JP4570103B2

JP4570103B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP4570103B2
Application number: JP2007242573A
Authority: JP
Inventors: 聖二川口
Original assignee: Toshiba Mobile Display Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2027-09-19
Also published as: US20090073106A1; JP2009075241A

Description

本発明は、ＯＣＢ型の液晶表示装置に関するものである。

最近、ＴＮモードを用いた液晶表示装置に加えて、ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＳｅｌｆ−ｃｏｍｅｎｓａｐｅｄＢｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードを用いた液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このＯＣＢ型の液晶表示装置の特徴は、画像を表示する場合に、スプレイ配向からベンド配向に転移を行う必要があるため、映像信号を印加する前に黒書き込み電圧（黒表示電圧）を印加する必要がある。この黒書き込み電圧を印加しない場合や、または黒書き込み電圧よりも電圧が低いと、逆転移を起こしスプレイ配向に戻ってしまう。

また、この黒書き込み電圧は液晶表示装置の環境温度にも左右され、環境温度が上昇すると黒書き込み電圧が下がるという特徴を有している。
特開２００３−２９３０３号公報

上記のようにＯＣＢ型の液晶表示装置は、環境温度に応じて黒書き込み電圧を変化させる必要がある。その従来の方法について図７に基づいて説明する。

図７（ａ）は環境温度が２０℃のときであり、図７（ｂ）は７０℃のときである。

環境温度が２０℃のときは、１フレーム毎に極性が反転する対向電圧に応じて、黒レベル電圧と白レベル電圧もその極性を反転させている。この場合に、黒レベル電圧と白レベル電圧とは同電位で反転させている。

ところが、環境温度が７０℃に上昇した場合には、黒書き込み電圧が下がるため、これに合わせて黒レベル電圧を変化させている。即ち、対向電圧が正極性の場合には、対向電圧と黒レベル電圧の差である黒書き込み電圧を下げるため、黒レベル電圧を上昇させている。一方、対向電圧が負極性の場合には、逆に黒レベル電圧を下げて、その電圧差である黒書き込み電圧を下げている。

これにより、環境温度の変化による液晶のガンマ特性が変わっても、階調反転が起こらず画質劣化が生じないことになる。

しかしながら、上記従来の方法においては、高温において黒レベル電圧を小さくすることにより、逆転移を防止する黒書き込み電圧も小さくなってしまう。そのため、この電圧の低下による逆転移が発生する可能性がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、環境温度が変化しても画質劣化が起こらないＯＣＢ型の液晶表示装置を提供する。

請求項１に係る発明は、複数本の信号線と、これら信号線と直交するように配された複数本のゲート線と、前記信号線と前記ゲート線との交叉部近傍に形成されたスイッチング素子とから構成され、マトリックス状に画素が配置されたアレイ基板と、対向電極を有する対向基板と、前記両基板の間に配されたＯＣＢ液晶と、を含む液晶セルと、前記液晶表示装置の環境温度を検出する温度検出手段と、前記液晶セルの裏面側に配されたバックライトと、を備えたＯＣＢ型の液晶表示装置において、前記液晶表示装置の環境温度を検出する温度検出手段と、１フレーム毎に極性を反転させつつ対向電圧を前記対向電極に印加する対向電圧印加手段と、前記１フレーム毎に極性が反転するように、黒レベル電圧から白レベル電圧までの複数の階調電圧を発生させ、かつ、入力した映像信号に対応した階調電圧を書き込み電圧として前記各信号線にそれぞれ印加する信号線電圧印加手段と、前記バックライトの点消灯制御手段と、を備え、前記信号線電圧印加手段は、前記１フレームの第１期間に黒書き込み電圧を印加してスプレイ配向からベンド配向に転移を行い、前記１フレームの第２期間に映像書き込み電圧を印加し、前記１フレームの第３期間に映像ホールド電圧を印加し、前記黒書き込み電圧と前記映像書き込み電圧と前記映像ホールド電圧の極性を１フレーム毎に反転させ、前記第１期間においては、前記検出温度に関わらず黒レベル電圧の最大振幅で印加し、前記第２期間及び前記第３期間の前記黒レベル電圧の振幅を前記検出温度と共に小さくし、前記点消灯制御手段は、前記１フレームにおける前記第１期間と前記２期間は消灯し、前記第３期間は点灯させる、液晶表示装置である。

請求項２に係る発明は、複数本の信号線と、これら信号線と直交するように配された複数本のゲート線と、前記信号線と前記ゲート線との交叉部近傍に形成されたスイッチング素子とから構成され、マトリックス状に画素が配置されたアレイ基板と、対向電極を有する対向基板と、前記両基板の間に配されたＯＣＢ液晶と、を含む液晶セルと、前記液晶セルの裏面側に配されたバックライトと、を備えたＯＣＢ型の液晶表示装置において、前記液晶表示装置の環境温度を検出する温度検出手段と、１フレーム毎に極性を反転させつつ対向電圧を前記対向電極に印加する対向電圧印加手段と、前記１フレーム毎に極性が反転するように、黒レベル電圧から白レベル電圧までの複数の階調電圧を発生させ、かつ、入力した映像信号に対応した階調電圧を書き込み電圧として前記各信号線にそれぞれ印加する信号線電圧印加手段と、前記バックライトの点消灯制御手段と、を備え、前記信号線電圧印加手段は、前記１フレームの第１期間に黒書き込み電圧を印加してスプレイ配向からベンド配向に転移を行い、前記１フレームの第２期間に映像書き込み電圧を印加し、前記１フレームの第３期間に映像ホールド電圧を印加し、前記黒書き込み電圧と前記映像書き込み電圧と前記映像ホールド電圧の極性を１フレーム毎に反転させ、前記極性の反転タイミングを前記対向電圧の反転タイミングより前記第１期間だけ遅らせ、かつ、前記検出温度の上昇に比例して前記黒レベル電圧の振幅を小さくし、かつ、前記白レベル電圧を前記検出温度に関わらず一定とすることにより、前フレームの前記白レベル電圧は、現在のフレームにおける前記黒書き込み電圧の最大値と同じであり、前記点消灯制御手段は、前記１フレームにおける前記第１期間と前記２期間は消灯し、前記第３期間は点灯させる、液晶表示装置である。

本発明によれば、環境温度が上昇しても画質劣化が起こらない。

以下、本発明のＯＣＢ型の液晶表示装置１０の各実施形態について図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態のＯＣＢ型の液晶表示装置１０について図１〜図４に基づいて説明する。

（１）液晶表示装置１０の構成
液晶表示装置１０の構成について図１に基づいて説明する。

本実施形態の液晶表示装置１０の液晶セル１２はアレイ基板と対向基板を対向して配置し、その間にＯＣＢ液晶を挟持したものである。アレイ基板には、複数本の信号線と、これに直交するゲート線が形成され、信号線とゲート線との交叉部近傍にはポリシリコン型の半導体よりなる薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）が形成され、画素を構成している。そして、アレイ基板全体としては、マトリックス状に画素が配置されている。

対向基板の全面には、対向電極が形成されている。

液晶セル１２のＸ側には、各信号線と接続されたソースドライバ１４が配置され、液晶セル１２のＹ側には各ゲート線と接続されたゲートドライバ１６が設けられている。

液晶セル１２の裏面側には、液晶セル１２を照明するためのバックライト１８が配置されている。また、液晶セル１２の近傍にはこの液晶表示装置の環境温度を検出するための温度センサー２０が配置されている。

さらに、液晶表示装置１０は、ソースドライバ１４とゲートドライバ１６に駆動電圧を供給するための液晶駆動電圧発生回路２２と、タイミングコントローラ２４が設けられている。このタイミングコントローラ２４と液晶駆動電圧発生回路２２は、入力電源２６からその駆動電圧を供給される。なお、液晶駆動電圧発生回路２２は、対向基板の対向電極に対向電圧も供給している。

外部から入力するアナログの映像信号がフレームメモリ２８に入力され、タイミングコントローラ２４には、フレームメモリ２８に一時的に蓄積された映像信号がクロック信号に合わせて入力される。タイミングコントローラ２４では、ソースドライバ１４に対し、例えば、映像信号、水平クロック信号、スタート信号等を供給する。また、ゲートドライバ１６には、ゲート信号を発生させるための垂直クロック信号等を供給する。さらに、タイミングコントローラ２４は、温度センサー２０からの温度信号が入力され、また、バックライト１８の点消灯を制御する。

（１）ガンマ回路３０の構成
次に、ソースドライバ１４に内蔵されたガンマ回路（階調電圧発生回路）３０の構成について説明する。

液晶表示装置１０は、後から説明するようにフレーム反転駆動を行うため、正極側のガンマ回路３２と負極側のガンマ回路３４とを有し、それぞれフレーム反転時に不図示の切り替え信号によって切り替えスイッチが動作し、その出力が交互に切り替えられる。

正極側ガンマ回路３２は、図２に示すように、黒レベル電圧として第１電圧Ｖａが印加され、白レベル電圧として第２電圧Ｖｂが印加される。そして、この両電圧の間で６４個の階調電圧Ｖ０Ｐ〜Ｖ６３Ｐが出力可能なように、例えば７つの可変抵抗Ｒが直列に接続され、この接続された各端子毎に階調電圧が出力可能となっている。例えば、黒レベル電圧Ｖａから直接出るＶ０Ｐは黒レベル電圧となり、１個の可変抵抗Ｒ１を通して、第１階調の電圧Ｖ１Ｐが出力される。以下、可変抵抗Ｒを調整しつつ、白レベル電圧Ｖｂと同じＶ６３Ｐまで６４階調の電圧が出力可能となっている。

負極側ガンマ回路３４も、正極側ガンマ回路３２と同様の構成を有しているが、異なる点は白レベル電圧に第１電圧Ｖａが印加され、黒レベル電圧に第２電圧Ｖｂが印加される。

（３）表示状態
次に、図３に基づいてＯＣＢ型の液晶表示装置１０の表示状態について説明する。

本実施形態はＯＣＢ型の液晶表示装置１０をフレーム反転駆動で行い、かつ、１フレームを３つの期間に区分し、第１期間は黒書き込み期間とし、第２期間は映像書き込み期間とし、第３期間には映像ホールド期間とする。また、フレーム毎に対向電圧の極性を反転させる。

図３に示すように、液晶セル１２の１ライン目においては、第１期間で黒書き込み電圧を印加する。第２期間で映像信号に対応する階調電圧である映像書き込み電圧を印加する。第３期間では、その映像をホールドするための映像ホールド電圧を印加する。この映像ホールド電圧は映像書き込み電圧と同じ電圧である。

このように、ライン毎に黒書き込み電圧、映像書き込み電圧、映像ホールド電圧を印加し、最終ラインまで行う。

そして、バックライト１８は、１ライン目から最終ライン目まで全ての映像が書き込まれるまで消灯状態とし、全ての映像信号が書き込まれた後に点灯させる。

これにより、第１期間、第２期間における信号の書き込み時の階調反転等が表れず、かつ、黒挿入が行われるため画質の劣化がなく、また、動画像の視認性も向上する。

（４）環境温度に対応する制御方法
次に、環境温度が変化した場合の制御方法について図４に基づいて説明する。なお、図４におけるゲートによる突き抜け電圧は、０Ｖとした図である。

上記で説明したようにＯＣＢ型の液晶表示装置１０では、環境温度が上昇すると黒表示電圧が下がる。そのため、基準温度（例えば、２０℃）から環境温度が上昇する程、黒書き込み電圧を下げる必要がある。そのため、図４（ａ）に示すように、環境温度２０℃では、黒レベル電圧の振幅を最大にし、環境温度が上昇すればする程に黒レベル電圧の振幅を小さくする。なお、黒書き込み電圧は、対向電圧と黒レベル電圧との電位差である。

さらに、本実施形態ではこれに加えて、環境温度２０℃における白レベル電圧の振幅を最大とし、環境温度が上昇すればする程に白レベル電圧の振幅も、黒レベル電圧と同様にその振幅を小さくしていく。

このようにすることで、環境温度が上昇しても、黒表示において階調反転することなく最小輝度にすることができる。その上、白表示においては、高温時に黒書き込み電圧が小さくなるが、白電圧は大きくなるため、ＯＣＢ特有の逆転移を防止することができる。

この黒レベル電圧の振幅の変化と白レベル電圧の振幅の変化は異なるようにしてもよいが、黒レベル電圧の範囲が小さくなる程黒レベル電圧の範囲も同じように小さくすることで、図２におけるガンマ回路を簡単にすることができる。即ち、正極側ガンマ回路３２の黒レベル電圧と負極側ガンマ回路３４の白レベル電圧を同電位Ｖａとし、正極側ガンマ回路３２の白レベル電圧と負極側ガンマ回路３４の黒レベル電圧を同電位Ｖｂとし、かつ、第１電圧Ｖａを温度センサー２０の検出温度と共に下げ、同じように第２電圧Ｖｂを検出温度と共に下げることにより、フレーム反転駆動を行っても、黒レベル電圧と白レベル電圧の振幅値を同じように小さくすることができる。

（５）変更例
上記実施形態では、バックライト１８を、第３期間のみ点灯させたが、本実施形態では第１期間〜第３期間、即ち全期間においてバックライト１８を点灯した状態で表示しても、画像を鮮明に表示することができる。その理由は、黒書き込み期間、映像書き込み期間においても階調反転が起こらないためである。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態のＯＣＢ型の液晶表示装置１０について図５に基づいて説明する。

本実施形態と、第１の実施形態の異なる点は、黒レベル電圧と白レベル電圧の印加方法にある。

第１の実施形態では、白レベル電圧と黒レベル電圧の振幅を環境温度と共に小さくしたが、本実施形態では白レベル電圧の振幅は、環境温度に関わらず一定とする。

一方、黒レベル電圧については、第１期間（黒書き込み期間）においては、環境温度に関わらず最大振幅で行い、第２期間及び第３期間の黒レベル電圧の振幅を環境温度と共に小さくする。さらに、第１期間及び第２期間はバックライト１８を消灯させ、第３期間のみ点灯させる。

このようにすることで、黒書き込み期間における電圧は、逆転移がし易い高温になっても一定であるため、逆転移が発生しない。一方、映像を表示する映像書き込み期間と映像ホールド期間においては、環境温度に応じて黒レベル電圧の振幅が小さくなるため、階調反転が起こることがない。

また、黒書き込み期間において、環境温度に関わらず黒レベル電圧が一定であるため、逆転移は起こらないが、階調反転したりする可能性がある。しかしながら、第１期間及び第２期間はバックライト１８が消灯しているため、使用者には見えない。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態のＯＣＢ型の液晶表示装置１０について図６に基づいて説明する。

本実施形態と第１の実施形態の異なる点は、環境温度によって変化する黒レベル電圧と白レベル電圧の印加方法にある。

図６（ａ）は環境温度が２０℃のときであり、図６（ｂ）は７０℃のときである。

本実施形態の特徴は、対向電圧は、１フレーム毎に極性を反転させる。即ち、第１期間、第２期間、第３期間において同じ極性となっている。

一方、黒レベル電圧と白レベル電圧は、そのフレームを反転させるタイミングを対向電圧とずらし、第２期間、第３期間及び次のフレームの第１期間を同じ極性として、極性を反転させている。そして、環境温度が上昇すれば上昇する程に黒レベル電圧のみその振幅を小さくし、白レベル電圧の振幅は環境温度に関わらず一定とする。即ち、極性反転を第１期間（黒書き込み期間）後に行い、黒書き込み時には、前フレームの白レベル電圧で行うことで、環境温度に依存せず、対向電圧との電位差が最大値にすることができる。

また、第１期間及び第２期間はバックライト１８を消灯させ、第３期間のみ点灯させる。

以上により、白レベル電圧は環境温度に関わらず一定であるため、前フレームの白レベル電圧は、現在のフレームにおける黒書き込み電圧の最大値と同じになっている。これは、対向電圧を反転させる対向電圧反転駆動独特の特徴から起因するものからである。そして、これにより、高温においても、逆転移せず、映像を表示することが可能となる。また、この第１期間及び第２期間においてはバックライト１８が消灯しているため、黒書き込み電圧が閾値より上昇して階調反転しても、使用者には見えない。

本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

本発明の第１の実施形態を示すＯＣＢ型液晶表示装置のブロック図である。ソースドライバのガンマ回路の回路図である。画素の書き込み状態を示す１フレームの信号の状態である。１フレーム毎の各電圧のグラフであり、（ａ）は環境温度２０℃におけるグラフであり、（ｂ）は環境温度が７０℃のグラフである。第２の実施形態における１フレーム毎の各電圧のグラフであり、（ａ）は環境温度２０℃のグラフであり、（ｂ）は環境温度が７０℃のグラフである。第３の実施形態における１フレーム毎の各電圧のグラフであり、（ａ）は環境温度２０℃のグラフであり、（ｂ）は環境温度が７０℃のグラフである。従来技術における１フレーム毎の各電圧のグラフであり、（ａ）は環境温度が２０℃のグラフであり、（ｂ）は環境温度が７０℃のグラフである。

符号の説明

１０液晶表示装置
１２液晶セル
１４ソースドライバ
１６ゲートドライバ
１８バックライト
２０温度センサー
２２液晶駆動電圧発生回路
２４タイミングコントローラ
２６入力電源
２８フレームメモリ
３０ガンマ回路
３２正極側ガンマ回路
３４負極側ガンマ回路

Claims

複数本の信号線と、これら信号線と直交するように配された複数本のゲート線と、前記信号線と前記ゲート線との交叉部近傍に形成されたスイッチング素子とから構成され、マトリックス状に画素が配置されたアレイ基板と、
対向電極を有する対向基板と、
前記両基板の間に配されたＯＣＢ液晶と、
を含む液晶セルと、
前記液晶表示装置の環境温度を検出する温度検出手段と、
前記液晶セルの裏面側に配されたバックライトと、
を備えたＯＣＢ型の液晶表示装置において、
前記液晶表示装置の環境温度を検出する温度検出手段と、
１フレーム毎に極性を反転させつつ対向電圧を前記対向電極に印加する対向電圧印加手段と、
前記１フレーム毎に極性が反転するように、黒レベル電圧から白レベル電圧までの複数の階調電圧を発生させ、かつ、入力した映像信号に対応した階調電圧を書き込み電圧として前記各信号線にそれぞれ印加する信号線電圧印加手段と、
前記バックライトの点消灯制御手段と、
を備え、
前記信号線電圧印加手段は、
前記１フレームの第１期間に黒書き込み電圧を印加してスプレイ配向からベンド配向に転移を行い、
前記１フレームの第２期間に映像書き込み電圧を印加し、
前記１フレームの第３期間に映像ホールド電圧を印加し、
前記黒書き込み電圧と前記映像書き込み電圧と前記映像ホールド電圧の極性を１フレーム毎に反転させ、
前記第１期間においては、前記検出温度に関わらず黒レベル電圧の最大振幅で印加し、前記第２期間及び前記第３期間の前記黒レベル電圧の振幅を前記検出温度と共に小さくし、
前記点消灯制御手段は、前記１フレームにおける前記第１期間と前記２期間は消灯し、前記第３期間は点灯させる、
液晶表示装置。
複数本の信号線と、これら信号線と直交するように配された複数本のゲート線と、前記信号線と前記ゲート線との交叉部近傍に形成されたスイッチング素子とから構成され、マトリックス状に画素が配置されたアレイ基板と、
対向電極を有する対向基板と、
前記両基板の間に配されたＯＣＢ液晶と、
を含む液晶セルと、
前記液晶セルの裏面側に配されたバックライトと、
を備えたＯＣＢ型の液晶表示装置において、
前記液晶表示装置の環境温度を検出する温度検出手段と、
１フレーム毎に極性を反転させつつ対向電圧を前記対向電極に印加する対向電圧印加手段と、
前記１フレーム毎に極性が反転するように、黒レベル電圧から白レベル電圧までの複数の階調電圧を発生させ、かつ、入力した映像信号に対応した階調電圧を書き込み電圧として前記各信号線にそれぞれ印加する信号線電圧印加手段と、
前記バックライトの点消灯制御手段と、
を備え、
前記信号線電圧印加手段は、
前記１フレームの第１期間に黒書き込み電圧を印加してスプレイ配向からベンド配向に転移を行い、
前記１フレームの第２期間に映像書き込み電圧を印加し、
前記１フレームの第３期間に映像ホールド電圧を印加し、
前記黒書き込み電圧と前記映像書き込み電圧と前記映像ホールド電圧の極性を１フレーム毎に反転させ、
前記極性の反転タイミングを前記対向電圧の反転タイミングより前記第１期間だけ遅らせ、かつ、前記検出温度の上昇に比例して前記黒レベル電圧の振幅を小さくし、かつ、前記白レベル電圧を前記検出温度に関わらず一定とすることにより、前フレームの前記白レベル電圧は、現在のフレームにおける前記黒書き込み電圧の最大値と同じであり、
前記点消灯制御手段は、前記１フレームにおける前記第１期間と前記２期間は消灯し、前記第３期間は点灯させる、
液晶表示装置。