JP4843295B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、液晶テレビ、液晶モニタ、カーナビゲーションシステム等に用いられる液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示素子はＴＮ型液晶表示素子が一般的に用いられてきた。

また、高速応答を特徴とする液晶表示素子として、ＯＣＢ型液晶表示素子が検討されている（例えば、非特許文献１）。

このＯＣＢ型液晶表示素子は基板間に液晶が挟持されており、この基板上には電圧印加手段として透明電極が形成されている。電源を入れる前の状態ではこの液晶の配向状態はスプレイ配向と呼ばれる状態をなしている。この機器の電源を入れる時などに、この電圧印加手段に比較的大きな電圧を短時間に印加して、液晶の配向をベンド配向状態に転移させる。このベンド配向状態を用いて表示を行うことがＯＣＢ型液晶表示モードの特徴である。

また、このＯＣＢ型液晶表示素子は、ＴＦＴトランジスタ等を有するアクティブマトリクス基板と組み合わせて使用される例が多い。

このＯＣＢ液晶は高速応答が可能であり、１フレーム期間内に２回の書き込みをさせることも可能である。この特性を生かし、１フレーム内に表示信号とは別に、黒表示期間を書き込む技術が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。これを黒挿入駆動と呼ぶ。この黒挿入の目的は、スプレイ配向に戻る「逆転移」を防止することと、動画視認性を向上させることである。

一般に液晶表示装置は、明るさを調整する機能が付加されており、これはバックライトの駆動周波数を変化させることで行われている。
社団法人電気通信学会 信学技報 ＥＤＩ９８−１４４ １９９頁 特願２０００−２１４８２７号公報 特願２００２−１０７６９５号公報

しかしながら、黒挿入駆動を用いた液晶表示装置においては、バックライトの駆動周波数を変化させて調光すると画面のちらつきが発生するという問題があった。

この発明の目的は、黒挿入駆動を用いた液晶表示装置において、バックライトの駆動周波数を変化させて調光する際の画面のちらつきを防ぐことのできる液晶表示装置を提供することである。

本発明によれば、入力信号に応じて液晶表示パネルに表示する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルを駆動制御する制御手段と、前記液晶表示パネルを表示裏面側から照明するバックライトと、前記バックライトの点灯を制御するバックライト制御手段とを備え、前記制御手段による液晶表示パネルに対する黒書き込み用期間と信号書き込み用期間とは各水平走査期間において組となり、連続する水平走査期間に亘っては交互に配置され、かつ、前記制御手段は、前記液晶表示パネルをゲートドライバ回路とソースドライバ回路とを介して制御し、前記入力信号の走査用ゲートスタートパルスと所定期間ずらして黒挿入走査用ゲートスタートパルスを前記ゲートドライバ回路に投入し、前記液晶表示パネルの黒表示時間の比率である黒挿入率を変化させて前記液晶表示パネルからの出射光の明るさを調整することを特徴とする液晶表示装置が提供される。

本発明の液晶表示装置は、バックライトの周波数を一定とできるため、ちらつきのない連続的な調光が可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の液晶表示装置の構成を示すものである。この液晶表示装置１は、バックライトユニット２を背面に配置し、透過型の液晶表示パネル３を有している。液晶表示パネル３は、複数のゲート配線４と複数のソース配線５とを有し、それぞれゲートドライバ回路６、ソースドライバ回路７に接続されている。コントローラ１０は、ゲートドライバ回路６とソースドライバ回路７とを介して液晶表示パネル３を制御し、バックライト制御回路１１を介してバックライトユニット２を制御する。ゲートドライバ回路６は、詳しくは後述するがシフトレジスタ回路６１とバッファ回路６２とから構成されている。

また、液晶表示パネル３は、ＯＣＢ型液晶表示素子を用いている。

ＯＣＢ型液晶表示素子は、上下基板にラビング処理を行い、この方向を平行にすることを基本的な構成としている。このＯＣＢ型液晶表示素子において、初期の電圧を印加しない状態では液晶分子がほぼ平行に並んだスプレイ配向状態にある。

図２の(ａ)、(ｂ)は、液晶表示パネル３における液晶表示素子の構成を示すものである。液晶層３１が基板３２，３３の間に挟持されており、その基板の外側に位相差板３４，３５、および偏光板３６，３７を有している。

図２の(ａ)に示すように、電圧を印加しない状態では液晶層３１はスプレイ配向をしている。ここで、基板３２には配向処理を施すが、これは液晶分子が図２の(ａ)のように並ぶようにパラレル配向処理としている。

図２の(ｂ)に示すように、この液晶層３１の配向を表示に用いるベンド配向状態に転移させる。この転移を行うために、比較的大きな転移電圧、例えば２５ｖ程度を液晶層３１に印加する。この転移電圧と印加時間は、機器に固有のものであり、調整はしないものとする。

図３は、液晶表示パネル３の基板３３における画素構造を示す等価回路を示すものである。基板３３は、略マトリクス状に配置される複数の画素電極ＰＥ、複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置される複数のゲート配線４、複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される複数のソース配線５、並びにこれらゲート配線４およびソース配線５の交差点近傍に配置された画素ＴＦＴとを有する。基板３３に対向する基板３２は、複数の画素電極ＰＥに対向して配置される対向電極ＣＥを有する。

ソース配線５には表示データに対応した信号、ゲート配線４には特定のタイミングで画素ＴＦＴを動作させて画素電極ＰＥとソース配線５とを電気的に導通させるゲート信号が印加される。

図４は、液晶表示パネル３を駆動させる波形の概念を示すものである。

ゲートドライバ回路６からは、ゲート配線４に対してゲートパルスが入り、それが順次走査され、１フィールド期間で一巡する。このとき、黒書き込み用のゲートパルス群と信号書き込み用のゲートパルス群があり、ひとつのゲート配線４に対して、黒書き込み用、信号書き込み用の２回のゲートパルスが入力される。

この黒書き込み用のゲートパルスと信号用のゲートパルスは、同時に開くことはなく、１パルス分だけずらして配置されている。すなわち、黒挿入期間と信号書き込み用期間とが交互に配置される。そして、黒挿入期間にはソース配線５に黒信号が、信号書き込み期間にはソース配線５に信号の所定電圧が印加される。ここで、ソース信号と黒信号とは同一極性で示し、図上下に移動するに従って信号が大きいものとなっている。しかし、実際にはドット反転駆動を用いたので極性を切り替えながら表示するため、多少複雑になっている。図４では概念的に簡略化して示している。

このように、黒書き込み用ゲートパルスと信号用ゲートパルスを一定期間ずらして配置させる。このとき、黒挿入期間をフレームに対する黒信号を入れている時間と規定すると、黒信号が書き込まれたタイミングから次に信号が書き込まれるまでのタイミングとして定義できる。

図５は、黒の領域が順次走査されていくようすを示すものである。すなわち、図５に示すように黒の領域が順次走査されていくような現象になる。

ゲートドライバ回路６は、ゲート走査信号を順送りするシフトレジスタ回路６１と、シフトレジスタ回路６１の信号を増幅するバッファ回路６２とから構成される。シフトレジスタ回路６１は、タイミングをコントロールするクロック信号と最初のラインに開始信号を入れるスタートパルスを入力することにより動作させることができる。

ここで、バックライトユニット２の調光を行うため、バックライトの点滅周期を調整すると、黒挿入の走査とシンクロして帯状のムラが見えたり、ゆっくり点滅したりする問題があった。これを回避するためには、黒挿入の走査タイミングに同期したタイミングでバックライトを点滅させねばならず、バックライト調光の周波数における選択肢が少なくなって飛び飛びの値でしか調光できなかった。

実用的には連続的な調光が望ましい。

次に、この発明の第１実施例について説明する。

本実施例では、黒書き込み用のゲートパルスに対応する黒挿入スタートパルスと信号用のゲートパルスに対応する信号スタートパルスとの時間幅を変化させて黒挿入期間の幅を調整する。ここで、フレームに対する黒挿入期間の比率を黒挿入率と定義する。

クロックは同一としたので、フレーム期間、走査スピードは一定である。そこで黒挿入期間を長くするためには、黒挿入スタートパルスを入れてから信号スタートパルスを入れるまでの時間を長くする。逆に黒挿入期間を短くするためには黒挿入スタートパルスを入れてから信号スタートパルスをいれるまでの時間を短くする。

この黒挿入率を変化させると、一画面中の黒表示をしている期間が変わるので全体的な明るさが変化し、調光を実現することができる。

本発明では黒挿入率を１６％から９９％まで変化させ、ほぼ１％刻みで明るさを調整することができる。１６％以下ではスプレイ配向に戻る懸念があるので、これ以下にすることはしない。

具体的には、図１に示す構成において、コントローラ１０は、ゲートドライバ回路６を介して液晶表示パネル３の黒挿入期間を変更制御して調光する。

図５は、比較的明るい場合を示すもので、黒挿入期間が比較的短く制御されている。すなわち、コントローラ１０は、ゲートドライバ回路６に黒挿入スタートパルスを入れて黒書き込みを開始し、所定の黒挿入期間が終了してゲートドライバ回路６に信号スタートパルスを入れて信号書き込みを開始する。

図５の（ａ）に示す黒書き込み、信号書き込みの位置が、順次、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように制御される（矢印方向に走査）。

図６は、比較的暗い場合を示すもので、黒挿入期間が比較的長く制御されている。 図６の（ａ）に示す黒書き込み、信号書き込みの位置が、順次、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように制御される（矢印方向に走査）。

以上説明したように上記第１実施例によれば、実際にはライン数に依存するため、厳密には飛び飛びの値になるが、実用上は連続的に変化させることができる。この結果、バックライトの周波数を一定とできるため、ちらつきのない実用上連続的な調光が可能である。

なお、本第１実施例はこの駆動方式に限るものではなく、充電能力を稼ぐために黒挿入パルスを複数回印加しても良いし、黒挿入パルスを複数ラインで同時に印加しても良い。

次に、第２実施例について説明する。

本実施例では、走査型のバックライトユニット２を用いるようにしたものである。

図７は、走査型バックライトユニット２を示すものである。この走査型バックライトユニット２は、直下型の構成で直管型の蛍光管２１，２２，２３，２４，２５，２６を有している。

本実施例の走査型バックライトユニット２は、蛍光管２１〜２６の非点灯期間を順次走査するようにしたものである。

この走査型バックライトユニット２の上に黒挿入を走査させる液晶表示パネル３を配置し、この走査型バックライトユニット２の黒挿入と液晶表示パネル３の黒挿入を同期させて駆動する。この際、走査型バックライトユニット２の蛍光管２１〜２６の点灯周波数と、蛍光管２１〜２６の走査タイミングと、液晶表示パネル３の黒挿入タイミングとの３つをマッチングさせないとちらつき、帯状のムラ、色づきなどが発生する。

そこで、本実施例のコントローラ１０は、バックライト制御回路１１を介して走査型バックライトユニット２の蛍光管２１〜２６の点灯周波数と蛍光管２１〜２６の走査タイミングと、ゲートドライバ回路６を介して液晶表示パネル３の黒挿入タイミングとをマッチング制御する。

すなわち、走査型バックライトユニット２は、図７の（ａ）で蛍光管２１，２２が非点灯にされ、図７の（ｂ）で蛍光管２３，２４が非点灯にされ、図７の（ｃ）で蛍光管２４，２５が非点灯にされるというように矢印方向に走査される。

なお、従来の蛍光管の点灯周波数による調光では、さらに難しい調整が必要になる。

以上説明したように上記第２実施例によれば、液晶表示パネルの黒挿入期間は、ゲート線の数に応じて小刻みに変えることができるので擬似連続的に調整することができる。

また、上述した走査型バックライトにおいて調光する際にも、液晶表示パネルの黒挿入期間を可変させることが有効である。

また、走査型バックライトでも黒挿入率による明るさ調整は有効である。

次に、第３実施例について説明する。

本実施例では、前述した第２実施例の走査型のバックライトユニット２をＬＥＤ型のバックライトとしたものである。すなわち、本実施例では、バックライトに複数の蛍光管を用いるのではなく、複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いるものである（図示せず）。

発光ダイオードは連続した点灯で、電流量を用いて明るさを調整できるメリットがある。そのため、黒挿入駆動での調光が可能である。しかし、ＬＥＤの各素子間のばらつきを均一にコントロールできないため、電流調光を実施すると液晶表示パネル３の面内に不均一が発生する場合がある。

この方式においても、黒挿入駆動での調光は有効である。

また、黒挿入率をできるだけ多くとることで、動画視認性を向上できるメリットもある。

次に、第４実施例について説明する。

図８は、第４実施例に係る液晶表示装置５１の構成を示すものである。図１に示した液晶表示装置１と同一箇所には同一符号を付して説明を省略する。本液晶表示装置５１は、液晶表示装置１に調光回路１２を設けたものである。

すなわち、液晶表示装置５１には、調光信号に応じて液晶駆動のタイミングを決定するコントローラ１０にデジタル信号（調光信号）を送る調光回路１２を有する。

液晶表示装置５１は、調光回路１２からの調光信号に応じて制御するコントローラ１０により、ゲートドライバ回路６が信号用のゲートパルスと黒書き込み用のゲートパルスを発生させる。また、ソースドライバ回路７は、信号と黒書き込み用にタイミングを切り替えながら液晶表示パネル３を表示駆動する。

なお、第４実施例の調光方式は、黒挿入期間の調整だけに限るものではない。

また、バックライトの点滅周期を調整し、画質上問題のない範囲で変化させてもかまわない。

また、走査型バックライトにおけるバックライトの消灯期間を可変にして調光してもかまわない。黒挿入率を大きくするとコントラストが低下する場合があるので、その際には随時バックライトの調光を行えばよい。

さらに、黒挿入は連続的に実施できるのでバックライトの調整は大きくステップさせて行うのが現実的である。

以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、黒挿入駆動方式を採用しながら連続的に輝度を調光できる液晶表示装置を提供することができる。

なお、本発明は、単独であろうが複合方式であろうが、黒挿入率を変化させて明るさを調整する液晶表示装置である。

液晶表示装置の回路構成を概略的に示すブロック図。 液晶表示パネルにおける液晶表示素子の構成を示す図。 液晶表示パネルの基板における画素構造を示す等価回路を示す図。 液晶表示パネルを駆動させる波形の概念を示す図。 黒の領域が順次走査されていくようすを示す図。 黒挿入期間が比較的長く制御されるようすを示す図。 走査型バックライトユニットを示す図。 第４実施例に係る液晶表示装置の構成を示す図。

符号の説明

１，５１…液晶表示装置、２…バックライトユニット、３…液晶表示パネル、４…ゲート線、５…ソース線、６…ゲートドライバ回路、７…ソースドライバ回路、１０…コントローラ、１１…バックライト制御回路、１２…調光回路、２１〜２６…蛍光管、３１…液晶層、３２，３３…基板、３４，３５…位相差板、３６，３７…偏光板、６１…シフトレジスタ回路、６２…バッファ回路。

Claims (6)

1. 入力信号に応じて液晶表示パネルに表示する液晶表示装置であって、
   前記液晶表示パネルを駆動制御する制御手段と、
   前記液晶表示パネルを表示裏面側から照明するバックライトと、
   前記バックライトの点灯を制御するバックライト制御手段とを備え、
   前記制御手段による液晶表示パネルに対する黒書き込み用期間と信号書き込み用期間とは各水平走査期間において組となり、連続する水平走査期間に亘っては交互に配置され、かつ、前記制御手段は、前記液晶表示パネルをゲートドライバ回路とソースドライバ回路とを介して制御し、前記入力信号の走査用ゲートスタートパルスと所定期間ずらして黒挿入走査用ゲートスタートパルスを前記ゲートドライバ回路に投入し、前記液晶表示パネルの黒表示時間の比率である黒挿入率を変化させて前記液晶表示パネルからの出射光の明るさを調整することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記バックライトが走査型のバックライトであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライトが複数の蛍光管で構成され、前記制御手段が前記バックライト制御手段を介して前記複数の蛍光管における個々の非点灯期間を順次走査する制御を行うことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 前記バックライトが複数の発光ダイオードで構成され、前記制御手段が前記バックライト制御手段を介して前記複数の発光ダイオードにおける個々の非点灯期間を順次走査する制御を行うことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
5. 前記制御手段は、前記液晶表示パネルの黒挿入率を連続的に変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶表示パネルは、ＯＣＢ液晶で構成されることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

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