JP2008111925A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度が変化した場合にも色再現性を高く維持することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】映像信号の１フィールドを複数のサブフィールドで構成して表示するようにした液晶表示装置であって、１フィールド毎のサブフィールド画像信号データを作成するデータ作成部２と、バッファ部４と、素子の温度センサ部１４と、サブフィールドのシーケンステーブルを記憶するサブフィールドテーブル記憶部８と、素子の温度とクロック信号の周波数との対応状態を記憶するクロック周波数記憶部１６と、検出温度とクロック周波数記憶部の記憶内容とに基づいて対応する周波数のクロック信号を出力するクロック信号制御部１８と、バッファ部のデータとサブフィールドテーブル記憶部の記憶内容とクロック信号制御部からのクロック信号とに基づいてサブフィールドシーケンス信号を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フラットパネルディスプレイやプロジェクションディスプレイ等に使用される液晶表示装置に係り、特に、温度変化等により液晶の電圧−透過率特性が変化しても、色再現性を高く維持することが可能な液晶表示装置に関する。

従来、アクティブマトリックス型の液晶表示装置を駆動する方法は、アナログ信号での駆動電圧を制御するのが一般的である（例えば特許文献１等）。この種の液晶表示装置では、アクティブマトリックス基板と対向基板との間に液晶を封入して多数の画素を形成し、各々の画素に信号を書き込み、それを画素各々に付属するコンデンサ（信号補助容量）に蓄積し、液晶を駆動するようになっている。

この方式では、液晶にかかる電圧は、時間的に一定で、信号レベルに応じて変わることで階調を表現することから、階調性を取ることは容易であるが、信号レベルにノイズが載り易く、擬似信号の影響を受け易いという欠点を持つ他、液晶に対しても直流成分がかかり易く、それに伴う画像の残りやパネル寿命に問題があった。

この問題を解決する目的で、液晶をパルスでデジタル駆動させる方法が、例えば特許文献２、３等に提案されている。このデジタル駆動方法では、１フィールドを複数のサブフィールドに分割し、画素の階調を指示する階調データの各ビットに、互いに異なるサブフィールドを対応させ、各サブフィールドにあっては、当該ビットの重みに対応する期間だけ、当該ビットの値に従ってオン状態（またはオフ状態）とするようになっている。より詳しくは、上記したようなサブフィールド法は、映像信号の１フィールド期間に駆動（発光）時間の相対比を異ならせた所定数のサブフィールドを用意し、表示する映像信号の階調に対応してサブフィールドを適宜選択して発光表示し、視聴者の視覚積分効果を利用して中間階調の表示を行うようにしているものである。

ここで図１１を参照して、デジタル駆動方法を採用した従来の液晶表示装置の一例について説明する。図１１中において、デジタル信号で入力され樽映像信号は、例えばＣＬＵＴ回路よりなるデータ作成部２にてサブフィールド映像信号データに変換され、このデータはバッファ部４に一時的に記憶される。このバッファ部４は、所定の画素分を１ブロックとして記憶するシフトレジスタ４Ａと、このシフトレジスタ４Ａのデータをフレーム毎に記憶するフレームバッファ４Ｂとよりなっている。

このバッファ部４より出力されるデータは、シーケンサ部６にて、予めサブフィールドのシーケンステーブルを記憶しているサブフィールドテーブル記憶部８のデータを参照してサブフィールドシーケンス信号を生成する。この時、このシーケンサ部６は、或る固定された周波数のクロック信号を基準として上記サブフィールドシーケンス信号を生成する。そして、この生成されたサブフィールドシーケンス信号は、複数の画素Ｐｘがマトリクス状に配置された液晶表示素子１０に印加されて映像が表示されることになる。

この駆動方法では１フィールドにおいて、画素のオン（またはオフ）の期間が、当該画素の階調を示す。階調データの各ビットの値に応じてパルス幅変調し、液晶にかかる電圧の実効値を制御することによる階調表示を行っている。この際、各サブフィールドにおいては、画素のオン（またはオフ）を指示するだけであるので、そのオン（またはオフ）を指示する信号は、２値しか取り得ないビットデータを含む結果、アナログ信号の処理回路が不要となる。したがって、Ｄ／Ａ変換回路や画素各々に付属するキャパシタ（信号補助容量）などが不要になる上に、これらの回路性や、各種配線抵抗などの不均一性に起因する表示ムラを抑えることが可能となる。

しかし、上記デジタル駆動方法の技術では、サブフィールドの考えを採用している点で優れているが、１フィールド間に液晶に対する電圧印加が複数回行われるために、温度変化等により液晶の温度特性が変化した場合に、ＶＴ特性が変化してガンマ特性が変わることを考慮しておらず、色再現性が劣化する、という欠点を持っていた。

アナログ信号で駆動電圧を制御する方式の場合は、温度変化に伴う液晶特性の変化に対応させて駆動条件を変化させる技術が特許文献４等に開示されている。ここで開示された技術では、応答速度の速いスメクチック液晶素子を使用しており、温度によってその電圧―透過率特性が変化してしまうため、各温度で良好な表示を得るために、各温度の液晶特性に合わせて入力信号を変化させる（ガンマ補正を行う）ことが必要となる点が示されている。また、ガンマ補正の方法として、８ビットのデジタル信号を再び８ビットのデジタル信号に変換する方式、Ｄ／Ａ変換部のコンバージョン特性を液晶の電圧―透過率特性に合わせる方式、さらに、８ビットのデジタル信号を１０ビットのデジタル信号に変換する方法が提案されている。

特開平１１−１７４４１０号公報 特開２００１−１６６７４９号公報 特開２００４−６９７８８号公報 特開２００１−２９０１７４号公報

上記した特許文献４にて開示された技術は、デジタル入力されたデータがデジタルで動作するデジタルガンマ補正回路で正確なガンマ補正を行っている点で優れている。しかしながら、最終的に液晶表示素子を駆動させる際には、Ｄ／Ａ変換されたアナログ信号で行っているので、折角前段のデジタルガンマ補正回路で最適にした信号にノイズが乗るなどの、アナログ信号の特有の問題がある。また、デジタルガンマ補正回路を必要とし、その切替えタイミングを適正に設定するのがかなり難しい、といった問題があった。

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、温度変化等が生じて液晶の応答特性（電圧−透過率特性）が変化した場合にも色再現性を高く維持することが可能な液晶表示装置を提供することにある。

請求項１に係る発明は、複数の画素がマトリクス状に配置されてなる液晶表示素子にデジタル化された映像信号を印加して表示するに際して、前記映像信号の１フィールドをクロック信号の周波数に依存して変化する駆動期間の異なる複数のサブフィールドで構成し、前記サブフィールドを選択的にオン又はオフすることにより１フィールドの映像を複数の階調で表示するように構成した液晶表示装置であって、前記映像信号から１フィールド毎のサブフィールド画像信号データを作成するデータ作成部と、前記サブフィールド画像信号データを一時的に記憶するバッファ部と、前記液晶表示素子の温度を検出する温度センサ部と、前記サブフィールドを選択的にオン又はオフする制御手順を定めたシーケンステーブルを記憶するサブフィールドテーブル記憶部と、所定の表示画質を維持するために前記液晶表示素子の温度と前記クロック信号の設定されるべき周波数との対応状態を予め記憶するクロック周波数記憶部と、前記温度センサ部からの検出温度と前記クロック周波数記憶部の記憶内容とに基づいて対応する周波数のクロック信号を出力するクロック信号制御部と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置である。

本発明に係る液晶表示装置によれば、温度等により液晶の電圧―透過率特性が変化しても、色再現性を高く維持して良好な表示を行うことができる。

以下は、本発明に係る液晶表示装置の一実施例について添付図面を参照して説明する。
＜第１実施例＞
図１は本発明に係る液晶表示装置の第１実施例を示すブロック構成図、図２は駆動階調テーブルの一例を示す図、図３はサブフィールドのシーケンステーブルを示す図、図４はクロック周波数記憶部に記憶されるクロック周波数と液晶表示素子の温度との関係を表すテーブルの一例を示す図である。尚、図１１に示した従来装置と同一構成部分については同一参照符号を付して説明する。

図１に示すように、この液晶表示装置１２は、映像信号からサブフィールド映像信号データを作成するデータ作成部２と、ここで作成されたサブフィールド映像信号データを一時的に記憶するバッファ部４と、サブフィールドを選択的にオン又はオフする制御手順を定めたシーケンステーブルを記憶するサブフィールドテーブル記憶部８と、最終的に映像を表示する液晶表示素子１０と、この液晶表示素子１０の温度を検出する温度センサ部１４と、液晶表示素子１０の温度とクロック信号の設定されるべき周波数との対応状態（関係）を予め記憶するクロック周波数記憶部１６と、周波数が可変になされたクロック信号を出力するクロック信号制御部１８とを主に有している。そして、シーケンサ部６は上記バッファ部４等からの信号を受けてサブフィールドシーケンス信号を出力するようになっている。

ここでは１フィールドを１６個のＳＦ１〜ＳＦ１６からなるサブフィールドパルスにより駆動する場合を例にとって説明する。具体的には、上記データ作成部２は、ＣＬＵＴ（Ｃｏｌｏｒ Ｌｏｏｋｕｐ Ｔａｂｌｅ）回路よりなり、例えば８ビットの映像信号は、２５６（８ビット）×１６ビットの変換テーブルであるＣＬＵＴ回路にて、駆動パルスのオン／オフを表す２４ビットの駆動パルス信号に変換される。このＣＬＵＴ回路では、予め測定により、入力された映像信号が希望する（一般的にはガンマ２．２乗曲線）表示階調となるように設定されている必要があり、例えば、図２に示されるような駆動階調テーブルにおける７０３個の駆動階調レベルの中から選ばれている。尚、図２中では一部が省略されている。この駆動階調テーブルでは、例えば駆動階調レベル０〜７０３までの７０４の駆動階調レベルが規定されると共に、１フィールドが例えば１６個のサブフィールドＳＦに分割され、ＳＦ１〜ＳＦ１６として表される。

上記各サブフィールドの駆動期間（駆動重み付け：発光期間に対応）は、サブフィールド毎に異なって重み付けがなされている（一部のサブフィールドは同じ駆動期間の場合もある）。この駆動期間は、各サブフィールド間では図２及び後述する図３に表示されているように相対的には固定されているが、クロック信号の周波数（クロック周波数）に例えば比例して絶対値は変動する。換言すれば、クロック周波数に例えば比例して各サブフィールドのパルス幅が変動するようになっている。

上記変換された駆動パルス信号はバッファ部４のシフトレジスタ（１６×３２）４Ａにより３２画素分を１ブロックとして変換され、２４枚のフレームバッファ（表示全画素×１ビット）４Ｂのそれぞれに３２画素データ毎に書き込まれる。このフレームバッファ４Ｂはダブルバッファとなっており、表示フィールド毎に読み込みバッファと書き込みバッファが切替えられる。

上記シーケンサ部６は、上記サブフィールドテーブル記憶部８に記憶されている後述するようなサブフィールドテーブルを参照しつつ上記バッファ部４からの駆動パルス信号に基づいてサブフィールドシーケンス信号を生成し、上記液晶表示素子１０に向けて出力するようになっている。この際、各サブフィールドの駆動期間の長さは、クロック信号制御部１８より供給される周波数が可変的になされたクロック信号の周波数、すなわちクロック周波数Ｆによってその絶対値が定まるようになっている。

上記サブフィールドテーブル記憶部８には、図３に示されるようなサブフィールドのシーケンステーブルが記憶されている。このシーケンステーブルでは、サブフィールドの駆動順に液晶表示素子１０に転送するサブフィールドの番号と、その駆動時間（図２中の駆動重み付けに対応）を表すクロック数が記憶されている。前述したように、この駆動期間は各サブフィールド間では相対的には固定されているが、クロック信号の周波数（クロック周波数）に例えば比例して絶対値は変動する。

また、上記シーケンサ部６からサブフィールドシーケンス信号を受ける上記液晶表示素子１０は、内部に液晶が封止された多数の画素Ｐｘがマトリクス状に配置されており、上記サブフィールドシーケンス信号を画素毎に印加することにより、映像を表示できるようになっている。

一方、上記クロック周波数記憶部１６には、前述のようにクロック信号の設定されるべき周波数、すなわちクロック周波数と液晶表示素子１０の温度との関係が予め記憶されている。この関係は、例えば図４に示すようなテーブルとなっており、基準動作温度Ｔｏの時に基準クロック周波数ｆｓのクロック周波数が対応している。この基準動作温度Ｔｏは例えば３５℃であり、基準クロック周波数ｆｓは例えば２００ＭＨｚである。そして、液晶表示素子１０の温度が基準動作温度Ｔｏよりも−１０℃、−２０℃と低下すると、クロック周波数は、基準クロック周波数ｆｓに対して０．９８倍、０．９６倍と減少するようになっており、逆に、温度が＋１０℃、＋２０℃と上昇すると、クロック周波数は、基準クロック周波数ｆｓに対して１．０２倍、１．０４倍と増加するようになっている。

尚、図４に示した関係は、単に一例を示したに過ぎず、更に温度差を細かく規定してもよいし、またテーブルに該当する温度差が存在しない場合には、その前後のクロック周波数を按分して求めればよい。更に、このようなテーブルに限定されず、温度差と基準クロック周波数ｆｓを含む関係式を記憶しておき、この関係式からクロック周波数Ｆを求めるようにしてもよい。

上記温度差とクロック周波数との関係は、後述するように、液晶表示素子１０の温度に依存することなく、階調レベルと出力階調レベル（出力光）との関係が直線的（ガンマ補正後）になるように設定されている。また、クロック信号制御部１８は、上記クロック周波数記憶部１６の記憶内容と温度センサ部１４から供給される液晶表示素子１０の検出温度とに基づいて、対応するクロック周波数Ｆを求め、このクロック周波数Ｆのクロック信号を上記シーケンサ部６に向けて出力するようになっている。そして、上記シーケンサ部６は、前述したように上記クロック周波数Ｆに応じて各サブフィールドの駆動期間の長さを設定して、サブフィールドシーケンス信号を上記液晶表示素子１０に向けて出力するようになっている。

次に、以上のように構成された液晶表示装置１２の動作について説明する。
前述したようにデジタル信号よりなる映像信号はデータ作成部２にて駆動パルス信号に変換され、この信号はバッファ部４を介してシーケンサ部６へ入力される。このシーケンサ部６では、上記駆動パルス信号に基づいて、上記サブフィールドテーブル記憶部８に記憶されているサブフィールドテーブルとクロック信号制御部１８より供給されるクロック信号とを参照しつつサブフィールドシーケンス信号を生成し、これを液晶表示素子１０に向けて出力して映像を表示することになる。

ここで液晶表示素子１０における表示する階調レベルと出力光との関係について説明する。図５は基準動作温度（Ｔｏ）での液晶の電圧−透過率特性をガンマ補正した後の入力階調レベルと出力階調レベル（出力光）との関係を示すグラフである。ここでは予め表示階調がガンマ２．２となるようにＣＬＵＴ回路が設定されているので、０．４５乗して正規化することにより直線で表示されるようにしている。この点は以下に説明する図６及び図７も同じである。

図６はクロック周波数と素子温度が変化した時のガンマ補正後の入力階調レベルと出力階調レベル（光出力）との関係を示すグラフであり、図６（Ａ）はクロック周波数が基準クロック周波数ｆｓよりも”α”だけ高くなった場合の特性を示し（動作温度はＴｏ）、図６（Ｂ）は動作温度が基準動作温度Ｔｏよりも”β”だけ高くなった場合の特性を示している。

図５に示すように、液晶表示素子１０が基準動作温度Ｔｏであり、且つクロック周波数Ｆが基準周波数ｆｓで動作している場合には、階調レベルと出力光との関係は特性Ａの直線で示すようになり、色再現性は最適な状態に維持されている。

しかし、図６（Ａ）に示すように、動作温度をＴｏに維持した状態でクロック周波数をｆｓから”α”だけ高くすると、特性Ｂ１に示すように、下方に膨らんで、特に階調レベルの中央部付近での落ち込みが大きくなって下に凸状の円弧状の特性となる。尚、クロック周波数をｆｓから低くすると、特性Ｂ１は上記とは逆に上に膨らんで上に凸状の円弧状の特性となる。

これに対して、図６（Ｂ）に示すように、クロック周波数をｆｓに維持した状態で動作温度をＴｏから”β”だけ高くすると、液晶の応答性が増加して特性Ｂ２に示すように上方に膨らんで、特に階調レベルの中央部付近での上昇が大きくなって上に凸状の円弧状の特性となる。尚、動作温度をＴｏから低くすると、特性Ｂ２は上記とは逆に下に膨らんで下に凸状の円弧状の特性となる。

従って、特性Ｂ１とＢ２とを組み合わせることにより、図７に示すように特性を直線状にして元の特性Ａのように補償することができる。すなわち、図７は動作温度が基準動作温度Ｔｏよりも高い時にクロック周波数Ｆを基準周波数ｆｓよりも高く設定して特性を補償した時の状態を示す。換言すれば、素子温度が基準動作温度Ｔｏから高くなった場合には、その温度差に応じてクロック周波数Ｆも基準クロック周波数ｆｓから少しずつ高くするように補償し、逆に、素子温度が基準動作温度Ｔｏから低くなった場合には、その温度差に応じてクロック周波数Ｆも基準クロック周波数ｆｓから少しずつ低くなるように補償すればよいことが判る。図４に示すクロック周波数Ｆのテーブルは、そのように規定されている。

このようにして、温度変化等が生じて液晶の電圧−徒党か率特性が変化しても、これに対応させてクロック周波数を変化させて各サブフィールドのパルス幅を変化させて相殺するようにしたので、色再現性を高く維持することができる。
ここでクロック周波数の補償を行った時のサブフィールドシーケンスの状態について図８を参照して説明する。図８（Ａ）は動作温度が基準動作温度Ｔｏの時のサブフィールドシーケンスの状態を示し、図８（Ｂ）は動作温度が基準動作温度Ｔｏよりも＋２０℃高い時のサブフィールドシーケンスの状態を示す。図８（Ａ）の場合には、クロック周波数はＦｓ（基準周波数）であり、図８（Ｂ）の場合にはクロック周波数は”ｆｓ×１．０４”（図４参照）となり、結果的に、各サブフィールドＳＦ１〜ＳＦ１２のパルス幅（駆動時間）は、それぞれ絶対値で”１．０４倍”になっている。

＜第２実施例＞
次に、本発明の液晶表示装置の第２実施例について説明する。図９は本発明の液晶表示装置の第２実施例を示すブロック構成図である。尚、図１に示した装置と同じ構成部分については同一参照符号を付してその説明を省略する。

上述した液晶表示素子１０の温度に対する色再現性の変化は、フィールド周波数を切り替えた場合にも発生する。例えば日本やアメリカはＮＴＳＣ方式によることからフィールド周波数は６０Ｈｚであるが、ヨーロッパ等はＰＡＬ方式によることからフィールド周波数は５０Ｈｚである。このように、フィールド周波数が切り替わった場合にも上記したような色再現性の問題が生ずる。この問題を解決するために、本出願人は、先の出願（特願２００５−１８９３８６号）において、クロック周波数を”５０／６０”倍する方法を開示したが、応答性の速いスメクチック液晶等を使用した場合には、上述したと同様な色再現性が発生してしまう。

そこで、この第２実施例では、図９に示すように、映像信号の一部を受けてフィールド周波数を分離するフィールド分離部２０を設け、この分離したフィールド周波数成分を上記クロック信号制御部１８へ入力するようになっている。この場合、クロック周波数記憶部１６には、図４に示すテーブルに代えて、例えば図１０に示すテーブルが記憶されている。図１０はクロック周波数記憶部に記憶されるクロック周波数と液晶表示温度とフィールド周波数との関係を示すテーブルの一例を示す図である。

ここではフィールド周波数が６０Ｈｚの場合のテーブル（図４に示す内容と同じ）と、５０Ｈｚの場合のテーブルとが用意されており、入力されるフィールド周波数に応じて対応するテーブルからクロック周波数が選択されることになる。例えばフィールド周波数が５０Ｈｚの場合において、素子温度が＋２０℃の時には、クロック周波数は”ｆｓ×５／６×１．０６”となる。

この場合にも、先の第１実施例と同様に素子温度が変化しても色再現性を高く維持することができる。尚、図１０に示した関係は、単に一例を示したに過ぎず、更に温度差を細かく規定してもよいし、またテーブルに該当する温度差が存在しない場合には、その前後のクロック周波数を按分して求めればよい。更に、このようなテーブルに限定されず、温度差と基準クロック周波数ｆｓを含む関係式を記憶しておき、この関係式からクロック周波数Ｆを求めるようにしてもよい。

また図４及び図１０に示すテーブルにおいて、クロック周波数を求める場合に、基準クロック周波数ｆｓに所定の数値を乗算してクロック周波数を求めるようにしてもよく、その算出の過程は特に限定されない。

本発明に係る液晶表示装置の第１実施例を示すブロック構成図である。 駆動階調テーブルの一例を示す図である。 サブフィールドのシーケンステーブルの一例を示す図である。 クロック周波数記憶部に記憶されるクロック周波数と液晶表示素子の温度との関係を表すテーブルの一例を示す図である。 基準動作温度（Ｔｏ）での液晶の電圧−透過率特性をガンマ補正した後の入力階調レベルと出力階調レベル（出力光）との関係を示すグラフである。 クロック周波数と素子温度が変化した時のガンマ補正後の入力階調レベルと出力階調レベル（光出力）との関係を示すグラフである。 動作温度が基準動作温度Ｔｏよりも高い時にクロック周波数Ｆを基準周波数ｆｓよりも高く設定して特性を補償した時の状態を示グラフである。 クロック周波数の補償を行った時のサブフィールドシーケンスの状態を示す図である。 本発明の液晶表示装置の第２実施例を示すブロック構成図である。 クロック周波数記憶部に記憶されるクロック周波数と液晶表示温度とフィールド周波数との関係を示すテーブルの一例を示す図である。 デジタル駆動方法を採用した従来の液晶表示装置の一例を示す図である。

符号の説明

２…データ作成部、４…バッファ部、４Ａ…シフトレジスタ、４Ｂ…フレームバッファ、６…シーケンサ部、８…サブフィールドテーブル記憶部、１０…液晶表示素子、１２…液晶表示装置、１４…温度センサ部、１６…クロック周波数記憶部、１８…クロック信号制御部、２０…フィールド分離部、Ｐｘ…画素。

Claims (1)

1. 複数の画素がマトリクス状に配置されてなる液晶表示素子にデジタル化された映像信号を印加して表示するに際して、前記映像信号の１フィールドをクロック信号の周波数に依存して変化する駆動期間の異なる複数のサブフィールドで構成し、前記サブフィールドを選択的にオン又はオフすることにより１フィールドの映像を複数の階調で表示するように構成した液晶表示装置であって、
   前記映像信号から１フィールド毎のサブフィールド画像信号データを作成するデータ作成部と、
   前記サブフィールド画像信号データを一時的に記憶するバッファ部と、
   前記液晶表示素子の温度を検出する温度センサ部と、
   前記サブフィールドを選択的にオン又はオフする制御手順を定めたシーケンステーブルを記憶するサブフィールドテーブル記憶部と、
   所定の表示画質を維持するために前記液晶表示素子の温度と前記クロック信号の設定されるべき周波数との対応状態を予め記憶するクロック周波数記憶部と、
   前記温度センサ部からの検出温度と前記クロック周波数記憶部の記憶内容とに基づいて対応する周波数のクロック信号を出力するクロック信号制御部と、
   を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
   

Images