JP5956891B2 - 液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法に関する。

液晶表示装置は、テレビ受像機、カーナビゲーション装置等の車載用ディスプレイ、ノートパソコンや携帯電話などモバイル用端末等、様々な機器に搭載されている。

例えばＴＮ（Twisted Nematic）モードやＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードの液晶表示装置では、上側基板に備えられた対向電極と、下側基板に設けられた画素電極との間に形成する電界により、両基板間に挟持された液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御している。

また、ＩＰＳ（In-Plane Switching）モードやＦＦＳ（Fringe-Field Switching）モードの液晶表示装置においては、対向電極（この場合ＣＯＭ電極）、画素電極ともに一方の基板に備えられ、両電極間に形成する電界（フリンジ電界）により、液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御している。ＦＦＳモードの液晶表示装置は、大きな開口率を確保できるので輝度が高く、かつ視野角特性に優れている。

特開２００２−１４３６３号公報

上記のようなＦＦＳモードの液晶表示装置では焼き付き現象が生じることがあった。焼き付き現象とは、例えば画面に白黒の市松模様（チェッカパターン）をしばらく表示させた後に、表示部全面にグレイ画像（中間調画像）を表示させると、市松模様が残像のように薄く残る現象をいう。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、焼き付き現象を抑制して表示品位の良好な液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法を提供することにある。

一実施形態に係る液晶表示装置は、
画素を形成する画素電極と、前記画素電極に絶縁層を介して対向配置され前記画素を形成する対向電極と、を有したアレイ基板と、
前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、
前記アレイ基板及び対向基板間に挟持された液晶層と、
前記画素が表示する画像の階調に対応した正極性及び負極性の映像信号を前記画素電極に与え極性反転駆動を行う駆動部と、を備え、
前記駆動部は、前記映像信号を前記画素電極に与える際、予め前記極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧を前記映像信号に重畳し、
前記極性反転周波数が小さくなるほど、前記オフセット電圧は大きくなる。

また、一実施形態に係る液晶表示装置の駆動方法は、
画素を形成する画素電極と、前記画素電極に絶縁層を介して対向配置され前記画素を形成する対向電極と、を有したアレイ基板と、前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレイ基板及び対向基板間に挟持された液晶層と、駆動部と、を備えた液晶表示装置の駆動方法において、
前記駆動部により、前記画素が表示する画像の階調に対応した正極性及び負極性の映像信号を前記画素電極に与え極性反転駆動を行い、
前記映像信号を前記画素電極に与える際、前記駆動部により、予め前記極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧を前記映像信号に重畳し、
前記極性反転周波数が小さくなるほど、前記オフセット電圧は大きくなる。

図１は、第１の実施形態に係る液晶表示装置の一構成例を概略的に示す図である。 図２は、上記液晶表示装置の断面の一例を示す図である。 図３は、上記液晶表示装置のアレイ基板の断面の一例を示す図であり、ＦＦＳモードにおいて、絶縁層を介して配置された電極間に生じる電界の一例について説明するための図である。 図４は、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を６０Ｈｚとしてノーマルな映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図５は、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を１５Ｈｚとしてノーマルな映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図６は、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を０．９３７５としてノーマルな映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図７は、上記第１の実施形態において、各々のフレーム反転周波数（極性反転周波数）における、測定階調に対するオフセット電圧（補正信号）の変化をグラフで示した図である。 図８は、上記第１の実施形態において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を６０Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図９は、上記第１の実施形態において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を１５Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１０は、上記第１の実施形態において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を０．９３７５Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１１は、比較例において、各々のフレーム反転周波数（極性反転周波数）で共通である、測定階調に対するオフセット電圧（補正信号）の変化をグラフで示した図である。 図１２は、上記比較例において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を６０Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１３は、上記比較例において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を１５Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１４は、上記比較例において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を０．９３７５Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１５は、第２の実施形態に係る液晶表示装置において、各々のフレーム反転周波数（極性反転周波数）における、測定階調に対するオフセット電圧（補正信号）の変化をグラフで示した図である。 図１６は、上記第２の実施形態において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を６０Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１７は、上記第２の実施形態において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を１５Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１８は、上記第２の実施形態において、フレーム反転周波数（極性反転周波数）を０．９３７５Ｈｚとしてオフセット電圧（補正信号）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合における、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化をグラフで示した図である。 図１９は、信号補正無しの場合、上記第１の実施形態の信号補正を行った場合、上記第２の実施形態の信号補正を行った場合及び比較例の信号補正を行った場合のフレーム反転周波数（極性反転周波数）毎の、切片輝度の変動幅及びその比率を表で示した図である。

始めに、本発明の実施形態の着想について説明する。
ＦＦＳモードの液晶表示装置では焼き付き現象が生じることがある。焼き付きの発生原因としては種々のものがあるが、一例としては、画素スリット部の絶縁膜／配向膜界面や配向膜／液晶界面などで表示階調に依存して電荷の蓄積（チャージアップ）が起こり、ＤＣ的な動作点がずれるモードが知られている。あるいは液晶配向のアンカリング強度不足に起因するモードも知られている。

この焼き付き現象を改善するための手段として、例えば特開２０１１−１１２８６５号公報で開示されているように、画素電極に表示させる階調に応じて前記画素電極に供給される電圧に予め設定された所定の大きさのＤＣバイアスをかけて補正する補正手段を備える方式が提案されている。本方式により、焼き付き現象を抑制して表示品位の良好な液晶表示装置および液晶表示装置の駆動方法を提供することが可能となる。

ところで、特にスマートフォンなどのモバイル用端末用途の液晶表示装置においては回路消費電力の低減が必須であり、そのための手段として低周波駆動や間欠駆動などが提案されている。低周波駆動とは液晶表示装置の駆動周波数を標準条件に対して例えば１／２、１／４などに低減して回路電力を低減する方式である。また、間欠駆動とは液晶表示装置の１表示期間（１フレーム）の書き込みを行った後に数フレーム間の回路停止期間を設けることで回路電力を低減する方式である。

いずれの場合も映像信号の書き換え周波数が小さくなるため動画ぼけ等の副作用は発生しうるが、動画視認性が重要視されない静止画表示等の場合においては、有効な回路電力低減策となる。なおいずれの方式においても、映像信号の書き換え周波数を低減することにより、必然的に極性反転周波数も低減する。

ところで、特開２０１１−１１２８６５で号公報に開示された技術を、上述の低周波駆動や間欠駆動に適用したところ、所望の焼き付き改善効果が得られないことが明らかになった。

そこで、本発明の実施形態においては、この課題の原因を解明し、低周波駆動や間欠駆動を適用した液晶表示装置においても焼き付き現象を抑制して表示品位の良好な液晶表示装置および液晶表示装置の駆動方法を得ることができるものである。特に、駆動電力低減のためにフレーム反転周波数を低減する場合において顕著な焼き付き低減効果を得ることができるものであり、低消費電力化及び焼き付き低減効果の両立を図ることができるものである。次に、本発明の実施形態の課題解決のため、上記着想を具体化する手段について説明する。

以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係る液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法について詳細に説明する。
図１に示すように、液晶表示装置は、マトリクス状に配置された画素ＰＸを含む表示部を有する液晶表示パネルＰＮＬと、液晶表示パネルを背面側から照明する照明手段としてのバックライトユニットＢＬＴと、を備えている。

図２に示すように、液晶表示パネルＰＮＬは、一対の基板１００、２００と、この一対の基板１００、２００間に挟持された液晶層ＬＱとを備えている。一対の基板の一方は、透明絶縁性基板ＳＢ２と、透明絶縁性基板ＳＢ２上に配置された赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）各色の着色層を含むカラーフィルタ層ＣＦと、カラーフィルタ層ＣＦ上を覆うオーバコート層Ｌ２と、を備えた対向基板２００である。オーバコート層Ｌ２は、カラーフィルタ層ＣＦに含まれる物質が液晶層ＬＱへ流出することを防止する。

一対の基板の他方は、透明絶縁性基板ＳＢ１と、対向電極（第１電極）ＣＯＭと、窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁層Ｌ１を介して対向電極ＣＯＭ上に配置された複数の画素電極（第２電極）ＰＥと、を備えたアレイ基板１００である。画素電極ＰＥは画素ＰＸ毎に配置され、スリット状に穴ＳＬＴが形成されている。対向電極ＣＯＭと画素電極ＰＥとは、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）によって形成された透明電極である。

図１に示すように、アレイ基板１００は、表示部において、複数の画素ＰＸが配列する行に沿って延びる走査線ＧＬ（ＧＬ１、ＧＬ２…）と、複数の画素ＰＸが配列する列に沿って延びる信号線ＳＬ（ＳＬ１、ＳＬ２…）と、走査線ＧＬと信号線ＳＬが交差する位置近傍に配置された画素スイッチＳＷとを備えている。

画素スイッチＳＷはＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を備えている。画素スイッチＳＷのゲート電極は対応する走査線ＧＬと電気的に接続され、半導体層に対向している。画素スイッチＳＷのソース電極は、対応する信号線ＳＬと電気的に接続され、また半導体層のソース領域に電気的に接続されている。画素スイッチＳＷのドレイン電極は、対応する画素電極ＰＥと電気的に接続され、また半導体層のドレイン領域と電気的に接続されている。

アレイ基板１００は、複数の画素ＰＸを駆動する駆動手段として、ゲートドライバＧＤとソースドライバＳＤとを備えている。複数の走査線ＧＬはゲートドライバＧＤの出力端子と電気的に接続されている。複数の信号線ＳＬはソースドライバＳＤの出力端子と電気的に接続されている。

ゲートドライバＧＤとソースドライバＳＤとは、表示部の周囲の領域に配置されている。ゲートドライバＧＤは複数の走査線ＧＬにオン電圧を順次印加して、選択された走査線ＧＬに電気的に接続された画素スイッチＳＷのゲート電極にオン電圧を供給する。ゲート電極にオン電圧が供給された画素スイッチの、ソース電極−ドレイン電極間が導通する。ソースドライバＳＤは、複数の信号線ＳＬのそれぞれに対応する出力信号（映像信号）を供給する。信号線ＳＬに供給された信号は、ソース電極−ドレイン電極間が導通した画素スイッチＳＷを介して対応する画素電極ＰＥに印加される。

ゲートドライバＧＤとソースドライバＳＤとは、液晶表示パネルＰＮＬの外部に配置された制御回路ＣＴＲにより動作を制御される。制御回路ＣＴＲは、対向電極ＣＯＭに対向電圧Ｖｃｏｍを供給している。ゲートドライバＧＤ、ソースドライバＳＤ及び制御回路ＣＴＲは、駆動部として機能している。

制御回路ＣＴＲは、駆動電力低減のために駆動周波数を可変する機能（低周波駆動の機能）を持っている。ここでは、一例として液晶表示装置の標準のフレーム反転周波数が６０Ｈｚ（すなわち（１／６０）ｓｅｃごとに液晶に印加される電圧の極性が反転する）であるとする。動画表示の場合には６０Ｈｚで動作するが、動画視認性がそれほど重視されない静止画像などを表示する場合は、制御回路ＣＴＲの駆動速度を例えば１／２、１／４、１／８、あるいは１／６４などに低減し、フレーム反転周波数をそれぞれ３０Ｈｚ、１５Ｈｚ、７．５Ｈｚ、あるいは０．９３７５Ｈｚとする。このように表示画像に応じて駆動速度を変えることで、駆動に関わる消費電力を低減することができる。なお、本駆動においてはゲートドライバＧＤ及びソースドライバＳＤの走査速度も連動して１／２、１／４、１／８、あるいは１／６４などに低減される。

あるいは、制御回路ＣＴＲは、間欠駆動の機能を持っていてもよい。例えば、６０Ｈｚでの動作（すなわち（１／６０）ｓｅｃで全画面の書き込みを行う動作）を基本とするが、静止画表示などの場合には１フレーム（＝（１／６０）ｓｅｃ）の書き込み（画面の上から下までの走査）を行った後に、例えば１フレーム、３フレーム、７フレーム、あるいは６３フレーム相当の休止期間を設ける。休止期間に制御回路ＣＴＲの動作を停止すればその間の回路消費電力は実質０（ゼロ）になり、書き込み時も含めた時間平均としての回路消費電力はそれぞれ、１／２、１／４、１／８、あるいは１／６４に低減される。

上述したような駆動では各画素への書き込み後に長時間の保持を行う必要があることから、オフリーク電流が小さく低周波駆動に適したＴＦＴを用いることが望ましい。このようなＴＦＴとしては、例えばＩＧＺＯ（Ｉｎ(インジウム)、Ｇａ(ガリウム)、Ｚｎ(亜鉛)から構成される酸化物）を利用した半導体層を有したＴＦＴを挙げることができる。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、ＦＦＳ（Fringe-Field Switching）モードの液晶表示装置であり、対向電極ＣＯＭと画素電極ＰＥとに電圧を印加し、対向電極ＣＯＭと画素電極ＰＥとの電位差により液晶層ＬＱに電界を生じさせ、液晶層に含まれる液晶分子の配向方向を制御する。液晶分子の配向方向により、バックライトユニットＢＬＴから出射される光の透過光量が制御される。なお、バックライトユニットＢＬＴは制御回路ＣＴＲによりその動作が制御される。

図３に示すように、すなわち、対向電極ＣＯＭと画素電極ＰＥとの間に所定の電位差の電圧を印加すると、両電極が相対する部分だけでなく、画素電極ＰＥ間の穴（スリット）ＳＬＴのあいた部分と対向する液晶層ＬＱの部分にまで電界が回り込む（これをフリンジ電界と呼ぶ）。ＦＦＳモードの液晶表示装置では、このフリンジ電界により、液晶分子の配向方向が制御される。

図１および図２に示すように、画素電極ＰＥと対向電極ＣＯＭとが絶縁層Ｌ１を挟んで対向する部分には、当然容量成分Ｃｓ０が発生する。これらの他に液晶層ＬＱ内に回り込む電界に対応する補助容量成分Ｃｓ１および液晶容量Ｃｌｃも存在する。なお、液晶層ＬＱ部分は残留イオン等に起因して極僅かながら導電性も有していると考えられるので、液晶容量Ｃｌｃと並列のリークパス成分（抵抗成分Ｒｌｃ）も存在している。

上記のようなＦＦＳモードの液晶表示装置では焼き付き現象が生じることがある。焼き付き現象とは、例えば画面に白黒の市松模様（チェッカパターン）をしばらく表示させた後に、表示部全面にグレイ画像（中間調画像）を表示させると、市松模様が残像のように薄く残る現象をいう。

本実施形態に係る液晶表示装置では、ソースドライバＳＤは、後述するように焼き付き現象を抑制させるために、信号線ＳＬへの出力信号を補正する補正手段（補正部）ＳＤＡを備えている。なお、電圧信号（映像信号）が画素電極ＰＥに焼き込まれたか否かの判断は、例えば、電圧信号が画素電極ＰＥに継続して印加された時間により制御回路ＣＴＲにおいて判断することができる。一定時間以上、継続して電圧信号が画素電極ＰＥに印加された場合に、制御回路ＣＴＲは、補正手段ＳＤＡを制御して、補正後の電圧信号（映像信号）を信号線ＳＬへの出力信号として出力させるように構成されてもよい。

本実施形態に係る液晶表示装置では、補正手段ＳＤＡに予め補正信号が設定されている。例えば、液晶表示装置の製造後の検査の段階で、焼き込み試験を行なって、後に説明するような一連の輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線を測定し、この測定結果に基づいて最適な補正信号を計算し、算出された補正信号を出力するように補正手段ＳＤＡが調整されている。したがって、本実施形態では、補正手段ＳＤＡは、電圧信号（映像信号）が画素電極ＰＥに焼き込まれたか否かに関わらず、予め極性反転周波数と画素ＰＸに表示させる画像の階調とに対応した補正信号を電気信号（映像信号）に重畳する補正を行うように構成されている。

焼き付きの状態を解析するにあたって重要な概念として、上述した輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線がある。詳細は特開２０１１−１１２８６５号公報に開示されている通りである。このため、ここでは、以下、輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線の要点のみを説明する。

輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線は、特定の表示階調（焼き込み階調）の映像信号で焼き込みを行った後に、焼き付きを評価する階調（測定階調）に切り替えて、対向電極ＣＯＭの電位（Ｖｃｏｍ）を変化させて輝度との関係をプロットしたグラフである。横軸は、焼き込み時のＶｃｏｍ値を基準にしてそこからの偏差（Ｖｃｏｍ偏差）で表示する。輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線は一般に下に凸な放物線形状であり、放物線の頂点（すなわち輝度が極小になる点）における横軸座標を「輝度極小Ｖｃｏｍ偏差」、縦軸座標（すなわち輝度の極小値）を「輝度ボトムレベル」と呼ぶ。

輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線は、一般に、焼き付きが発生した状態になると水平方向、あるいは垂直方向にシフトする。すなわち、測定階調が一定であっても、焼き込み階調が異なると輝度極小Ｖｃｏｍ偏差および輝度ボトムレベルが異なった値になる。輝度極小Ｖｃｏｍ偏差および輝度ボトムレベルの焼き込み階調依存によって発生する焼き付きを、それぞれ「ＤＣシフトモード焼き付き」および「輝度ボトムレベル変動モード焼き付き」と呼ぶ。なお実際の目視での焼き付きは、各焼き込み階調に対する輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線が縦軸と交差する点（Ｖｃｏｍ偏差＝０）における輝度（これを切片輝度と呼ぶ）の変動幅に対応する。

ＤＣシフトモード焼き付きの要因としては、例えば画素スリット部の絶縁膜／配向膜界面や配向膜／液晶界面などでの電荷蓄積（チャージアップ）に起因するもの（内部要因）と、液晶に印加される電圧の正負非対称（ＤＣオフセット）に起因するもの（外部要因）がある。輝度極小Ｖｃｏｍ偏差（δＶ）は、一般に次の式（１）で表すことができる。

（δＶ）＝（測定階調での画素電位正負平均）
−（焼き込み階調での画素電位正負平均）
＋（表示部内部要因に起因する成分）・・・式（１）
一方、輝度ボトムレベル変動モード焼き付きの要因としては、液晶配向規制力（アンカリング力）の不足によるものがよく知られている。また、それ以外にも上述の液晶セル内スリット部やオーバコート／配向膜界面のチャージアップが発生したときに、ＤＣシフトモード焼き付きに付随して発生するケースもある。輝度ボトムレベル変動モード焼き付きは内部要因によるものが主であり、一般には液晶に印加される電圧の正負非対称（ＤＣオフセット）には依存しない。ＤＣシフトモード焼き付きと輝度ボトムレベル変動モード焼き付きは、いずれか一方が支配的な場合もあれば、両者が複合的に発生することもある。

本実施形態においては低周波駆動あるいは間欠駆動を行うため、液晶層ＬＱに印加される電圧の極性反転周波数が標準より小さくなる場合がある。

そこで、本願発明者等は、６０Ｈｚ、１５Ｈｚ及び０．９３７５Ｈｚの３通りの極性反転周波数において、焼き込み後の輝度−Ｖｃｏｍ曲線を測定した。ここでは、標準の極性反転周波数を６０Ｈｚとする。また、低周波駆動あるいは間欠駆動を行うことで低減した周波数の例として、１５Ｈｚ（標準の１／４）および０．９３７５Ｈｚ（標準の１／６４）を挙げている。

そして、上記測定した結果を基に、極性反転周波数毎の、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化を示すグラフを図４、図５及び図６に示す。

図４乃至図６に示すように、ここでは、階調レベルとして、黒表示状態（レベル５階調（０/６３））と白表示状態（レベル１階調（６３/６３））を設定し、その間で略等間隔となる３つの階調として、レベル４階調（１５/６３）、レベル３階調（３１/６３）、レベル２階調（４７/６３）を設定した。焼き込み階調はレベル１乃至５の５通りとし、測定階調は上記レベル３階調とした。また、この測定にあたっては、画素に印加される電圧の正負平均は０ｍＶ（階調によらない一定値）とした。なお、焼き込み階調０/６３での輝度ボトムレベルが１．００となるように正規化を行った。

この結果から分かることとして、極性反転周波数が低減するに従って、輝度極小Ｖｃｏｍ偏差の焼き込み階調依存が大きくなることが挙げられる。例えば、焼き込み階調０/６３と６３/６３での輝度極小Ｖｃｏｍ偏差の差分に注目すると、極性反転周波数が６０Ｈｚの場合（図４）に略７０ｍＶであり、極性反転周波数が１５Ｈｚの場合（図５）に略１００ｍＶであり、極性反転周波数が０．９３７５Ｈｚの場合（図６）に略１５０ｍＶであることを読み取ることができる。

上記のように、輝度極小Ｖｃｏｍ偏差の差分が極性反転周波数に応じて変化することは、本願発明者等が実験等により明らかにした新規の事項である。焼き付きの程度は切片輝度の変動幅（図中のΔＬ）で与えられる。ΔＬを読み取ると、極性反転周波数が６０Ｈｚの場合（図４）にΔＬ＝０．０１１８であり、極性反転周波数が１５Ｈｚの場合（図５）にΔＬ＝０．０１５５であり、極性反転周波数が０．９３７５Ｈｚの場合（図６）にΔＬ＝０．０２４２である。これは、画素に印加される電圧の正負平均を階調によらない一定値とする場合には、極性反転周波数が小さくなるほど焼き付きが顕著になることを表している。

なお、極性反転周波数の低減とともに輝度極小Ｖｃｏｍ偏差の焼き込み階調依存が大きくなる理由としては、例えば画素電極／配向膜界面などにおける電荷移動にダイオードのような正負非対称性（整流性）があり、低周波では極性反転の周期が電荷移動時間に比べて大きくなるため、電荷移動が起こりやすくなり、チャージアップ量が増えるためであると考えられる。

そこで、上述した結果（図４乃至図６）を踏まえて、本実施形態において、補正手段ＳＤＡ（ソースドライバＳＤ）は、予め極性反転周波数及び階調に対応したオフセット電圧（補正信号）を映像信号に重畳するものである。

図７は、ソースドライバＳＤが出力する正極性及び負極性の映像信号の平均値（ＤＣ平均値）に、極性反転周波数と階調に依存したオフセット電圧を重畳した例をグラフで示す図である。図７に示すように、極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧が、映像信号に重畳されるものである。

そして、オフセット電圧（図７）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合に予想される、極性反転周波数毎の、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化を示すグラフを図８、図９及び図１０に示す。ここでも測定階調は３１／６３（レベル３階調）としている。

図８乃至図１０に示すように、極性反転周波数が６０Ｈｚ、１５Ｈｚ及び０．９３７５Ｈｚの何れの場合においても、焼き込み階調０／６３乃至６３／６３の概ね全範囲にて、輝度極小Ｖｃｏｍ偏差が概ね一致することになる。なお、図８乃至図１０に示した輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線が得られるように、オフセット電圧（図７）は逆算して設定されている。

言い換えると、各々の極性反転周波数において、画素ＰＸで表示する第１階調の画像の輝度の平均値が極小となる際の対向電圧Ｖｃｏｍの変化量と画素ＰＸで表示する第２階調の画像の輝度の平均値が極小となる際の対向電圧Ｖｃｏｍの変化量とが等しくなるように、オフセット電圧（補正信号）が設定されている。

次に、極性反転周波数が０．９３７５Ｈｚの場合を例にとって詳細に説明する。
図７及び図１０に示すように、レベル５階調（０/６３、黒表示状態）におけるオフセット電圧（オフセット補正量）は０ｍＶであり、レベル３階調（３１/６３）におけるオフセット電圧は４０ｍＶであり、レベル１階調（６３/６３、白表示状態）におけるオフセット電圧は１５０ｍＶであることを読み取ることができる。

ここで、図６において、レベル５階調（０/６３、黒表示状態）における輝度極小Ｖｃｏｍ偏差は２０ｍＶであり、レベル３階調（３１/６３）における輝度極小Ｖｃｏｍ偏差は６０ｍＶであり、レベル１階調（６３/６３、白表示状態）における輝度極小Ｖｃｏｍ偏差は１７０ｍＶであることを読み取ることができる。

そして、上記式（１）において、「測定階調での画素電位正負平均」は「測定階調におけるオフセット電圧」のことであり、「焼き込み階調での画素電位正負平均」は「焼き込み階調におけるオフセット電圧」のことであり、また、「表示部内部要因に起因する成分」は図６の輝度極小Ｖｃｏｍ偏差のことである。

上記のことから、上記式（１）を用い、それぞれの焼き込み階調に対して補正後の輝度極小Ｖｃｏｍ偏差（δＶ）を求めることができる。

・焼き込み階調０／６３
δＶ＝４０ｍＶ−０ｍＶ＋２０ｍＶ＝６０ｍＶ
・焼き込み階調３１／６３
δＶ＝４０ｍＶ−４０ｍＶ＋６０ｍＶ＝６０ｍＶ
・焼き込み階調６３／６３
δＶ＝４０ｍＶ−１５０ｍＶ＋１７０ｍＶ＝６０ｍＶ
上記のことから、確かに輝度極小Ｖｃｏｍ偏差が一致していることを確認することができる。

すなわち、図６に示す各々の輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線のボトム位置が６０ｍＶにくるように映像信号を補正し、上記曲線を水平方向に平行移動させ、図１０に示すように各々の輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線を得ているものである。

図１９において、各欄の上段に焼き付き指標であるΔＬ（切片輝度の変動幅）を示し、下段にフレーム反転周波数（極性反転周波数）毎のΔＬの比率（百分率表示）を示している。ここで、信号補正無し（補正信号を映像信号に重畳する補正無し）の場合（図４、図５及び図６）を基準としてΔＬの比率を表している。

本実施形態の信号補正（補正信号を映像信号に重畳する補正）を行った場合（図８、図９及び図１０）、いずれの極性反転周波数においても比率は１００％より小さくなっており、信号補正無しの場合と比べて焼き付きが改善されることを意味している。

ここで、比較のため、極性反転周波数依存を考慮しない比較例の液晶表示装置について説明する。
比較例において、極性反転周波数に関わらず図７の６０Ｈｚ（標準の極性反転周波数）におけるオフセット電圧を採用するものとする。すなわち、図１１に示すようなオフセット電圧を映像信号に重畳する。

そして、オフセット電圧（図１１）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合に予想される、極性反転周波数毎の、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化を示すグラフを図１２、図１３及び図１４に示す。なお、図１２乃至図１４は、上記式（１）を用いて予想したものである。

図１１乃至図１４に示すように、極性反転周波数が６０Ｈｚの場合は全ての焼き込み階調で輝度極小Ｖｃｏｍ偏差が概ね一致しているが、極性反転周波数が１５Ｈｚや０．９３７５Ｈｚの場合には輝度極小Ｖｃｏｍ偏差は各々一致していない。これは、極性反転周波数が１５Ｈｚや０．９３７５Ｈｚの場合において、映像信号の補正量（オフセット電圧の値）が不足しているためである。

図１９に示すように、極性反転周波数を考慮せずにオフセット電圧を映像信号に重畳する比較例において、極性反転周波数が６０Ｈｚの場合には本実施形態（第１の実施形態）と同等にまでΔＬが低減している。しかし、比較例において、極性反転周波数が１５Ｈｚや０．９３７５Ｈｚの場合には本実施形態（第１の実施形態）と比べてΔＬ低減効果が劣っていることが分かる。よって、比較例（図１１乃至図１４）では、信号補正無しの場合（図４乃至図６）に比べれば若干の焼き付き改善効果はあるものの、十分な焼き付き改善効果は得られないものである。

上記のように構成された第１の実施形態に係る液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法によれば、液晶表示装置は、アレイ基板１００と、対向基板２００と、液晶層ＬＱと、駆動部とを備えている。アレイ基板１００は、画素ＰＸを形成する画素電極ＰＥと、対向電極ＣＯＭと、を有している。駆動部は、画素ＰＸが表示する画像の階調に対応した正極性及び負極性の映像信号を画素電極ＰＥに与え極性反転駆動を行う。

駆動部は、映像信号を画素電極ＰＥに与える際、予め極性反転周波数及び階調に対応した補正信号を映像信号に重畳する補正を行う。
駆動部は、第１モードにおいて第１極性反転周波数及び階調に対応した第１補正信号を映像信号に重畳し、第２モードにおいて、第２極性反転周波数及び階調に対応した第２補正信号を映像信号に重畳する。ここで、第２極性反転周波数は第１極性反転周波数とは異なり、第１モードは第１極性反転周波数で駆動するモードであり、第２モードは第２極性反転周波数で駆動するモードであり、第２補正信号は第１補正信号とは異なる。
第１極性反転周波数が第２極性反転周波数より大きいと仮定した場合、階調毎に、上記第１補正信号の電圧値は上記第２補正信号の電圧値以下である。

この実施形態では、各々の極性反転周波数において、画素ＰＸで表示する第１階調の画像の輝度の平均値が極小となる際の対向電圧Ｖｃｏｍの変化量と、画素ＰＸで表示する第２階調の画像の輝度の平均値が極小となる際の対向電圧Ｖｃｏｍの変化量とが等しくなるように、補正信号が設定されている。なお、実使用（極性反転駆動を行って画像を表示）する際の対向電圧Ｖｃｏｍは定電圧である。補正信号を設定する際、例えば検査の段階で輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線を測定する際、対向電圧Ｖｃｏｍの電圧値を変化させて行う。

このため、標準以外の極性反転周波数においても、焼き付き現象を抑制することのできる液晶表示装置を得ることができる。そして、低周波駆動や間欠駆動を適用した液晶表示装置においても焼き付き現象を抑制することができる。これにより、回路電力を低減することができ、低消費電量化を図ることができる。
上記のことから、焼き付き現象を抑制して表示品位の良好な液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法を得ることができる。

次に、第２の実施形態に係る液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法について説明する。この実施形態において、上述した第１の実施形態と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１５は、ソースドライバＳＤが出力する正極性及び負極性の映像信号の平均値（ＤＣ平均値）に、極性反転周波数と階調に依存したオフセット電圧を重畳した例をグラフで示す図である。図１５に示すように、極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧が、映像信号に重畳されるものである。

そして、オフセット電圧（図１５）が重畳された映像信号を画素電極に与えた場合に予想される、極性反転周波数毎の、Ｖｃｏｍ偏差に対する輝度の変化を示すグラフを図１６、図１７及び図１８に示す。ここでも測定階調は３１／６３（レベル３階調）としている。

オフセット電圧（図１５）による映像信号の補正は、以下の考えに基いている。
上記第１の実施形態においては、式（１）に従って、輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線を水平方向にシフトさせることで、切片輝度の変化幅（ΔＬ）を小さくするものであった。ところで、切片輝度の可変範囲には以下の制限があるものである。

［１］切片輝度を輝度ボトムレベルより小さくすることができない。（輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線が下に凸な放物線のためである。）
［２］焼き込み階調が測定階調に一致する場合、切片輝度を可変できない。（式（１）において最初の２項が等しくなり相殺されるためである。）
これらを言い換えると、ΔＬの上限を輝度ボトムレベルの最大値より小さくすることができず、ΔＬの下限を［２］の切片輝度より大きくすることができない、ということである。

図１５乃至図１８に示すように、この制限の中でΔＬを極小化しようというのが、本実施形態の特徴であり、補正信号を調整することにより、以下のような特徴を持たせている。

（ｉ）各々の極性反転周波数において、焼き込み階調６３／６３（輝度ボトムレベルが最大になる条件）に対応する輝度極小Ｖｃｏｍ偏差は概ね０である。

（ｉｉ）各々の極性反転周波数において、焼き込み階調０／６３に対応する切片輝度が、焼き込み階調３１／６３（焼き込み階調が測定階調に等しい場合）に対応する切片輝度に概ね等しい。

ここで、図１５のオフセット電圧を用いた補正を採用すると、図４乃至図６の信号補正なしとした場合の各々の極性反転周波数及び焼き込み階調に対する輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線は、式（１）に従って水平方向にシフトし、確かに上記（ｉ）及び（ｉｉ）が満足されていることを確認することができる。

図１９に示すように、本実施形態の信号補正（補正信号を映像信号に重畳する補正）を行った場合（図１６、図１７及び図１８）、いずれの極性反転周波数においても比率は１００％より小さくなっていることはもちろんのこと、上述した第１の実施形態と比べても比率は小さくなっており、非常に優れた焼き付き改善効果を得ることができる。

上記のように構成された第１の実施形態に係る液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法によれば、液晶表示装置は、アレイ基板１００と、対向基板２００と、液晶層ＬＱと、駆動部とを備えている。この実施形態では、各々の極性反転周波数において、画素ＰＸで表示する第１階調の画像の輝度の平均値の極小である第１極小値が画素ＰＸで表示し上記第１階調より輝度レベルの低い第２階調の画像の輝度の平均値の極小である第２極小値より大きい場合、第１階調の画像の輝度が第１極小値を採るときに対向電圧Ｖｃｏｍの変化量がゼロとなるように、極性反転周波数及び第１階調に対応した補正信号を極性反転周波数及び第１階調に対応した映像信号に重畳している。

上記の場合、さらに、第２階調の画像の輝度が所定の値となるように、極性反転周波数及び第２階調に対応した補正信号を極性反転周波数及び第２階調に対応した映像信号に重畳している。上記所定の値は、第２極小値から外れた値である。なお、実使用（極性反転駆動を行って画像を表示）する際の対向電圧Ｖｃｏｍは定電圧である。

このため、より焼き付き現象を抑制することができ、標準以外の極性反転周波数においても焼き付き現象を抑制することのできる液晶表示装置を得ることができる。そして、低周波駆動や間欠駆動を適用した液晶表示装置においても焼き付き現象を抑制することができ、低消費電量化を図ることができる。
上記のことから、焼き付き現象を抑制して表示品位の良好な液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、液晶表示装置に低周波駆動や間欠駆動の機能を持たせる場合、例えばユーザのモード選択（省電力モード等）や表示画像（例えば静止画か動画か等）などの条件に応じて、低周波駆動や間欠駆動を行うか否か、あるいは行う場合はどの極性反転周波数を選択するか等、決定する必要がある。この決定は装置本体（例えばスマートフォンやタブレットＰＣ等の本体）の制御回路（ＣＰＵなど）にて行い、制御信号として液晶表示装置の制御回路（駆動部）に送り込んでもよい。あるいは、液晶表示装置の制御回路自体に決定する役割を担わせても良い。いずれの場合も液晶表示装置の制御回路は極性反転周波数をリアルタイムで認識しているので、オフセット電圧（補正信号）の情報をテーブルとして予め制御回路のメモリ内に記憶させておけば、そのリアルタイムの極性反転周波数に応じて最適なオフセット補正電圧を選択することが可能となる。

極性反転周波数の選択は、いくつかの条件からの選択（例えば先に述べた実施形態では、６０Ｈｚ、１５Ｈｚ、及び０．９３７５Ｈｚの３条件からの選択）であってもよいし、連続的に設定する方式（例えば６０Ｈｚ〜０．１Ｈｚの間で連続的に可変とする）でもよい。後者の場合は周波数区間内の離散的ないくつかの条件についてのオフセット電圧をメモリ内に記憶しておき、必要に応じて補間計算（折れ線近似）により最適なオフセット電圧を求めてもよい。

なお、上述した実施形態では、実使用（極性反転駆動を行って画像を表示）する際の対向電圧Ｖｃｏｍは定電圧であるとして説明をしてきたが、例えばコモンライン反転駆動（偶奇ラインで信号極性を逆にし、さらにフレームごとにも信号極性を反転させる駆動）のように対向電圧Ｖｃｏｍの値が正負で異なる場合であっても、上述した実施形態のように映像信号補正を適用することは可能である。この場合、輝度−Ｖｃｏｍ特性曲線を測定する際には、正負極性での対向電圧Ｖｃｏｍの値の差を一定に保ったままそれぞれの対向電圧Ｖｃｏｍの値を変化させる。

また、この発明の実施形態は、上記液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法に限定されるものではなく、各種の液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動方法に適応可能である。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］画素を形成する画素電極と、前記画素電極に絶縁層を介して対向配置され前記画素を形成する対向電極と、を有したアレイ基板と、
前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、
前記アレイ基板及び対向基板間に挟持された液晶層と、
前記画素が表示する画像の階調に対応した正極性及び負極性の映像信号を前記画素電極に与え極性反転駆動を行う駆動部と、を備え、
前記駆動部は、前記映像信号を前記画素電極に与える際、予め前記極性反転周波数及び階調に対応した補正信号を前記映像信号に重畳する液晶表示装置。
［２］前記駆動部は、
第１極性反転周波数で駆動する第１モードにおいて、前記第１極性反転周波数及び階調に対応した第１補正信号を前記映像信号に重畳し、
前記第１極性反転周波数とは異なる第２極性反転周波数で駆動する第２モードにおいて、前記第２極性反転周波数及び階調に対応し前記第１補正信号とは異なる第２補正信号を前記映像信号に重畳する［１］に記載の液晶表示装置。
［３］前記第１補正信号及び第２補正信号は、バイアス電圧であり、
前記第１極性反転周波数は、前記第２極性反転周波数より大きく、
前記階調毎に、前記第１補正信号の電圧値は前記第２補正信号の電圧値以下である［２］に記載の液晶表示装置。
［４］前記駆動部は、前記極性反転周波数及び階調に対応した補正信号を前記映像信号に重畳できるように予め設定されている［１］に記載の液晶表示装置。
［５］前記補正信号は、各々の極性反転周波数において前記画素で表示する第１階調の画像の輝度の平均値が極小となるときの前記対向電圧の変化量と前記画素で表示する前記第１階調とは異なる第２階調の画像の輝度の平均値が極小となるときの前記対向電圧の変化量とが等しくなるように設定されている［１］に記載の液晶表示装置。
［６］前記補正信号は、各々の極性反転周波数において前記画素で表示する第１階調の画像の輝度の平均値の極小である第１極小値が前記画素で表示し前記第１階調より輝度レベルの低い第２階調の画像の輝度の平均値の極小である第２極小値より大きい場合、前記第１階調の画像の輝度が前記第１極小値を採るときの前記対向電圧の変化量がゼロとなるように設定されている［１］に記載の液晶表示装置。
［７］前記駆動部は、
前記第１階調の画像の輝度が前記第１極小値を採るときの前記対向電圧の変化量がゼロとなるように、前記極性反転周波数及び第１階調に対応した前記補正信号を前記極性反転周波数及び第１階調に対応した前記映像信号に重畳し、
前記第１階調の画像の輝度が前記第１極小値を採るときの前記対向電圧の変化量がゼロとなる場合、前記第２階調の画像の輝度が所定の値となるように、前記極性反転周波数及び第２階調に対応した前記補正信号を前記極性反転周波数及び第２階調に対応した前記映像信号に重畳する［６］に記載の液晶表示装置。
［８］前記所定の値は、第２極小値から外れた値である［７］に記載の液晶表示装置。
［９］画素を形成する画素電極と、前記画素電極に絶縁層を介して対向配置され前記画素を形成する対向電極と、を有したアレイ基板と、前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレイ基板及び対向基板間に挟持された液晶層と、駆動部と、を備えた液晶表示装置の駆動方法において、
前記駆動部により、前記画素が表示する画像の階調に対応した正極性及び負極性の映像信号を前記画素電極に与え極性反転駆動を行い、
前記映像信号を前記画素電極に与える際、前記駆動部により、予め前記極性反転周波数及び階調に対応した補正信号を前記映像信号に重畳する液晶表示装置の駆動方法。

ＰＮＬ…液晶表示パネル、１００…アレイ基板、２００…対向基板、ＬＱ…液晶層、ＰＸ…画素、ＧＬ…走査線、ＳＬ…信号線、ＳＷ…画素スイッチ、ＣＯＭ…対向電極、Ｌ１…絶縁層、ＰＥ…画素電極、ＧＤ…ゲートドライバ、ＳＤ…ソースドライバ、ＣＴＲ…制御回路、ＳＤＡ…補正手段、Ｖｃｏｍ…対向電圧。

Claims (5)

1. 画素を形成する画素電極と、前記画素電極に絶縁層を介して対向配置され前記画素を形成する対向電極と、を有したアレイ基板と、
   前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、
   前記アレイ基板及び対向基板間に挟持された液晶層と、
   前記画素が表示する画像の階調に対応した正極性及び負極性の映像信号を前記画素電極に与え極性反転駆動を行う駆動部と、を備え、
   前記駆動部は、前記映像信号を前記画素電極に与える際、予め前記極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧を前記映像信号に重畳し、
   前記極性反転周波数が小さくなるほど、前記オフセット電圧は大きくなる液晶表示装置。
2. 前記駆動部は、
   第１極性反転周波数で駆動する第１モードにおいて、前記第１極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧である第１補正信号を前記映像信号に重畳し、
   前記第１極性反転周波数とは異なる第２極性反転周波数で駆動する第２モードにおいて、前記第２極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧であり、前記第１補正信号とは異なる第２補正信号を前記映像信号に重畳する請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１極性反転周波数は、前記第２極性反転周波数より大きく、
   前記階調毎に、前記第１補正信号の電圧値は前記第２補正信号の電圧値以下である請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記駆動部は、前記極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧を前記映像信号に重畳できるように予め設定されている請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 画素を形成する画素電極と、前記画素電極に絶縁層を介して対向配置され前記画素を形成する対向電極と、を有したアレイ基板と、前記アレイ基板に対向配置された対向基板と、前記アレイ基板及び対向基板間に挟持された液晶層と、駆動部と、を備えた液晶表示装置の駆動方法において、
   前記駆動部により、前記画素が表示する画像の階調に対応した正極性及び負極性の映像信号を前記画素電極に与え極性反転駆動を行い、
   前記映像信号を前記画素電極に与える際、前記駆動部により、予め前記極性反転周波数及び階調に応じて独立した値のオフセット電圧を前記映像信号に重畳し、
   前記極性反転周波数が小さくなるほど、前記オフセット電圧は大きくなる液晶表示装置の駆動方法。

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