共通電極に印加する一方で、前記基準電位との電位差により前記黒表示を行わせる画素電圧を前記複数の画素電極に印加するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記制御ユニットはさらに電源投入に伴なって前記複数の画素電極および前記共通電極間の電位差を増大させる値に前記コモン電圧をシフトさせるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記制御ユニットは前記バックライトを構成するランプ光源に交流点灯電圧を所定周期で出力するインバータと、前記所定周期に対する交流点灯電圧のデューティ比を制御するインバータ制御回路とを含み、前記インバータ制御回路は前記ランプ光源の安定な点灯状態が確保されたことを前記ランプ光源から前記インバータを介してフィードバックされる交流点灯電圧に基いて確認するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記所定輝度は、前記液晶表示パネルの周囲の明るさに適合する値であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記制御ユニットは前記所定輝度へ遷移が完了するまで前記液晶表示パネルに供給される階調電圧を発生する階調基準電圧発生回路を制御して前記液晶表示パネルに黒表示させることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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