JP4622494B2 - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、携帯型及び大型テレビ、携帯型情報端末機器に用いられる表示装置であって、ベンド・モード液晶を用いたカラー液晶表示装置に関するものである。

ベンド・モード液晶（以下、この液晶モードに位相差補償板を付けて表示装置に構成したものを指す場合には、「ＯＣＢ」と呼ぶ）は、一定電圧条件で保持する場合、臨界電圧（Ｖｃｒ）と呼ばれる電圧以下では、表示に用いるベンド・モードから表示に用いることのできないスプレイ・モードに転移（ベンド−スプレイ転移）してしまうため、表示装置を構成する場合には、階調表示に用いる電圧はＶｃｒ以上でなければならないという制約を持っている。
また、電源投入後ＯＣＢで表示可能な状態にするには、Ｖｃｒよりも充分高い電圧（ＯＣＢでは一般に、明（白）階調表示に低電圧、暗（黒）階調表示に高電圧を用いるが、ここでいう充分高い電圧とは黒電圧以上の電圧を意味する）を与え続けて、スプレイ・モードからベンド・モードに転移（スプレイ−ベンド転移）させる初期化という手順が必要である。一旦、ベンド・モードになってしまうと、一時的に短い時間ならばＶｃｒより低い電圧をかけてもベンド・モードを保ったままであることも知られている。
また、ＯＣＢでは、ベンド・モード液晶の円偏光による位相差を明暗の階調表現の制御に用いるため、光の波長により電圧−輝度対応曲線（Ｖ−Ｔカーブ）が異なり、赤緑青（ＲＧＢ）波長に対する黒電圧を一致させると、明（白）の最高点に対応する低電圧側の電圧はＲＧＢで異なり、一般にＲおよびＧではＶｃｒより低くなる。簡易的には、ＲＧＢで異なる階調−電圧対応を用いず、ＲやＢについてもＧと同じ階調−電圧対応を用いて、ＲとＢの透過率過不足分をバックライトの輝度で補正する方式もあるが正しい色調表現が犠牲になる。

また、Ｖｃｒ以下に明ピークを与える電圧があるため、表示輝度を上げるためにはＶｃｒ以下の電圧まで階調表示のために使いたい。しかし、Ｖｃｒ以下の電圧をかけ続けると、ベンド−スプレイ転移を起こしてしまう。そのため、従来では、ＲやＧについてＶｃｒ以下の電圧を使わず、輝度向上を犠牲にしてすべての表示階調をＶｃｒ以上に割り当てるか、あるいは、特許文献１や特許文献２にあるように、色表示に寄与しない黒（暗）のみを表示するフィールドを時系列的に挿入して、表示用にＶｃｒ以下の電圧を印加したら直後に非表示のスプレイ−ベンド転移用高電圧を印加するようにして、スプレイ・モードに転移することを防ぐことが考えられてきた。
しかし、これらの方法では色情報表示に寄与しない余計なフィールドが必要なので、時間的に輝度を犠牲にしている。また、黒フィールドにおける画素を黒電圧で書きこむために、あるいはバックライト暗状態フィールドで画素にスプレイ−ベンド転移用高電圧で書きこむために、本来色順次表示方式で必要とする以上のフィールド周波数をＴＦＴアレイおよび駆動ＩＣに要求することになり、駆動周波数の上げ難い一般的なアモルファス・シリコンＴＦＴなどでの実現が困難になる。

我々は鋭意研究により、液晶表示装置で用いられる１フレームの時間、１／６０秒（ほぼ１６．６ミリ秒）では、その期間での平均印加電圧がＶｃｒ以上であるならば、スプレイ−ベンド転移用高電圧をかけずにＶｃｒ以下の電圧を印加してもベンド−スプレイ転移が起こらないことを見出した。即ち、ベンド状態を保持するために、黒電圧あるいはスプレイ−ベンド転移用高電圧は必要でなく、平均電圧がＶｃｒ以上でありさえすればよい。

特開２００３−２７０６６９号公報 特開２００１−２９０１２１号公報

したがって、従来の技術では、表示輝度を上げようとしてＶｃｒ以下の電圧を階調表示電圧として使うと、黒（暗）フィールドを挿入する必要があるため、時間的に輝度をロスしてしまって思ったほど輝度向上ができないという問題があり、また、ＴＦＴアレイや駆動ＩＣに高い動作周波数を要求することになるという問題があった。

そこで、本発明は、色順次表示方式において、ベンド−スプレイ転移を防ぎながらＶｃｒ以下の電圧も階調表示に用い、かつ黒フィールド等を挿入しないことで、輝度向上を目指すことを目的としている。

１．本発明のカラー液晶表示装置によれば、ベンド・モード液晶を用いた色順次表示方式のカラー液晶表示で、各色フィールドで異なる階調−画素電圧対応関係を用い、その低電圧側の対応においてベンド・モード液晶がスプレイ・モードに転移する臨界電圧よりも低い画素電圧を用いる階調−画素電圧対応関係を持つ色フィールドの存在を1 つまたは複数許し、各色フィールドで用いる最低画素電圧の平均が臨界電圧よりも高くなるように、各色フィールドの階調−画素電圧対応を選択することを特徴とする。
２．本発明のカラー液晶表示装置によれば、各画素電圧の全フィールド間平均が前記臨界電圧よりも高くなるようにするため色情報表示に寄与しない高画素電圧の黒色フィールドなどを挿入したりせず、色情報表示に寄与する色フィールドのみで平均画素電圧が前記臨界電圧よりも高くなるようフィールド構成されていることを特徴とする。
３．本発明のカラー液晶表示装置によれば、前記臨界電圧よりも高くなるようにし、かつ、色フィールドの最大輝度に対して一定の輝度を与える画素電圧により構成されていることを特徴とする。
４．本発明のカラー液晶表示装置によれば、フィールド間平均が、前記臨界電圧よりも高くなるようにし、かつ、各フィールドが等輝度になる画素電圧により構成されていることを特徴とする。

本発明のカラー液晶表示装置は、ＲＧ（特にＲ）についてＶｃｒより低い電圧まで階調表示範囲として用いることを考え、最明階調である「白」を与えるＲＧＢ各最明階調の電圧の平均がＶｃｒより高くなるように各色の電圧範囲を定める。こうすると、ＲＧＢのどのような階調の組合せでも１フレームの平均電圧はＶｃｒより高くなることが保証され、Ｖｃｒより低い電圧を使いながら、スプレイ・モードへの転移を起こさずにベンド・モードによるカラー液晶表示装置として用いることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態による色順次表示方式のカラー液晶表示装置の概略構成を示す図である。図１を参照すると、１はＴＦＴによって構成される画素を多数並べたＴＦＴアレイで、ベンド・モードをとるネマティック液晶が封止され、偏光板や位相差補償フィルムなどと合わされてＯＣＢ表示セルを構成している。
ここでは、色順次表示方式なので、ＯＣＢ液晶表示ＴＦＴアレイセル１にはカラーフィルタは施されていない。２は表示セル１の表示する色フィールドに同期してＲＧＢの光を発するバックライトである。なお、ここでは色順次表示方式としてＲＧＢ３色型を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。３はセル１の各画素に階調データを電圧として書きこむ、ソース駆動ＩＣを搭載した基板である。４は階調データが書きこまれるべきラインを指示する、ゲート駆動ＩＣを搭載した基板である。５は液晶表示装置制御回路と呼ばれるもので、主に表示用階調データをタイミングを取ってソース駆動ＩＣ搭載基板３に送り出す機能を持つ。６はＲＧＢ別階調−電圧対応切替え回路で、ＲＧＢの各波長に対応した階調−電圧対応関係を、色フィールド毎に切替えてソース駆動ＩＣ搭載基板３に設定する機能を持つ回路である。もし、ソース駆動ＩＣが表示に必要な階調数よりも十分多くのレベル数で電圧を出力することができるのであれば、このＲＧＢ別階調−電圧対応切替え回路６はハードウェア回路としては実現せずに、ソース駆動ＩＣに渡す階調データをソフトウェア的に変換するという方法で実現することも可能である。

図２は色順次表示方式を通常のカラーフィルター式表示方式と比較して説明したものである。カラーフィルター式ではＲＧＢ同時に１フレームとして表示される画像が、色順次表示方式では赤（Ｒ）フィールド、緑（Ｇ）フィールド、青（Ｂ）フィールドの３回に分けられて、同じ画素を使って表示される。

図３は、赤緑青の波長に対応する電圧−輝度対応曲線と臨界電圧Ｖｃｒとの関係を示したグラフである。ここで例にとった液晶のセル構成では、Ｖｃｒは１．７Ｖ、輝度最高点はＲでは０Ｖ付近、Ｇでは１Ｖ付近、Ｂでは１．７Ｖ付近にある。
本発明による表示方式では、Ｒ、もしくはＲとＧについて、Ｖｃｒより低い電圧まで階調表示範囲として用いることを考え、最明階調である「白色」を与えるＲＧＢ各最明階調の電圧の平均が、Ｖｃｒより高くなるように各色の電圧範囲を定める。
こうするとＲＧＢのどのような階調の組合せでも１フレームの平均電圧はＶｃｒより高くなることが保証され、Ｖｃｒより低い電圧を使いながら、スプレイ・モードへの転移を起こさずにＯＣＢ表示装置として用いることができる。
ここでいうＲＧＢ最明階調の電圧平均とは、Ｒ、Ｇ、Ｂ、各々の最明階調の電圧をＶｒ２５５、Ｖｇ２５５、Ｖｂ２５５とすると、ＲＧＢ各フィールドが同間隔ならば
Ｖａｖｅ２５５＝（Ｖｒ２５５＋Ｖｇ２５５＋Ｖｂ２５５）／３
であり、もし時間比が Ｄｒ：Ｄｇ：Ｄｂ になっているならば
Ｖａｖｅ２５５＝（Ｄｒ・Ｖｒ２５５＋Ｄｇ・Ｖｇ２５５
＋Ｄｂ・Ｖｂ２５５）／（Ｄｒ＋Ｄｇ＋Ｄｂ）
である。もし、ＲＧＢ以外の色フィールドを持つ場合には同様に時間比による単純平均をとればよい。ＲＧＢの他の階調に対応する電圧は必ずＶｒ２５５、Ｖｇ２５５、Ｖｂ２５５よりは高いので、どのような色調の１フレームでの平均電圧もＶａｖｅ２５５未満になることはない。

本発明は、制約条件
Ｖｃｒ＜Ｖａｖｅ２５５
を満たすようにＲＧＢの最明階調の電圧を定めること、すなわちＲＧＢの階調電圧範囲を定めることを骨子としている。
１フレーム単位でこの制約条件を守っていれば、色フィールドでＶｃｒ以下の低い電圧を液晶にかけてもベンド−スプレイ転移を起こすことはない。即ち、ベンド状態保持のために、スプレイ−ベンド転移用高電圧を印加するプロセスは不要である。
Ｖｃｒ＜平均電圧 を満たすＲＧＢの各最明階調の電圧の選び方には任意性があるが、実用的な選択例を２通り挙げておく。

１つは、図４に示したように、ＲＧＢそれぞれについて最大輝度の８０％の輝度を与える電圧を、それぞれの最明階調の電圧とする選択方法である。この一例として、ＲＧＢの階調−電圧対応を２５６階調の場合について表１に示した。

これはＯＣＢセルでは透過率８０％以下の電圧範囲を使う限り、視野角に依存した色調ズレが起きないという性質を重視したものである。もし８０％位置では、Ｖｃｒ＜平均電圧 を満たせない場合、輝度の高いもの（この場合ＲとＧ）の最明階調用輝度を落としていく、即ち選択する電圧を上げて制約条件を満たすところまで持っていけばよい。

もう１つは、図５に示したように、ＲＧＢの平均電圧が若干Ｖｃｒより大きくなるよう、同じ輝度（図にあるように同じ透過率）で電圧−輝度対応曲線を切って、最明階調用とその電圧を定める選択方法である。この場合はＲＧＢでＯＣＢセル透過率が等しくなるので、ＲＧＢ各色を発光する光源の光量を同一にすることができ、光源の調整が容易になる。

本発明に係るＯＣＢ色順次方式カラー液晶表示装置は、ＴＦＴアレイによる表示セルに限定されず、ＯＣＢモードを用いた様々な光学製品に適用できる。

本発明の実施の形態による色順次表示方式のカラー液晶表示装置の概要図である。 色順次表示方式の概念図である。 赤緑青の波長に対応する、電圧−輝度対応曲線と臨界電圧Ｖｃｒの関係を表すグラフである。 赤緑青の波長に対応する電圧−輝度対応曲線において、最明の階調−電圧対応を選択する方法を示すグラフである。 赤緑青の波長に対応する電圧−輝度対応曲線において、最明の階調−電圧対応を選択する別の方法を示すグラフである。

符号の説明

１ ＯＣＢ液晶表示ＴＦＴアレイセル
２ 色順次表示用ＲＧＢ順次発光バックライト
３ ＴＦＴアレイのソース駆動ＩＣ搭載基板
４ ＴＦＴアレイのゲート駆動ＩＣ搭載基板
５ 表示用階調データを送り出す液晶表示装置タイミング制御回路
６ ＯＣＢ対応ＲＧＢ別階調−電圧対応切替え回路

Claims (4)

1. ベンド・モード液晶を用いた色順次表示方式のカラー液晶表示装置で、各色フィールドで異なる階調−画素電圧対応関係を用い、その低電圧側の対応においてベンド・モード液晶がスプレイ・モードに転移する臨界電圧よりも低い画素電圧を用いる階調−画素電圧対応関係を持つ色フィールドの存在を1 つまたは複数許し、各色フィールドで用いる最低画素電圧の平均が臨界電圧よりも高くなるように、各色フィールドの階調−画素電圧対応を選択する
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 請求項１に記載のカラー液晶表示装置において、
   各画素電圧の全フィールド間平均が前記臨界電圧よりも高くなるようにするため色情報表示に寄与しない高画素電圧の黒色フィールドなどを挿入したりせず、色情報表示に寄与する色フィールドのみで平均画素電圧が前記臨界電圧よりも高くなるようにフィールドが構成されている
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
3. 請求項２に記載のカラー液晶表示装置において、
   前記フィールド間平均が、前記臨界電圧よりも高くなるようにし、かつ、色フィールドの最大輝度に対して一定の輝度を与える画素電圧により構成されている
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。
4. 請求項２に記載のカラー液晶表示装置において、
   前記フィールド間平均が、前記臨界電圧よりも高くなるようにし、かつ、各フィールドが等輝度になる画素電圧により構成されている
   ことを特徴とするカラー液晶表示装置。

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