JP2007183563A - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】黒色と白色の混在した映像信号においても黒色の表示品位が犠牲とならないＯＣＢ型の液晶表示装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】ＯＣＢ型の液晶表示装置１０において、映像信号の階調電圧を黒表示最適電圧より低く設定し、逆転移防止電圧を黒表示最適電圧より高く、且つ、最大印加電圧より低く設定し、映像信号の階調電圧が低いほど逆転移防止電圧を高く設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）型の液晶表示装置に関するものである。

従来、液晶表示装置はＴＮ（ツイスティッドネマチック）型の液晶表示装置が一般に用いられてきたが、動画視認性を改善するために、高速応答を特徴とするＯＣＢ型の液晶表示装置が提案されている。

図１に示すように、ＯＣＢ型の液晶表示装置１００は、アレイ基板１０２と対向基板１０４との間にＯＣＢ型の液晶１０６を挟持している。アレイ基板１０２には、絶縁性のガラス基板１０８の上面にアレイ電極１１０が形成され、またガラス基板１０８の下面には位相差板１１２と偏光板１１４とが貼り付けられている。一方、対向基板１０４は、ガラス基板１２０の上面に位相差板１１６と偏光板１１８とが貼り付けられ、ガラス基板１２０の下面には対向電極１２２が形成されている。

この液晶表示装置１００においては、電源を入れる前の状態では、液晶１０６の配向状態は図２（ａ）に示すようにスプレイ配向状態にある。そして、電源を入れて、電圧印加手段により比較的大きな電圧を短時間に液晶１０６に印加して、図２（ｂ）に示すように液晶１０６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映像を表示することがＯＣＢ型の特徴となっている。

このＯＣＢ型の液晶表示装置１００では、ベンド配向状態を維持するために逆転移防止電圧を各フレーム内で一定比率以上の期間にわたり印加し、スプレイ配向状態への逆転移を防止している。このとき、逆転移防止電圧を黒表示最適電圧と同一とすることにより、高いコントラストを確保しつつ、動画の視認性を向上させることができる
ところで、ベント配向からスプレイ配向への逆転移を発生させないためには、一定電圧以上の逆転移防止電圧を一定期間以上印加する必要がある。

従って、この逆転移防止電圧を黒表示最適電圧よりも高く設定する必要がある場合は、黒の表示品位を犠牲にしなければならないという問題点がある。

また、黒の表示品位を維持するためには、逆転移防止電圧を黒表示最適電圧と略等しくする必要があるが、この場合は逆転移防止電圧の印加期間を長く設定する、即ちフレーム内で逆転移防止電圧が印加される期間（黒挿入率）を高く設定したり、あるいは白表示電圧を高く設定したりなどして逆転移を防止する必要がある。しかしながら、このような場合は、時間開口率が低下する、あるいは白輝度が低下する、などの理由から、光の利用効率を著しく損ねるという問題点もある。

この問題点を解決するために、特許文献１では映像信号のピーク輝度に応じて黒挿入率と黒挿入電圧（逆転移防止電圧）を変える提案が成されている。
特開２００３−２７９９３１号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、選択行内で白色と黒色が混在した映像信号における黒色の表示品位が犠牲になるという問題点が未だ残されている。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、選択行内で黒色と白色の混在した映像信号においても黒色の表示品位が犠牲とならないＯＣＢ型の液晶表示装置及びその駆動方法を提供する。

本発明は、映像信号に基づく階調電圧によって表示される映像画像と、液晶分子のベント配向を維持するための逆転移防止電圧によって表示される逆転移防止画像とを組み合わせて画像表示を行う液晶表示装置の駆動方法において、表示画素単位で前記階調電圧に基づき逆転移防止電圧を決定し、前記表示画素単位で対応する逆転防止電圧に基づいて逆転移防止画像を表示する、ことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法である。

本発明であると、選択行内で黒色と白色が混在した映像信号においても、黒色の表示品位が犠牲とならない。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態の液晶表示装置１０について図３〜図８に基づいて説明する。本実施形態の液晶表示装置１０は、ＯＣＢ型のノーマリーホワイトの液晶表示装置である。

（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３のブロック図に基づいて説明する。

液晶表示装置１０の液晶パネル１２は、その有効表示領域が対角9インチサイズであり、上記で説明したようにアレイ基板と対向基板との間に液晶を挟持したものである。アレイ基板には、800本の信号線と、480本の走査線が直交するように配され、信号線と走査線の交差部近傍にポリシリコン型の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が形成されている。このＴＦＴのソース電極が信号線に接続され、ゲート電極が走査線に接続され、ドレイン電極が画素電極が接続されている。液晶パネル１２には、ソースドライバ１４とゲートドライバ１６が接続されている。ソースドライバ１４は、前記した複数の信号線が接続され、ゲートドライバ１６には、前記した複数の走査線が接続されている。

液晶表示装置１０は、また、制御部１８を有している。この制御部１８は、メモリ２０と信号変換部２２と駆動制御部２４と対向制御部２６を有している。外部から入力した映像信号はメモリ２０に一旦記憶され、同じく外部から入力した同期信号に基づいて駆動制御部２４がこのメモリ２０に記憶したアナログの映像信号を信号変換部２２に出力する。出力されたアナログの映像信号は駆動制御部２４からの水平同期信号に同期させてＡＤ変換しデジタル映像信号としてソースドライバ１４に出力される。駆動制御部２４は、同期信号に基づいて水平同期信号、水平スタート信号等を出力する。また、駆動制御部２４は同期信号に基づいてゲートドライバ１６に垂直同期信号や垂直スタート信号等を出力する。さらに、駆動制御部２４は対向制御部２６を介して対向基板に印加する電圧を制御している。

さらに、駆動制御部２４とメモリ２０と信号変換部２２は、ＯＣＢ型において特有の逆転移防止電圧を出力するための制御を行っている。これについては、次に説明する。

（２）逆転移防止電圧の出力方法
次に、図４〜図８に基づいて、逆転移防止電圧の出力方法について説明する。

背景技術で説明したように、ＯＣＢ型の液晶表示装置においては、１フレーム内において映像信号に基づく映像画像と、液晶分子のベンド配向状態を維持するための逆転移防止電圧によって表示される逆転移防止電圧用画像とを１フレーム内で交互に表示する必要がある。

図４は、液晶パネル１２において黒色を最適に行う黒表示最適電圧4.5Ｖを中心にして入力信号に応じて信号表示期間に印加する階調−電圧関係を表したものであり、黒表示最適電圧は表示輝度が極小値となる電圧となっている。そして、この黒表示最適電圧を境界にして、黒表示最適電圧より低い電圧領域をγ１の領域とし、黒表示最適電圧より高い電圧の領域をγ２と定義する。

従来のＯＣＢ型の液晶表示装置では、γ１の領域だけを用いて黒挿入期間に印加する電圧は一定としてきた。すなわち、映像表示を行うための階調電圧はγ１の範囲で行い、ベンド配向を維持するための逆転移防止電圧（黒挿入電圧）は、黒表示最適電圧と等しくしていた。このような方法では良好な黒色表示品位を得ることができる一方で、黒表示最適電圧が逆転移防止電圧より低い場合などでは、表示画像によっては逆転移が発生する恐れがある。このため、逆転移が発生しないように逆転移防止電圧の印加期間、即ち黒挿入率を長くしたり、白の表示電圧を高く設定したりする必要が生じ、十分な光の利用効率が得られなくなる。また、特許文献１の方法では、逆転移を生ずることなく光の利用効率の改善ができるものの、例えば選択行内で黒色と白色が混在した映像信号における黒色の表示品位が犠牲になる。

そこで、本実施形態ではこの問題点を解決するため、映像表示を行う場合には階調電圧をγ１の範囲で印加し、逆転移防止電圧は、γ２の範囲を含めて、より詳しくはγ２の範囲で印加することとした。そして、デジタル映像信号の階調電圧と、逆転移防止電圧との関係は、デジタル映像信号の階調電圧が低いほど（透過率が高いほど）、逆転移防止電圧を高く（透過率を高く）にするようにする。なお、逆転移防止電圧の最大値は、液晶パネル１２において最大に印加できる印加電圧とする。例えば、この実施形態におけるγ２の範囲は、4.5Ｖの最適黒電圧から6Ｖの最大位電圧に設定され、この範囲が黒挿入電圧として用いられる。

この映像信号の階調電圧と逆転移防止電圧の値との関係は前記したメモリ２０に記憶させておく。そして、入力された映像信号は、各画素単位でメモリ２０に一旦記憶され、更に各フレーム内でメモリ２０に記憶された対応表から映像信号の階調電圧に基づいて逆転移防止電圧が算出される。図５において、例えば映像信号Ａが入力した場合には、メモリ２０にその映像信号Ａを一旦記憶させ、メモリ２０に記憶させている信号対応表に基づいてアナログの映像信号をデジタルの映像信号ＡＳに信号変換部２２で変換する。また、映像信号Ａに基づいてメモリ２０に記憶された黒挿入対応表に基づいて逆転移防止電圧ＡＫを各画素単位で求める。なお、この逆転移防止電圧も階調電圧となっており、図４に示す透過率に基づいてその階調が異なっている。ここでは、各画素単位で逆転移防止電圧ＡＫを求めたが、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を一組として逆転移防止電圧ＡＫを求めてもかまわない。

図６が、メモリ２０内の信号対応表と黒挿入対応表を具体的に表したものであり、映像信号が２５６階調（０〜２５５）で入力する場合に、デジタル式の映像信号は１２８〜２５５番目の階調電圧で表し、黒挿入、すなわち逆転移防止電圧は１２８〜０番目の階調電圧で表している。但し、「＊」は疑似階調表示を示すものとする。すなわち、両端の出力階調による時分割表示等で賄っている。なお、この信号変換例は、ソースドライバ１４からの出力例であり、映像信号は１２８階調のソースドライバの表示に対し疑似２５６階調表示であり、黒挿入、すなわち逆転移防止電圧用画像の挿入は１２８階調のソースドライバ表示に対し疑似２５６階調表示としている。

（３）動作状態の説明
次に、図７と図８に基づいて、画像表示を行う場合の具体例について説明する。

図７（ａ）は画素Ａにおいてフレーム１〜フレーム４を表示した場合の状態を示し、濃淡が透過率を表している。例えば、白色は２５５階調、灰色は１７６階調、黒色は０階調である。中段はフレーム毎の輝度の変化を示し、実線が本実施形態、点線が従来の駆動状態を示している。下段は、各フレーム毎の電圧（ＶＬＣ）の変化を示している。例えば、この実施形態では、０Ｖから４．５Ｖまでの電圧が画像表示電圧として用いられる。

図７（ｂ）に示すように、本実施形態では例えばフレーム１において液晶に対する印加電圧が小さく（例えば０Ｖ）、白色の表示のときには、逆転移防止電圧用画像は最適黒電圧よりも高い電圧、例えば６Ｖの電圧に基づいて高い透過率の画像が挿入される。また、フレーム２に示すように液晶に対する印加電圧が高く（例えば４．５Ｖ）、黒色の画像を表示する場合は、最適黒電圧付近の、例えば４．５Ｖの電圧に基づいて透過率の低い逆転移防止電圧用画像が挿入される。また、フレーム３のように液晶に対する印加電圧が例えば２Ｖのグレーの映像が表示される場合には、逆転移防止電圧用画像も中程度の5.5Ｖの電圧に基づいて透過率の画像が挿入される。

このように、本実施形態では各映像表示における各透過率に応じた逆転移防止電圧用画像が挿入される。すなわち、映像が暗い場合は、黒色の逆転移防止電圧用画像が挿入され、映像が明るい場合は、グレーや白色の逆転移防止電圧用画像が挿入されることとなり、表示品位を損なうことなく、効果的に逆転移が防止される。また、上記の構成により光の利用効率も向上させることができる。しかも、黒色と白色が選択行内で混在した映像であっても、黒色の表示品位が犠牲となることがない。

図８は、横方向の画素間の動作状態を示す説明図である。

同図（ａ）は画素Ａと画素Ｂのフレーム１〜フレーム４の表示状態を示し、同図（ｂ）は画素ＡとＢの輝度と各フレームにおける状態を示しており、実線が画素Ａであり、点線が画素Ｂである。図８（ｃ）は、画素Ａと画素Ｂの電圧のフレーム毎の変化を示している。

図８に示すように、選択行内で横方向に並んだ画素Ａと画素Ｂであっても、逆転移防止電圧が異なり、また、輝度も異なっている。したがって、黒色と白色が選択行内で混在した画像であっても黒色の表示品位を低下させることがない。

（第２の実施形態）
図９に基づいて第２の実施形態のＯＣＢ型の液晶表示装置１０について説明する。

本実施形態と第１の実施形態の異なる点は、上記対応表が記憶されたメモリ２０と信号変換部２２が制御部１８とは別体であり、セット回路２８として映像の受像回路の信号処理の段階で行う。すなわち、近年の映像装置、特にデジタル表示向け映像装置には、一般にフレームメモリが用意されており、ここでの信号処理の段階で信号用と逆転移防止用の表示データを作成する。これにより、メモリの重複を避け、信号処理を統一することで、液晶表示装置１０のコストを低減することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について図１０に基づいて説明する。図１０は、第３の実施形態における対応表の概念図を示したものである。

第１の実施形態では逆転移防止用電圧と映像表示の階調電圧の階調数が１２８階調で同じであった。しかしながら、映像表示の表情を、より豊かにするため、映像信号の階調数を増やし、その分だけ、逆転移防止電圧の階調数を減らしている。例えば、８ビットのソースドライバ１４を用いた場合には、逆転移防止電圧に１２８階調まで割り当てると映像信号には残りの１２８階調しか使えない。しかしながら、逆転移防止用電圧にはそれほど多くの階調数は必要なく、逆転移防止と光の利用効率向上に適当な階調数（例えば、３２階調）程度あれば充分である。

そこで、８ビットのソースドライバ１４の０〜２５５階調の電圧出力の内、３２階調が逆転移防止電圧となるように設定し、３２〜２５５階調を映像信号用、０〜３２階調を逆転移防止電圧用として用いる。

これにより、より豊かに映像を表示することができる。

この他にも、例えば８ビットの入力信号に対して、ソースドライバは１０ビット対応とし、８ビットを映像信号用に、２ビットを逆転移防止電圧用に用いることもできる。これにより、映像の表現が犠牲にされることはない。

また、逆転移防止電圧用のドライバを、例えばソースドライバとは個別に設けてもかまわない。

ＯＣＢ型の表示モードの一般的な構成図である。 ＯＣＢ型の表示モードのスプレイ配向とベンド配向の状態を示す説明図である。 第１の実施形態の液晶表示装置のブロック図である。 ＯＣＢ型の表示モードにおける電圧−透過率特性を示すグラフである。 映像信号と逆転移防止電圧の変換の概念図である。 第１の実施形態の対応表の概念図である。 第１の実施形態の従来との比較を示す動作概念図である。 第１の実施形態における画素間の比較を行う動作概念図である。 第２の実施形態の液晶表示装置のブロック図である。 第３の実施形態の対応表の概念図である。

符号の説明

１０ 液晶表示装置
１２ 液晶パネル
１４ ソースドライバ
１６ ゲートドライバ
１８ 制御部
２０ メモリ
２２ 信号変換部
２４ 駆動制御部
２６ 対向制御部

Claims (20)

1. 映像信号に基づく階調電圧によって表示される映像画像と、液晶分子のベント配向を維持するための逆転移防止電圧によって表示される逆転移防止画像とを組み合わせて画像表示を行う液晶表示装置の駆動方法において、
   表示画素単位で前記階調電圧に基づき逆転移防止電圧を決定し、
   前記表示画素単位であって、前記決定した逆転防止電圧に基づいて逆転移防止画像を表示する
   ことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
2. 前記逆転移防止電圧は、前記階調電圧の最大電圧以上の電圧から選ばれる
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法。
3. 前記液晶がノーマリーホワイトであり、
   前記階調電圧の最大値が、黒表示最適電圧である
   ことを特徴とする請求項２記載の液晶表示装置の駆動方法。
4. 前記逆転移防止電圧は、前記階調電圧の値により異なる
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法。
5. 前記逆転移防止電圧は、前記階調電圧が低いほど高く設定する
   ことを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置の駆動方法。
6. 前記逆転移防止電圧と前記階調電圧との対応関係が記憶部に格納され、前記階調電圧に対応する前記逆転移防止電圧を前記記憶部から呼び出す
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法。
7. 前記映像画像と前記逆転移防止画像とを交互に表示する
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法。
8. 前記階調電圧の階調数が前記逆転移防止電圧の階調数より多い
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法。
9. 前記液晶表示装置の液晶は、ＯＣＢ型である
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法。
10. 前記画素単位は、異なる色画素を一組として構成される
    ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方法。
11. 映像信号に基づく階調電圧によって表示される映像画像と、液晶分子のベント配向を維持するための逆転移防止電圧によって表示される逆転移防止画像とを組み合わせて画像表示を行う液晶表示装置において、
    表示画素単位で前記階調電圧に基づき逆転移防止電圧を決定する第１制御部と、
    前記表示画素単位であって、前記決定した逆転防止電圧に基づいて逆転移防止画像を表示する第２制御部と、
    を含む
    ことを特徴とする液晶表示装置。
12. 前記逆転移防止電圧は、前記階調電圧の最大電圧以上の電圧から選ばれる
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
13. 前記液晶がノーマリーホワイトであり、
    前記階調電圧の最大値が、黒表示最適電圧である
    ことを特徴とする請求項１２記載の液晶表示装置。
14. 前記逆転移防止電圧は、前記階調電圧の値により異なる
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
15. 前記逆転移防止電圧は、前記階調電圧が低いほど高く設定する
    ことを特徴とする請求項１４記載の液晶表示装置。
16. 前記逆転移防止電圧と前記階調電圧との対応関係が記憶部に格納され、前記階調電圧に対応する前記逆転移防止電圧を前記記憶部から呼び出す
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
17. 前記映像画像と前記逆転移防止画像とを交互に表示する
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
18. 前記階調電圧の階調数が前記逆転移防止電圧の階調数より多い
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
19. 前記液晶表示装置の液晶は、ＯＣＢ型である
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。
20. 前記画素単位は、異なる色画素を一組として構成される
    ことを特徴とする請求項１１記載の液晶表示装置。

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