JP3686869B2

JP3686869B2 - 液晶表示装置及びその信号補正回路

Info

Publication number: JP3686869B2
Application number: JP2002030181A
Authority: JP
Inventors: 敏之森田; 真一西田
Original assignee: NEC LCD Technologies Ltd
Current assignee: Tianma Japan Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2022-02-06
Also published as: CN1437174A; CN1228752C; US20030146892A1; US6987500B2; JP2003234980A; KR20030067512A; TW589609B; KR100521817B1; TW200303007A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置及びその信号補正回路に関し、特に、アクティブマトリックス型液晶表示装置及びその信号補正回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置においては、その応答速度がテレビジョン画像の表示に対応する程度の速さに達していないために、動画表示の際に残像が発生してしまう。特に、面内スイッチング（ＩＰＳ）型アクティブマトリックス液晶表示装置では、この残像が発生しやすいという問題点がある。
【０００３】
このような残像現象を防止するために、従来のＩＰＳ型液晶表示装置においては、液晶材の比抵抗を低減したいわゆる低抵抗液晶が多く使用されている（特開平７−１５９７８６号公報）。この従来の低抵抗液晶を使用したＩＰＳ型液晶表示装置においては、液晶材の比抵抗を低減することにより液晶表示装置の応答性を向上させているが、画像信号の補正は行わず、そのまま液晶パネルに電圧を印加していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の液晶表示装置では、コントラストが高い画像が画面内で移動した場合、画素電極間で一方向のみの電界が発生し、電荷が片側電極のみに集中する場合が発生し、これが、残像や画面の揺れといった表示上の不具合を発生させていた。
【０００５】
次に、図６（ａ）乃至（ｃ）及び図７を参照して、この電荷が片側電極に集中し蓄積する原因について説明する。図６（ａ）は、コントラストが高い例えば白黒の縦ストライプ画像が、中間調背景を移動する様子を示したものである。このような画像が図６（ｂ）のように白と黒が１フレーム（表示パネルの１画面を構成する絵素全てが１通り走査される時間単位）ごとに右へ移動していく場合、フレームごとに液晶に印加される電圧は図６（ｃ）に示すようになる。なお図中の（１）から（５）は画像が１フレーム単位で右へ移動したときの表示位置を示している。
【０００６】
図６（ｃ）のような液晶印加電圧が加わったときの対向電極と画素電極との間の電界の様子を図７に示す。（１）と（３）のフレームでは画素電極の電圧の方が対向電極よりも高いので画素電極にのみ電荷が集中し、電荷が蓄積される。しかし、（２）と（４）では電界が発生しないので電荷は蓄積されない。（５）以降も電界は発生するが、電界の向きがフレームごとに対称的に反転するので、電荷は蓄積されない。その結果、（１）から（５）の間で画素電極に蓄積した電荷が、拡散するまでの間、表示に影響を及ぼし、残像及び画面の揺れが発生するという問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、コントラストが高い画像が画面内で移動した場合でも、画素電極の片側電極に電荷が集中して電荷蓄積が発生することを防止し、残像や画面の揺れといった表示上の不具合を防止することができる液晶表示装置及びその信号補正回路を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る液晶表示装置の信号補正回路は、各画素においてフレーム毎に液晶印加電圧の極性を切替える液晶表示装置の信号補正回路において、入力信号から液晶印加電圧の正負極性を判定する極性判定部と、前記極性判定部の判定に従って前記入力信号に正負符号を付与する符号付与部と、フレームメモリと、このフレームメモリに記憶された記憶データに前記液晶表示装置に蓄積した電荷が１フレーム期間後に残留する割合を示す第１の定数を乗算する第１の乗算器と、前記符号付与部により正負符号を付与された信号と前記第１の乗算器からの出力信号を加算して前記フレームメモリに出力する第１の加算器と、前記フレームメモリに記憶された記憶データに電荷の電極間移動量を示す第２の定数を乗算する第２の乗算器と、前記符号付与部からの出力信号と前記第２の乗算器からの出力信号を加算する第２の加算器と、この第２の加算器からの出力信号から正負符号を削除して絶対値として出力する絶対値化部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る液晶表示装置は、各画素においてフレーム毎に液晶印加電圧の極性を切替える液晶表示装置において、入力信号から液晶印加電圧の正負極性を判定する極性判定部と、前記極性判定部の判定に従って前記入力信号に正負符号を付与する符号付与部と、フレームメモリと、このフレームメモリに記憶された記憶データに前記液晶表示装置に蓄積した電荷が１フレーム期間後に残留する割合を示す第１の定数を乗算する第１の乗算器と、前記符号付与部により正負符号を付与された信号と前記第１の乗算器からの出力信号を加算して前記フレームメモリに出力する第１の加算器と、前記フレームメモリに記憶された記憶データに電荷の電極間移動量を示す第２の定数を乗算する第２の乗算器と、前記符号付与部からの出力信号と前記第２の乗算器からの出力信号を加算する第２の加算器と、前記第１の加算器からの出力信号から正負符号を削除して絶対値として出力する絶対値化部と、により構成された信号補正回路の前記絶対値化部からの出力信号を、表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示部への入力信号として使用したことを特徴とする。
【００１１】
また、更に本発明の液晶表示装置は、表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示部と、外部からの入力信号に基づき画像データ及び水平同期信号を出力するコントローラと、前記コントローラから出力された画像データを前記液晶表示部に供給するソースドライバと、前記コントローラから出力された水平同期信号に同期して前記液晶表示部の各表示画素を順次動作状態とするゲートドライバと、前記コントローラと前記ソースドライバ間に設けられ、前記画像データを補正する前記信号補正回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る液晶表示装置の信号補正回路を示すブロック図である。１００は液晶表示装置であり、この信号補正回路１においては、極性判定部２が外部機器等から入力した入力信号から液晶印加電圧の正負極性を判定する。符号付与部３は、極性判定部２の判定に従って前記入力信号に正負符号を付与する。フレームメモリ９は１フレーム分の画素データを記憶するものであり、第１の乗算器７はこのフレームメモリ９に記憶した記憶データに第１の定数１０を乗算する。第１の加算器８は、符号付与部３により正負符号を付与された信号と第１の乗算器７からの出力信号を加算してフレームメモリ９に出力する。また、第２の乗算器４は、フレームメモリ９に記憶した記憶データに第２の定数１１を乗算する。第２の加算器５は、符号付与部３からの出力信号と第２の乗算器４からの出力信号を加算する。絶対値化部６は第２の加算器５からの出力信号から正負符号を削除して絶対値として出力する。
【００１３】
次に、本実施例の動作について説明する。図２はこの信号補正回路の動作を示すフローチャート図である。外部機器等から入力した画像データ等の入力信号は符号付与部３へ送られるとともに、極性判定部２へも送られる。極性判定部２はこの入力信号の電源投入時からのパルス数をカウントし、このパルス数が偶数ならば液晶印加電圧は正極性、奇数ならば負極性と判定する。判定した結果は符号付与部３へ送られ、入力信号である画像データに正負符号が付与される。符号が付与された画像データは第２の加算器５で後述する第２の乗算器４の乗算結果と加算される。第２の加算器５の結果は絶対値化部６に送られ、正負符号が取り除かれる。この絶対値化部６の出力信号が信号補正回路１の出力信号として液晶表示装置１００に出力される。
【００１４】
フレームメモリ９は電源投入時及び装置全体のリセットなどのタイミングで、あらかじめ初期値「０」を記憶させておく。フレームメモリ９から取り出された画像データは第１の乗算器７と第２の乗算器４に送られる。第１の乗算器７ではあらかじめ定められた第１の定数１０と乗算される。その結果は第１の加算器８で前述の符号付与部３の結果と加算され、その結果はフレームメモリ９に再び記憶される。一方、第２の乗算器４へ送られたデータはあらかじめ定められた第２の定数１１と乗算され、その結果は前記第２の加算器５へ送られる。第１の定数１０及び第２の定数１１は、液晶セル内の液晶比抵抗及び電極間隔等のセルパラメータ等の液晶表示装置の特性によって変化する量で、あらかじめ実験的に求めて最適化した値に設定される。
【００１５】
次に、図３のタイミングチャート図を参照して、１つの画素に対して入力された画像信号の補正要領について説明する。図３に示すように、本実施例の信号補正回路は、先ず、電源投入時にフレームメモリ９に「０」が書き込まれる。そして、１フレーム目の入力信号（１フレームデータ）が入力されると、極性判定部２及び符号付与部３により、入力信号に正負符号が付与される。次いで、この正負符号が付与された入力信号は、第２の乗算器４及び第２の加算器５において、フレームメモリ９のデータから算出した補正量で補正されるが、１フレーム目ではフレームメモリ９内のデータが０であるため補正量は０であり、そのまま絶対値化部６へ出力される。絶対値化部６では、信号から正負符号が取り除かれ、信号補正回路１の出力信号として出力される。これと同時に、正負符号が付与された入力信号と、フレームメモリ９内のデータ（０である）から、第１の乗算器７、第１の加算器８によって電極の蓄積電荷量が計算され、この計算結果はフレームメモリ９に記憶し、０から書き換えられる。
【００１６】
その後、２フレームデータが入力されると、１フレームデータと同様に、極性判定部２及び符号付与部３により、入力信号（２フレームデータ）に正負符号が付与される。次いで、この正負符号が付与された入力信号は、第２の乗算器４及び第２の加算器５において、フレームメモリ９のデータから算出した補正量で補正される。ここでは、フレームメモリ９のデータは、１フレームデータのときに記憶された値が用いられる。そして、第２の乗算器４及び第２の加算器５において補正された入力信号が絶対値化部６へ出力され、ここで正負符号が取り除かれ、信号補正回路１の出力信号として出力される。また、これと同時に、１フレームデータと同様に、正負符号が付与された入力信号と、フレームメモリ９のデータから、第１の乗算器７及び第１の加算器８によって蓄積電荷量が計算され、この計算結果はフレームメモリ９に記憶され、既に記憶されているデータと書き換えられる。そして、以降のフレームデータも同様にして補正が行われる。また、他の画素についても各フレーム毎に同様に補正が行われ、各フレーム毎に出力された画像信号がまとめて１つの画面が構成される。
【００１７】
次に、各構成要素の処理内容について説明する。画素電極（電位ＶＰＩ）と対向電極（ＶＣＯＭ）との間に電界Ｅが印加されることによって、１フレーム期間中に液晶中を移動する電荷量ＱＭは、この間に移動する電荷量が十分小さい場合、下記の数式１により求められる。なお、この電荷量ＱＭは、液晶の比抵抗を低減させるために添加された物質の電荷量である。
【００１８】
【数１】
ＱＭ＝Ａ・Ｅ
但し、Ａは定数である。
【００１９】
また、同時に、蓄積した電荷ＱＴは、１フレーム期間中に、一定の割合で散逸していき、ＱＤだけの電荷が残留する。散逸量が十分小さい場合、この残留する電荷ＱＤは、下記の数式２により求められる。
【００２０】
【数２】
ＱＤ＝Ｂ・ＱＴ
但し、Ｂは定数である。
【００２１】
上記の数式１及び数式２を総合すると、下記数式３となる。
【００２２】
【数３】
ＱＴ（Ｎ＋１）＝Ｂ・ＱＴ（Ｎ）＋Ａ・Ｅ
【００２３】
但し、ＱＴ（Ｎ）は、スタートからカウントして、第Ｎフレームが始まるときに、画素電極から対向電極にかけて、移動蓄積した電荷量を示す。電源オン時等のスタート時点では、電荷は十分散逸し、０となった状態からスタートするため、スタート時の電荷量ＱＴ（１）は下記の数式４となる。
【００２４】
【数４】
ＱＴ（１）＝０
【００２５】
このようにすると、第Ｎフレームでは、本来液晶に印加されるべき電圧（ＶＰＩ−ＶＣＯＭ）に比例した正規の電界に加え、移動した電荷量に伴う逆バイアス電界が画素電極と対向電極間に印加されるため、画素電極と対向電極間の電界Ｅは下記の数式５で与えられる。
【００２６】
【数５】
Ｅ＝α・（ＶＰＩ−ＶＣＯＭ）−β・ＱＴ（Ｎ）
但し、α及びβは定数である。
【００２７】
本来、液晶に印加したい電界ＥＩＤは、画像の入力信号ＶＳ（Ｎ）に、１フレームごとに反転させる所定の符号Ｐを掛けた量に比例して、下記の数式６となる。
【００２８】
【数６】
ＥＩＤ＝α・ＶＳ（Ｎ）・Ｐ
但し、Ｐは＋１又は−１であり、αは定数である。
【００２９】
蓄積した電荷量を考慮すると、実際には、信号を以下の数式７の関係を満たす出力信号ＶＳ（Ｎ）に変換することが望ましい。
【００３０】
【数７】
α・ＶＳ（Ｎ）・Ｐ＝α・ＶＳ´（Ｎ）・Ｐ−β・ＱＴ（Ｎ）
【００３１】
上記の数式７を変換し、出力信号ＶＳ´（Ｎ）は、下記数式８により求められる。
【００３２】
【数８】
ＶＳ´（Ｎ）＝｜ＶＳ（Ｎ）・Ｐ＋β・ＱＴ（Ｎ）／α｜
【００３３】
一方、数式３に数式６を代入すると、下記数式９が得られる。
【００３４】
【数９】
ＱＴ（Ｎ＋１）＝Ｂ・ＱＴ（Ｎ）＋Ａ・α・ＶＳ（Ｎ）・Ｐ
【００３５】
そして、ＶＭ（Ｎ）を下記数式１０のように定義する。
【００３６】
【数１０】
ＶＭ（Ｎ）＝ＱＴ（Ｎ）／（Ａ・α）
【００３７】
そうすると、上記の数式１０を数式８に代入して、下記数式１１が得られる。
【００３８】
【数１１】
ＶＳ´（Ｎ）＝｜ＶＳ（Ｎ）・Ｐ＋Ａ・β・ＶＭ（Ｎ）｜
【００３９】
また、数式１０を数式９に代入すると、下記数式１２が求められる。
【００４０】
【数１２】
ＶＭ（Ｎ＋１）＝Ｂ・ＶＭ（Ｎ）＋ＶＳ（Ｎ）・Ｐ
【００４１】
更に、数式１０及び数式４より、ＶＭ（１）を求めると、下記の数式１３のとおりとなる。
【００４２】
【数１３】
ＶＭ（１）＝０
【００４３】
以上の数式１１、１２及び１３を図１の回路に当てはめると、以下のとおりとなる。先ず、極性判定部２は、入力信号ＶＳ（Ｎ）について、フレーム数Ｎが偶数であるか奇数であるかを判定する。そして、符号付与器３は、このフレーム数Ｎの偶数、奇数に応じて入力信号ＶＳ（Ｎ）Ｐに＋１、又は−１である符号Ｐを付与する。符号を与えられた入力信号ＶＳ（Ｎ）・Ｐは、第２の加算器５に与えられ、第２の加算器５は数式１１に相当する演算を実行する。図１における第２の定数１１は、Ａ・βに相当し、ＶＭ（Ｎ）はフレームメモリに記憶する値である。第２の加算器５の演算結果は、絶対値化部６に送られて、ここで絶対値化して出力される。この出力信号を基に液晶表示装置は駆動される。
【００４４】
一方、符号を与えられた入力信号ＶＳ（Ｎ）・Ｐは、第１の加算器８にも送られ、第１の加算器８は、数式１２に相当する演算を実行する。図１における第１の定数１０はＢに相当し、第１の加算器８の演算結果はフレームメモリ９に戻され、ＶＭ（Ｎ＋１）として記憶される。
【００４５】
ここで、一例として、定数１が０．９８、定数２が０．０２の場合について、動作をより詳細に説明する。入力信号の最初の数値が正であり、数値が「５、０、５、０、２、２、２、２、２、２、…」の順序で入力されるように、始め正側で＋５が入力され、負側で０が入力されるような場合は、正負の電圧による電荷の移動が相殺されなくなるため、画素電極から対向電極へ電荷が移動・蓄積し、これが散逸するまで残留電界が生じる。
【００４６】
このとき、図１に示す補正回路では、「５、０、５、０」が入力されたところでは、フレームメモリ９に式１２により求められた正の大きなデータ（約１０）が記憶され、第２の乗算器からの出力値（以降、補正値と呼ぶ。）は式１１中のＡ・β・ＶＭ（Ｎ）により求められ、０．２となる。この補正値が加わった入力信号が出力信号として出力され、液晶表示装置に印加されることにより、残留電界を補正することができる。
【００４７】
「２、２、２、２、…」のように一定値が入力されていくと、電荷は散逸していくので、補正量は第１の定数１に従って、減衰していく。この場合では、１８０フレーム（約１秒に相当）でほぼ補正が０の状態に近づく。もし、信号が「５、０、５、０、５、０、…」のような状態を相当時間繰り返すと、正フレームで５Ｖを印加したことによる電荷の移動と、負フレームで散逸していく電荷の量とが、ほぼつりあった状態となって、フレームメモリの値ＶＭ（Ｎ）は、二つの値の間を振動するようになる。この状態から「２、２、２、２、２、２、…」の状態を繰り返していくと、補正量は定数１に従って減衰していき１８０フレーム（約３秒に相当）でほぼ０となる。図４はこの場合のフレーム数と補正値の関係を示したものである。
【００４８】
上述のようにして、図１に示す回路を用いて液晶表示装置に印加する信号を補正することで、液晶表示装置中の画素電極と対向電極との間に印加される電圧の信号の非対称性に基づいて印加される直流成分による液晶中の低抵抗成分が受ける影響をほぼ完全に補正することができる。
【００４９】
上述の実施例では、第１の定数１０が０．９８、第２の定数１１が０．０２の場合について説明したが、第１の定数及び第２の定数は液晶セル内の液晶比抵抗や電極間隔等のセルパラメータによって変化する量であるので、液晶表示装置の液晶表示部の諸パラメータが変わった場合には、これに伴って第１の定数１０及び第２の定数１１を調整すればよい。
【００５０】
また、本実施例の液晶表示装置は、低抵抗液晶を用いた面内スイッチング型液晶表示装置に限定されるものではなく、第１の定数及び第２の定数を変更することにより、ねじれネマティック（ＴＮ）型等の他の液晶表表示装置にも適用可能である。
【００５１】
上述のような信号補正回路の出力信号を、表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示部のソースドライバへの入力信号として使用し、液晶表示装置を構成してもよい。以下、本発明の他の実施例に係る液晶表示装置について説明する。図５はこの液晶表示装置のブロック図である。本液晶表示装置２０は、マトリクス状に配置された液晶表示部１２を有している。コントローラ１５は、外部機器から入力した入力信号に応じて画像データ及び水平同期信号を出力する。ソースドライバ１３は、コントローラ１５から出力された画像データを液晶表示部１２の各画素に供給する。ゲートドライバ１４は、コントローラから出力された水平同期信号に同期して順次各画素を動作状態とする。コントローラ１５とソースドライバ１３の間には信号補正回路１が設けられており、この信号補正回路１は前述の信号補正回路１と同じ構成のものである。
【００５２】
このように構成された液晶表示装置２０は、外部機器から入力された入力信号をコントローラ１５が画像データと、水平同期信号に変換して出力する。コントローラ１５から出力された画像データは、信号補正回路１に入力され、信号補正回路１は、この画像データを補正し、ソースドライバ１３に出力する。また、コントローラ１５から出力された水平同期信号は、ゲートドライバ１４に入力される。液晶表示部１２の各画素は、ソースドライバ１３から供給される画像データをゲートドライバ１４から供給される水平同期信号に基づいて表示を行う。なお、この際に、画像データは信号補正回路１により補正され、残像及び画面の揺れのない液晶表示装置が得られる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る液晶表示装置の信号補正回路を液晶表示装置に用いることにより、液晶表示パネルの画素電極に蓄積される電荷を相殺するように画像信号が補正されるので、例えば、コントラストの高い画像が画面内で移動した場合でも、画素電極の片側電極に電荷が集中して発生することを防止し、残像や画面の揺れといった表示上の不具合を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る液晶表示装置の信号補正回路を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る液晶表示装置の信号補正回路のフローチャート図である。
【図３】本発明の実施例に係る液晶表示装置の信号補正回路のタイミングチャート図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の補正回路により行うフレームごとの補正電圧を示す一例である。
【図５】本発明の他の実施例に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
【図６】（ａ）は、コントラストの高い画像が、画面を移動する様子を示したものである。（ｂ）は白と黒からなる画像が１フレームごとに移動する様子をしめしたものである。（ｃ）は、フレームごとに液晶に印加される電圧を示す。
【図７】図６（ｃ）の液晶印加電圧が加わったときの対向電極と画素電極間の電界の様子を示す。
【符号の説明】
１；信号補正回路
２；極性判定部
３；符号付与部
４；第２の乗算器
５；第２の加算器
６；絶対値化部
７；第１の乗算器
８；第１の加算器
９；フレームメモリ
１０；第１の定数
１１；第２の定数
２０；液晶表示装置

Claims

各画素においてフレーム毎に液晶印加電圧の極性を切替える液晶表示装置の信号補正回路において、入力信号から液晶印加電圧の正負極性を判定する極性判定部と、前記極性判定部の判定に従って前記入力信号に正負符号を付与する符号付与部と、フレームメモリと、このフレームメモリに記憶された記憶データに前記液晶表示装置に蓄積した電荷が１フレーム期間後に残留する割合を示す第１の定数を乗算する第１の乗算器と、前記符号付与部により正負符号を付与された信号と前記第１の乗算器からの出力信号を加算して前記フレームメモリに出力する第１の加算器と、前記フレームメモリに記憶された記憶データに電荷の電極間移動量を示す第２の定数を乗算する第２の乗算器と、前記符号付与部からの出力信号と前記第２の乗算器からの出力信号を加算する第２の加算器と、この第２の加算器からの出力信号から正負符号を削除して絶対値として出力する絶対値化部と、を有することを特徴とする液晶表示装置の信号補正回路。
前記液晶表示装置は低抵抗液晶を使用した面内スイッチング型液晶表示装置であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の信号補正回路。
各画素においてフレーム毎に液晶印加電圧の極性を切替える液晶表示装置において、入力信号から液晶印加電圧の正負極性を判定する極性判定部と、前記極性判定部の判定に従って前記入力信号に正負符号を付与する符号付与部と、フレームメモリと、このフレームメモリに記憶された記憶データに前記液晶表示装置に蓄積した電荷が１フレーム期間後に残留する割合を示す第１の定数を乗算する第１の乗算器と、前記符号付与部により正負符号を付与された信号と前記第１の乗算器からの出力信号を加算して前記フレームメモリに出力する第１の加算器と、前記フレームメモリに記憶された記憶データに電荷の電極間移動量を示す第２の定数を乗算する第２の乗算器と、前記符号付与部からの出力信号と前記第２の乗算器からの出力信号を加算する第２の加算器と、前記第１の加算器からの出力信号から正負符号を削除して絶対値として出力する絶対値化部と、により構成された信号補正回路の前記絶対値化部からの出力信号を、表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示部への入力信号として使用したことを特徴とする液晶表示装置。
表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示部と、外部からの入力信号に基づき画像データ及び水平同期信号を出力するコントローラと、前記コントローラから出力された画像データを前記液晶表示部に供給するソースドライバと、前記コントローラから出力された水平同期信号に同期して前記液晶表示部の各表示画素を順次動作状態とするゲートドライバと、前記コントローラと前記ソースドライバ間に設けられ、前記画像データを補正する前記信号補正回路と、を備えたことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。