JP4742017B2 - 液晶表示装置および液晶パネル駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶プロジェクタなどに代表される、液晶パネルを用いた液晶表示装置に関し、特に、複数の液晶セルが共通に接続された共通電極にコモン電圧が供給される液晶表示装置に関する。

液晶表示装置において、液晶パネルを構成する各液晶セルの電圧−透過率特性（以下Ｖ−Ｔ特性と記す）を完全に一致させることは困難であるため、液晶パネルの表示に場所によるムラが発生することがある。

また、液晶セルに印加される電圧の極性が常に同じであると、液晶セルに混入している不純物が帯電し、分極と呼ばれる現象により直流電圧が発生したり、液晶分子そのものにも分極が発生したりして、表示品位が著しく低下することがある。特に、液晶分子そのものに分極が発生した場合は、液晶セルへの電圧の印加を停止した後も、液晶分子が電圧印加停止前の状態を保持してしまうため、例えば、液晶セルに映像信号に対応する電圧を供給して映像を表示させた後、映像信号の供給を停止しても、液晶セルには、直前の映像（残像）が表示されることになる。この現象は、便宜上、焼き付き現象と呼ばれている。なお、焼き付きを生じた液晶セルは、ＣＲＴの焼き付きとは異なり、長期間放置したり、逆極性の電圧を印加したりすることで回復する。

上記の表示ムラや焼き付き現象の防止、液晶の劣化防止などを目的に、液晶表示装置では、液晶に印加される電圧の極性が所定の周期で反転する交流駆動が行われる。交流駆動にはドット反転駆動、ライン反転駆動、フレーム反転駆動などがあり、液晶表示装置では、これらの一つ又は複数の組み合わせにより液晶パネルが駆動されている。

ところで、明るさが重視される液晶プロジェクタでは、一般に、ノーマリー・ホワイトの液晶パネルが使用されている。ノーマリー・ホワイトの液晶パネルでは、電圧が印加されない状態が『白』表示で、映像データの振幅が大きくなるにつれて『黒』表示に近づく。これに対して、ノーマリー・ブラックの液晶パネルでは、その逆の表示動作となる。これらノーマリー・ホワイトの液晶パネルとノーマリー・ブラックの液晶パネルは、基本的に、同じ回路で構成することが可能である。

以下、ノーマリー・ホワイトの液晶パネルにおけるライン反転・フレーム反転駆動について具体的に説明する。以下の説明において、『映像データ』は、ノーマリー・ホワイト液晶用に白と黒が反転しているものを指し、『映像信号』は、正極性の信号を指すものとする。なお、以下のノーマリー・ホワイト液晶パネルについての説明における技術は、ノーマリー・ブラックの液晶パネルにも適応することができる。

図７に、ライン反転・フレーム反転駆動の映像データの波形を示す。図７に示す映像データでは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを基準にして極性を反転させた正極性の映像データと負極性の映像データとを、水平走査期間毎に交互に切り替えるようになっている。正極性の映像データと負極性の映像データは、リファレンス電圧Ｖｒｅｆを中心に上下で対称となっている。コモン電圧Ｖｃｏｍは、各液晶セルの共通電極に印加する電圧で、映像データが反転することによって発生するフリッカ（明るさのちらつき）が最小となるように調整される（特許文献１、２参照）。

図８に、交流駆動が行われる液晶パネルの液晶セルの等価回路を示す。映像信号線Ｌ１とゲート線Ｌ２の交差する部分にＴＦＴが設けられている。ＣＬＣは液晶セルの容量、ＣＳは付加容量、ＣＧＤはＴＦＴのゲート−ドレイン間の寄生容量をそれぞれ示す。対象液晶セルに電圧を印加したとき（すなわち、映像信号書き込み時）に、ゲート線Ｌ２がＨｉｇｈとなって、ＴＦＴは通電状態となる。映像信号書き込み後は、ゲート線Ｌ２がＬｏｗとなり、それ以降、書き込まれた映像信号が保持される。ゲート線Ｌ２がＨｉｇｈからＬｏｗとなるとき、寄生容量ＣＧＤの微分効果により、液晶セル電位ＶＬＣが下がることになる。この電圧降下分は、映像信号の極性には依存せず一定である。また、液晶セル容量ＣＬＣと付加容量ＣＳの合成容量による電圧降下の影響により、コモン電圧Ｖｃｏｍは、映像データの中心値であるリファレンス電圧Ｖｒｅｆよりも低い電圧で最適調整値となる。

液晶表示装置に使用されるネマテック液晶は、一般に棒状の形状をしており、長軸方向の誘電率の方が短軸方向の誘電率よりも大きい、という誘電率異方性を有する。図９の（ａ）〜（ｃ）に、印加電圧に応じた液晶分子の状態を模式的に示す。

図９（ａ）は、映像データが『白』の状態であって、ＴＦＴ基板−対向基板間には電界がかかっていない状態である。液晶分子は、配向膜上に整列しており、わずかに片方の頭を持ち上げた形で配置されている。この液晶分子の状態はプリチルトと呼ばれ、電圧を掛けたときにいつも一定の方向に液晶分子が回転する。この例では、電圧の印加により、液晶分子が常に反時計回りに回転する。

図９（ｂ）は、例えば、信号レベルが５０％の映像データを印加したときの液晶分子の状態を表す。ＴＦＴ基板−対向基板間には、映像データに対応する電界が掛かっており、液晶分子は反時計回りに斜めに立ち上がっている。これは、長軸方向の誘電率の方が短軸方向の誘電率よりも大きいためである。

図９（ｃ）は、映像データが『黒』の状態であって、ＴＦＴ基板−対向基板間に最大電界がかかっている状態である。液晶分子は完全に立ち上がっているため、光が遮断される。

図９の（ａ）〜（ｃ）に示すように、電圧が掛かっていない状態では、液晶分子は略水平状態に配置され、印加電圧の大きさに応じて立ち上がっていく。このように、印加電圧の大きさによって誘電率が異なる。誘電率が変化すると、静電容量が変化する。液晶セルの電位は、ＴＦＴのゲート−ドレイン間の浮遊容量と、液晶容量及び付加容量の合成容量に影響を受け、コモン電圧は、後者の電圧降下分だけ液晶セル電位よりも低い電圧で調整される。そして、後者の電圧降下は、液晶セルへの印加電圧（映像データ）により変化することになる。

図１０に、ライン反転・フレーム反転駆動を採用する液晶表示装置を示す。図１０を参照すると、液晶表示装置は、映像信号処理回路１００、液晶駆動回路１０１、コモン電圧発生回路１０２および液晶パネル１０３を有する。

液晶パネル１０３は、例えば図８に示した構造の液晶パネルである。映像信号処理回路１００は、入力端子ＩＮから供給される映像信号を液晶パネル１０３で表示するのに適した信号に変換するための処理、例えばスケーリング処理や周波数変換処理等を行う。スケーリング処理は、入力映像信号の表示画像における解像度が液晶パネル１０３の解像度と異なる場合に、入力映像信号の解像度を適切な解像度に変換する処理である。周波数変換処理は、入力映像信号の周波数が液晶パネルの駆動周波数と異なる場合に、入力映像信号の周波数を適切な周波数に変換する処理である。

液晶駆動回路１０１は、Ｓ字状の曲線で表される液晶パネル１０３の電圧（Ｖ）−透過率（Ｔ）特性を線形的な特性（ＶがＴに対して比例的に変化する特性）となるように補正するＶ−Ｔ補正処理や、Ｖ−Ｔ補正された映像信号に対してライン反転・フレーム反転の処理を施す交流駆動処理を行う。また、液晶駆動回路１０１は、液晶パネル１０３を駆動するための各種タイミング信号を発生する回路を含む。タイミング信号には、液晶パネル１０３の各液晶セルに供給される電圧の極性を反転するためのタイミング信号Ｖｄも含まれる。

コモン電圧発生回路１０２は、液晶パネル１０３の各液晶セルの共通電極に印加するコモン電圧Ｖｃｏｍを生成する。コモン電圧Ｖｃｏｍの大きさは、映像データが反転することによって発生するフリッカが最小となるように予め調整されている。コモン電圧Ｖｃｏｍの調整方法としては、タイミング信号Ｖｄにより測定器の同期を取り、正極性の映像データ（フレーム）に関する表示画像の明るさと、負極性の映像データ（フレーム）に関する表示画像の明るさをそれぞれ測定器で測定し、両者の差が最小となるようにコモン電圧Ｖｃｏｍを調整することが考えられる。また、正極性は全白、負極性は全黒となる信号と、正極性は全黒、負極性は全白となる信号を用意し、両信号により表示された画像の明るさを最小とするようにコモン電圧Ｖｃｏｍを調整してもよい。また、測定器を使わずに、良好な表示画像となるように目視でコモン電圧Ｖｃｏｍを調整してもよい。

しかし、上述したような反転駆動を行う表示装置においては、コモン電圧の調整値が最適値からずれることにより液晶分子や不純物の分極が発生し、その結果、焼き付きを生じる、という問題がある。以下に、その問題を具体的に説明する。

コモン電圧の調整では、良好な投射画像が得られるように、目視または測定器を利用することによって、コモン電圧を最適値に調整している。図１１は、映像信号レベルとコモン電圧の最適値の関係を表すグラフである。縦軸はコモン電圧の最適な電圧値を示し、横軸は映像信号レベルを示す。一般に、コモン電圧は、信号レベルが５０％の映像信号が供給された状態で調整している。その理由は、液晶のＶ−Ｔ特性（電圧と透過率の関係を示す特性）にはＳ字状の非線形特性があり、５０％前後の電圧印加時に透過率が急激に変化するため、コモン電圧を調整し易いからである。

図１１に示すように、コモン電圧の最適値は、映像信号レベルに対して指数関数的に変化するため、映像信号レベルが５０％近傍でコモン電圧を調整した場合、平均映像信号レベル（以下、ＡＰＬと記す）の低い静止画像を表示すると、コモン電圧の調整値が、その静止画像の信号レベルにおける最適なコモン電圧値からずれることになる。コモン電圧の調整値と最適値の差は、図１１に示すグラフにおける最適値の変化の大きさに依存し（ＡＰＬ依存性）、この差がある程度大きな場合は、液晶分子や不純物の分極が発生する。したがって、ＡＰＬの低い静止画像を長期間表示し続けると、コモン電圧の調整値と最適値との差によって液晶分子や不純物の分極が発生し、その結果、焼き付きが生じてしまう。これと同様の焼き付き現象が、ＡＰＬの高い静止画像を長期間表示した場合においても生じる。ただし、ＡＰＬの高い静止画像を表示した場合は、コモン電圧の調整値と最適値の差が、ＡＰＬの低い静止画像を表示した場合のそれより小さいため、焼き付きは生じ難い。

上記の焼き付き問題は、入力映像信号のＡＰＬに応じてコモン電圧値を調整することで解決することが可能である。特許文献２には、入力映像信号のＡＰＬに応じたコモン電圧の調整が可能な装置が記載されている。
特開２００４−０２０６５７号公報 特開２０００−２６７６１８号公報

しかしながら、上述した液晶表示装置には、ＡＰＬ依存性に伴う焼き付き問題とは別に以下のような焼き付きの問題がある。

液晶パネルを構成する液晶材や配向膜等の条件によっては、経時変化に伴ってコモン電圧の最適値が変化する場合がある。経時変化によるコモン電圧の最適値の変化は、数十時間から数百時間に及ぶ場合もある。図１２に、映像信号レベル５０％における、経時変化に伴うコモン電圧の最適値の変化を示す。縦軸はコモン電圧Ｖｃｏｍの最適値を示し、横軸は経過時間を示す。このようにコモン電圧の最適値は経時変化に伴って徐々に高くなるため、製品出荷時にコモン電圧を最適な値に調整したとしても、時間の経過とともに、調整値が徐々に最適値から外れてしまい、その結果、液晶分子や不純物の分極が発生して焼き付きが生じてしまう。

経時変化と同様に、液晶パネルの温度変動によってもコモン電圧の調整値が最適値からずれてしまい、その結果、液晶分子や不純物の分極が発生して焼き付きが生じてしまう。

本発明の目的は、上記問題を解決し、経時変化または環境温度変化に伴うコモン電圧の最適値の変化に起因する液晶分子や不純物の分極による焼き付きを抑制することのできる液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の液晶表示装置は、液晶パネルを備える液晶表示装置であって、前記液晶パネルを構成する複数の液晶セルが共通に接続された共通電極にコモン電圧を供給するコモン電圧発生回路と、外部から入力された映像信号に応じた電圧を前記複数の液晶セルに供給して前記液晶パネルに画像を表示させるとともに、前記複数の液晶セルに供給される電圧の極性を所定の周期で反転させるための制御を行う液晶駆動回路と、前記映像信号の平均信号レベルを検出する平均信号レベル検出回路と、前記液晶パネルが使用された時間を計測するタイマーと、前記映像信号の信号レベルと前記コモン電圧の最適値との関係を示す特性データが、前記液晶パネルの使用時間に対応して複数格納されたルックアップテーブルと、前記タイマーによる計測結果に基づいて前記液晶パネルの現在までの使用時間を判断し、該使用時間に対応する特性データを前記ルックアップテーブルから取得し、該特性データと前記平均信号レベル検出回路にて検出された平均信号レベルとに基づいてコモン電圧の最適値を算出し、前記コモン電圧発生回路から出力されるコモン電圧の大きさが該最適値となるように制御する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明の液晶表示装置によれば、制御部が、平均映像信号レベル（ＡＰＬ）値に応じて、コモン電圧発生回路から出力されるコモン電圧の大きさを制御するので、例えば、ＡＰＬの低い静止画像を表示した場合に、その静止画像の信号レベルにおける最適なコモン電圧値がコモン電圧発生回路から液晶パネルに供給される。また、制御部が、液晶パネルの使用時間に応じてコモン電圧の大きさを制御する。この制御により、液晶パネルの経時変化に伴うコモン電圧の最適値のずれが補正される。このように、ＡＰＬ依存性や経時変化に伴うコモン電圧の最適値のずれに応じたコモン電圧調整が行われるので、液晶分子や不純物の分極の発生が抑制される。

本発明によれば、液晶パネルの経時変化や温度変化に伴う液晶分子や不純物の分極の発生が抑制されるので、液晶セルの焼き付きが発生し難い液晶表示装置を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図１を参照すると、液晶表示装置の主要部は、映像信号処理回路１、液晶駆動回路２、制御部４、コモン電圧発生回路５、バッファ６、タイマー８、液晶パネル９および記憶部１０からなる。

液晶パネル９は、既存の液晶パネルであって、例えば図８に示した液晶パネルと同じものを用いることができる。映像信号処理回路１は、入力端子ＩＮから供給される映像信号に対して、液晶パネル９で表示するのに適した映像信号に変換するための処理、例えばスケーリング処理や周波数変換処理などを行う。液晶駆動回路２は、映像信号処理回路１から供給される映像信号に対してＶ−Ｔ補正処理や交流駆動処理等を行う。これら映像信号処理回路１、液晶駆動回路２および液晶パネル９は、図１０に示したものと基本的に同じものである。映像信号処理回路１から出力された映像信号は、液晶駆動回路２および制御部４の双方に供給されている。

コモン電圧発生回路５は、液晶パネル９の各液晶セルの共通電極に印加するためのコモン電圧（直流電圧）を生成する。コモン電圧は、バッファ６を介して液晶パネル９の各液晶セルの共通電極に供給される。バッファ６は、電流増幅用のバッファである。

タイマー８は、液晶パネル９の現在までの使用時間（液晶パネル９が駆動された時間の累積時間）を計測するものである。具体的には、タイマー８は、不揮発性メモリを備え、液晶パネル９の電源が投入されている期間において、一定時間ごとに１回カウントアップする動作を繰り返し、液晶パネル９の電源が遮断されると、その時点におけるカウント値を不揮発性メモリに記憶し、電源再投入時には、不揮発性メモリに記憶したカウント値からカウントアップを再開するように構成されている。ここで、一定時間（カウントアップの時間間隔）は、液晶表示装置の使用時間を累積してカウントできるような時間単位に設定する。具体的には、使用者は液晶表示装置のオン・オフ動作を数分程度の時間間隔で行うことを考慮すると、カウントアップの時間間隔は１分程度に設定することが望ましい。このタイマー８の動作は、制御部４により制御される。

記憶部１０は、半導体メモリなどより構成され、液晶パネル９の使用時間とコモン電圧の最適値との関係を示す特性データが予め格納されている。特性データは、例えば図１２に示した特性を示すデータである。

制御部４は、映像信号処理回路１から供給される映像信号の同期信号に基づくタイミングで、コモン電圧発生回路５にて発生するコモン電圧の大きさを制御する。コモン電圧制御において、制御部４は、タイマー８のカウント値に基づいて、液晶パネル９の現在までの使用時間を判断し、この使用時間におけるコモン電圧の最適値を記憶部１０に格納された特性データを参照して取得する。そして、制御部４は、コモン電圧発生回路５から出力されるコモン電圧の大きさがその取得した最適値となるように制御する。

次に、本実施形態の液晶表示装置の動作を具体的に説明する。

入力端子ＩＮから供給された映像信号は、映像信号処理回路１にて処理が施された後、液晶駆動回路２および制御部４の双方に供給される。液晶駆動回路２は、映像信号処理回路１から供給された映像信号に基づいて液晶パネル９を駆動する。この液晶駆動回路２による液晶パネル９の駆動時に、コモン電圧発生回路５からのコモン電圧が液晶パネル９の各液晶セルの共通電極に供給される。このコモン電圧発生回路５から出力されるコモン電圧の大きさが、制御部４によって、一定時間毎、より望ましくは、数フレームから数十フレーム毎に制御される。

本実施形態の液晶表示装置によれば、例えば製品出荷時に、目視または測定器を利用することによって、コモン電圧を最適値に調整した場合において、制御部４が、液晶パネル９の経時変化に伴うコモン電圧の最適値のずれを補正するので、各液晶セルの共通電極には、液晶パネル９の使用時間に関係なく、常に、最適なコモン電圧が供給される。したがって、コモン電圧の最適値のずれに伴う液晶分子や不純物の分極の発生を抑制することができ、その結果、焼き付きの発生が抑制される。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態である液晶表示装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の液晶表示装置は、タイマー８に代えて温度センサ８１を設けた以外は、図１に示したものと基本的に同じ構成のものである。図２中、同じ構成には同じ符号を付している。説明の重複を避けるために、以下では、同じ構成についての同じ動作の説明は省略する。

記憶部１０には、液晶パネル９の温度とコモン電圧の最適値との関係を示す特性データが予め格納されている。温度センサ８１は、液晶表示装置の温度、より望ましくは液晶パネル近傍の温度を検出する。温度センサ８１の出力は制御部４に供給されている。

制御部４は、映像信号処理回路１から供給される映像信号の同期信号に基づくタイミングで、コモン電圧発生回路５にて発生するコモン電圧の大きさを制御する。コモン電圧制御において、制御部４は、温度センサ８１による計測結果に基づいて液晶パネル９の温度を判断し、この温度におけるコモン電圧の最適値を記憶部１０に格納された特性データを参照して取得する。そして、制御部４は、コモン電圧発生回路５から出力されるコモン電圧の大きさがその取得した最適値となるように制御する。

次に、本実施形態の液晶表示装置の動作を具体的に説明する。

入力端子ＩＮから供給された映像信号は、映像信号処理回路１にて処理が施された後、液晶駆動回路２および制御部４の双方に供給される。液晶駆動回路２は、映像信号処理回路１から供給された映像信号に基づいて液晶パネル９を駆動する。この液晶駆動回路２による液晶パネル９の駆動時に、コモン電圧発生回路５からのコモン電圧が液晶パネル９の各液晶セルの共通電極に供給される。このコモン電圧発生回路５から出力されるコモン電圧の大きさが、制御部４によって、一定時間毎、より望ましくは、数フレームから数十フレーム毎に制御される。

本実施形態の液晶表示装置によれば、例えば製品出荷時に、目視または測定器を利用することによって、コモン電圧を最適値に調整した場合において、制御部４が、液晶パネル９の温度変化に伴うコモン電圧の最適値のずれを補正するので、各液晶セルの共通電極には、環境温度の変化に関係なく、常に、最適なコモン電圧が供給される。したがって、コモン電圧の最適値のずれに伴う液晶分子や不純物の分極の発生を抑制することができ、その結果、焼き付きの発生が抑制される。

（第３の実施形態）
図３は、本発明の第３の実施形態である液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。本実施形態の液晶表示装置は、映像信号処理回路１、液晶駆動回路２、ＡＰＬ検出回路３、制御部４、コモン電圧発生回路５、バッファ６、ルックアップテーブル７、タイマー８および液晶パネル９からなる。映像信号処理回路１、液晶駆動回路２、コモン電圧発生回路５、タイマー８および液晶パネル９は、図１に示したものと基本的に同じである。説明の重複を避けるために、以下では、同じ構成についての同じ動作の説明は省略する。

映像信号処理回路１から出力された映像信号は、液晶駆動回路２およびＡＰＬ検出回路３の双方に供給されている。ＡＰＬ検出回路３は、映像信号処理回路１から供給された映像信号の平均輝度レベル（平均的な明るさ）を一定時間毎に検出する。具体的なＡＰＬ検出について、液晶パネル９の表示画像が複数の走査ラインからなる場合で、入力映像信号が各走査ラインに対応する映像領域の信号を含み、各映像領域の信号が水平同期信号により区切られ、さらにそれら映像領域の信号全体が垂直同期信号により区切られている場合を例に説明する。ＡＰＬ検出回路３は、各走査ラインに対応する映像領域の信号のそれぞれについて、映像領域の輝度レベルを抽出し、１フレーム分の映像信号全体における、映像領域の輝度レベルのＡＰＬを求める。ここでは、映像領域の輝度レベルは、『黒』表示を示す映像信号レベルを０％、『白』表示を示す映像信号レベルを１００％とする範囲で与えられる。このようなＡＰＬ検出動作は、周知の積分回路を用いることで実現することができる。ＡＰＬ検出回路３でフレーム単位に検出されたＡＰＬ値は制御部４に供給される。

ルックアップテーブル７は、映像信号レベルとコモン電圧の最適値の関係を表す特性データを格納したものである。特性データは、液晶パネルの使用時間に応じて複数種類用意されている。図４に、ルックアップテーブル７に格納される特性データの一例を示す。この図４に示す特性データは、図１２に示したような、コモン電圧の最適値と液晶パネルの使用時間の関係を考慮して作成したものであって、１００時間毎に、特性データが用意されている。図４において、実線で示すグラフは、液晶パネルの使用時間が０時間における第１の特性データを示し、破線で示すグラフは、液晶パネルの使用時間が１００時間における第２の特性データを示し、一点鎖線で示すグラフは、液晶パネルの使用時間が２００時間における第３の特性データを示し、二点鎖線で示すグラフは、液晶パネルの使用時間が３００時間における第４の特性データを示す。これら特性データは、実際の液晶パネルを使用して実測した結果から作成したものであって、『黒』表示を示す映像信号レベルを０％、『白』表示を示す映像信号レベルを１００％として、０％、２０％、４０％、６０％、８０％、１００％の各点におけるコモン電圧の最適値を求め、各点の中間データは、前後の点のデータに基づいて補完している。

制御部４は、コモン電圧発生回路５にて発生するコモン電圧の大きさを制御する。コモン電圧制御において、制御部４は、タイマー８のカウント値を監視しており、液晶パネル９の現在までの使用時間に対応する特性データをルックアップテーブル７から取得する。また、制御部４は、数フレームから数十フレーム毎に、ＡＰＬ検出回路３から供給されるＡＰＬ値の平均値（平均ＡＰＬ値）を求め、平均ＡＰＬ値と取得した特性データとからコモン電圧の最適値を求め、コモン電圧発生回路５にて発生するコモン電圧の大きさがこの最適値となるように制御する。

次に、本実施形態の液晶表示装置の動作を具体的に説明する。

入力端子ＩＮから供給された映像信号は、映像信号処理回路１にて処理が施された後、液晶駆動回路２およびＡＰＬ検出回路３の双方に供給される。液晶駆動回路２は、映像信号処理回路１から供給された映像信号に基づいて液晶パネル９を駆動する。この液晶駆動回路２による液晶パネル９の駆動時に、コモン電圧発生回路５にて生成されたコモン電圧が液晶パネル９の各液晶セルの共通電極に供給される。このコモン電圧発生回路５で生成されるコモン電圧の大きさが、制御部４によって制御される。

図５に、コモン電圧の制御手順の一例を示す。ＡＰＬ検出回路３が、映像信号処理回路１から供給される映像信号について、フレーム単位にＡＰＬを検出し、検出したＡＰＬ値を制御部４に供給する（ステップＳ１）。次に、制御部４が、タイマー８のカウント値に基づいて液晶パネル９の現在までの使用時間を判断し、その使用時間に対応する特性データをルックアップテーブル７から取得する（ステップＳ２）。次に、制御部４が、数フレームから数十フレーム毎に、ＡＰＬ検出回路３から供給されるＡＰＬ値の平均値（平均ＡＰＬ値）を求める（ステップＳ３）。次に、制御部４が、ステップＳ２で取得した特性データとステップＳ３で算出した平均ＡＰＬ値とに基づいてコモン電圧の最適値を求める(ステップＳ４)。そして、制御部４が、コモン電圧発生回路５から液晶パネル９に供給されるコモン電圧の大きさがその求めた最適値となるように制御する(ステップＳ５)。

上記ステップＳ３において、タイマー８のカウント値が「０」〜「９９」の範囲内にある場合は、制御部４は、液晶パネル９の使用時間が０以上、１００未満の範囲と判断して、第１の特性データをルックアップテーブル７から取得する。タイマー８のカウント値が「１００」〜「１９９」の範囲内にある場合は、制御部４は、液晶パネル９の使用時間が１００以上、２００未満の範囲と判断して、第２の特性データをルックアップテーブル７から取得する。タイマー８のカウント値が「２００」〜「２９９」の範囲内にある場合は、制御部４は、液晶パネル９の使用時間が２００以上、３００未満の範囲と判断して、第３の特性データをルックアップテーブル７から取得する。タイマー８のカウント値が「３００」以上である場合は、制御部４は、液晶パネル９の使用時間が３００以上であると判断して、第４の特性データをルックアップテーブル７から取得する。図１２に示した特性図によれば、液晶パネルの使用時間が３００時間以上では、コモン電圧の最適値の経時変化に伴うずれは少ないため、本実施形態では、使用時間が３００時間以上は、コモン電圧の最適値はほぼ一定であるため、第４の特性データを使用している。なお、使用時間が３００時間を越えても、コモン電圧の最適値が時間経過とともに変化する場合は、その変化に応じて、特性データの数も増やす必要がある。また、０時間、１００時間、２００時間、３００時間の各時間の間のコモン電圧の最適値は、それぞれの時間における特性データに基づいて補完することで求めてもよい。例えば、使用時間が３０時間である場合における映像信号レベルが２５％でのコモン電圧の最適値を、使用時間が０時間の特性データの映像信号レベルが２０％および４０％における最適値と、使用時間が１００時間の特性データの映像信号レベルが２０％および４０％における最適値とに基づいて補完することで求めてもよい。この場合は、使用時間に応じたコモン電圧の最適値の算出をより細かな時間単位で行うことができる。

本実施形態の液晶表示装置によれば、制御部４が、入力映像信号のＡＰＬ値に応じて、コモン電圧発生回路５から出力されるコモン電圧の大きさを制御するので、例えば、ＡＰＬの低い静止画像を表示した場合に、その静止画像の信号レベルにおける最適なコモン電圧値がコモン電圧発生回路５から液晶パネル９に供給される。また、制御部４が、液晶パネル９の使用時間に応じた特性データをルックアップテーブル７から取得するので、経時変化に伴ってコモン電圧の最適値が変化しても、最適な特性データを使用することができる。このように、ＡＰＬ依存性や経時変化に伴うコモン電圧の最適値のずれに応じたコモン電圧調整が行われるので、液晶分子や不純物の分極の発生が抑制され、焼き付きが生じ難い構造を提供することができる。

本実施形態の液晶表示装置において、その構成および動作は適宜変更することができる。例えば、制御部４は、液晶パネル９の使用時間に応じて特性データを切り替えるようなっているが、この特性データの切り替えに代えて、コモン電圧の最適値のずれを近似式により求めるようにしてもよい。この場合、特性データとして、例えば使用時間「０」の特性データのみが用いられ、その特性データと平均ＡＰＬ値とからコモン電圧値を算出し、算出した値に対して、近似式により得られるずれに基づく補正を行うことで、最適値を算出する。

以下に、近似式を用いたコモン電圧の最適値の算出を具体的に説明する。

経時変化に伴うコモン電圧の最適値のずれは、液晶パネル（液晶や配光膜の材料）によって異なるが、実際の液晶パネルにおけるコモン電圧の最適値の測定結果が近似的にExponentialの関数で表せる場合は、以下の式で表すことができる。

ここで、ＡおよびＢは定数、ｔは液晶パネルの使用時間である。この場合、制御部４は、一定時間毎に、タイマー８のカウント値に基づいて液晶パネルの使用時間を判断するとともにＡＰＬ検出回路３からのＡＰＬ値の平均を求める。次いで、制御部４が、算出した平均ＡＰＬ値と予め与えられている特性データとからコモン電圧の最適値を算出する。次に、制御部４が、液晶パネルの使用時間に基づいて上記式からコモン電圧の最適値のずれを算出し、そのずれに基づいて、特性データから算出した最適値を補正する。そして、制御部４が、その補正した最適値となるようにコモン電圧発生回路５にて生成されるコモン電圧の大きさを制御する。

近似式によりコモン電圧の最適値のずれを補正する場合は、ルックアップテーブルの数（特性データの数）を削減することができるので、その分、装置のコストを削減することができる。

制御部４によるコモン電圧制御は、数フレームから数十フレーム毎に行われるが、本発明はこれに限定されるものではない。ただし、コモン電圧を液晶パネルの共通電極に供給する場合、その容量は大きく、また、液晶セルを構成するＴＦＴシリコン基板のキャリア移動度が大きいことから、コモン電圧の制御を高速に行うことは困難である。加えて、焼き付きの発生は、長時間同じ画像を投射し続けることにより生じることから、短期間のＡＰＬ変化に追従させる必要もない。これらの点を考慮すると、数フレームから数十フレーム毎にコモン電圧制御を行うことが望ましい。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態である液晶表示装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の液晶表示装置は、ルックアップテーブル７およびタイマー８に代えてルックアップテーブル７１および温度センサ８１を設けた以外は、図３に示したものと基本的に同じ構成のものである。図６中、同じ構成には同じ符号を付している。説明の重複を避けるために、以下では、同じ構成についての同じ動作の説明は省略する。

液晶パネルの温度が変化すると、その変化に伴ってコモン電圧の最適値も変化する。ルックアップテーブル７１には、液晶パネル９の温度変化に対応する異なる複数の温度範囲のそれぞれについて、映像信号レベルとコモン電圧の最適値との関係を示す特性データが格納されている。具体的には、液晶パネルの使用温度範囲を複数の温度範囲に分割し、それぞれの温度範囲について、映像信号レベルとコモン電圧の最適値の関係を示す特性データがルックアップテーブル７１に格納されている。

温度センサ８１は、液晶表示装置の温度、より望ましくは液晶パネル近傍の温度を検出する。温度センサ８１の出力は制御部４に供給されている。制御部４は、一定時間毎に、温度センサ８１の出力に基づいて液晶パネル９の温度を判断するとともにＡＰＬ検出回路３からのＡＰＬ値の平均を求め、その温度に対応する特性データをルックアップテーブル７１から取得し、その特性データおよび平均ＡＰＬに基づいてコモン電圧の最適値を算出する。そして、制御部４は、その算出した最適値となるようにコモン電圧発生回路５にて生成されるコモン電圧の大きさを制御する。

本実施形態の液晶表示装置によれば、制御部４が、平均映像信号レベル（ＡＰＬ）値に応じて、コモン電圧発生回路５から出力されるコモン電圧の大きさを制御する。この制御により、ＡＰＬ依存性に伴うコモン電圧の最適値のずれが補正される。また、制御部４が、液晶パネル９の温度変化に応じてコモン電圧の大きさを制御する。この制御により、液晶パネル９の温度変化に伴うコモン電圧の最適値のずれが補正される。このように、ＡＰＬ依存性や温度変化に伴うコモン電圧の最適値のずれに応じたコモン電圧調整が行われるので、液晶分子や不純物の分極の発生が抑制される。

なお、本実施形態の液晶表示装置においても、実際の液晶パネルにおけるコモン電圧の最適値の測定結果が近似的にExponentialの関数で表せる場合は、温度変化に伴うコモン電圧の最適値のずれを上述した近似式により求めることができる。ただし、ｔは液晶パネルの温度である。この場合は、特性データとして、例えば使用時間「０」の特性データのみが用いられ、その特性データと平均ＡＰＬ値とからコモン電圧値を算出し、算出した値に対して、近似式により得られるずれに基づく補正を行うことで、最適値を算出する。

具体的には、制御部４は、一定時間毎に、温度センサ８１の出力に基づいて液晶パネルの温度を判断するとともにＡＰＬ検出回路３からのＡＰＬ値の平均を求める。次いで、制御部４が、算出した平均ＡＰＬ値と予め与えられている特性データとからコモン電圧の最適値を算出する。次に、制御部４が、液晶パネルの温度に基づいて上記式からコモン電圧の最適値のずれを算出し、そのずれに基づいて、特性データから算出した最適値を補正する。そして、制御部４が、その補正した最適値となるようにコモン電圧発生回路５から出力されるコモン電圧の大きさを制御する。

近似式によりコモン電圧の最適値のずれを補正する場合は、ルックアップテーブルの数（特性データの数）を削減することができるので、その分、装置のコストを削減することができる。

以上説明した各実施形態は、本発明の一例であり、その構成および動作は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更することができる。例えば、経時変化に応じたコモン電圧制御と温度変化に応じたコモン電圧制御とを併用してもよい。

また、各実施形態では、単板式の表示装置について説明したが、本発明は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対応する３つの液晶パネルを備える３板式液晶表示装置に適用することもできる。３板式に適用する場合は、液晶パネルごとに、液晶駆動回路、コモン電圧発生回路およびバッファを設ける。制御部は、液晶パネル毎に、それぞれのコモン電圧発生回路から出力されるコモン電圧の大きさを制御する。また、ＡＰＬ検出回路として、ＲＧＢのそれぞれの映像信号の平均信号レベルを検出するＡＰＬ検出回路を設け、制御部が、それぞれのＡＰＬ検出回路の出力を参照して、各コモン電圧発生回路から出力されるコモン電圧の大きさを制御してもよい。

また、経時変化に伴うコモン電圧の最適値のずれを補正する実施形態においては、経時変化に伴ってコモン電圧の最適値が徐々に高くなる場合を想定しているが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、経時変化に伴ってコモン電圧の最適値が徐々に低くなる場合にも適用することができる。この場合は、そのようなコモン電圧の最適値と使用時間の関係を示す近似式や特性データを使用する。

また、本発明は、複数の液晶セルに供給される電圧の極性を所定の周期で反転させる交流駆動の液晶パネルを用いた液晶表示装置全般に適用することができる。

本発明の第１の実施形態である液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態である液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態である液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 ルックアップテーブルに格納される特性データの一例を示す特性図である。 コモン電圧の制御手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態である液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 ライン反転・フレーム反転駆動の映像データの波形を示す波形図である。 交流駆動が行われる液晶パネルの液晶セルの等価回路を示す回路図である。 （ａ）〜（ｃ）は、印加電圧に応じた液晶分子の状態を示す模式図である。 ライン反転・フレーム反転駆動を採用する液晶表示装置を示すブロック図である。 映像信号レベルとコモン電圧の最適値の関係を表す特性図である。 映像信号レベル５０％における、液晶パネルの経時変化に伴うコモン電圧の最適値の変化を示す特性図である。

符号の説明

１ 映像信号処理回路
２ 液晶駆動回路
３ 平均映像信号レベル（ＡＰＬ）検出回路
４ 制御部
５ コモン電圧発生回路
６ バッファ
７、７１ ルックアップテーブル
８ タイマー
１０ 記憶部
８１ 温度センサ

Claims (3)

1. 液晶パネルを備える液晶表示装置であって、
   前記液晶パネルを構成する複数の液晶セルが共通に接続された共通電極にコモン電圧を供給するコモン電圧発生回路と、
   外部から入力された映像信号に応じた電圧を前記複数の液晶セルに供給して前記液晶パネルに画像を表示させるとともに、前記複数の液晶セルに供給される電圧の極性を所定の周期で反転させるための制御を行う液晶駆動回路と、
   前記映像信号の平均信号レベルを検出する平均信号レベル検出回路と、
   前記液晶パネルが使用された時間を計測するタイマーと、
   前記映像信号の信号レベルと前記コモン電圧の最適値との関係を示す特性データが、前記液晶パネルの使用時間に対応して複数格納されたルックアップテーブルと、
   前記タイマーによる計測結果に基づいて前記液晶パネルの現在までの使用時間を判断し、該使用時間に対応する特性データを前記ルックアップテーブルから取得し、該特性データと前記平均信号レベル検出回路にて検出された平均信号レベルとに基づいてコモン電圧の最適値を算出し、前記コモン電圧発生回路から出力されるコモン電圧の大きさが該最適値となるように制御する制御部と、を有する液晶表示装置。
2. 前記映像信号がフレーム単位に入力され、
   前記制御部は、複数フレーム毎に、前記コモン電圧発生回路から出力されるコモン電圧の大きさを制御する、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 複数の液晶セルからなる液晶パネルを駆動する方法であって、
   前記複数の液晶セルが共通に接続された共通電極にコモン電圧を供給するステップと、
   外部から入力された映像信号に応じた電圧を前記複数の液晶セルに供給して前記液晶パネルに画像を表示させるとともに、前記複数の液晶セルに供給される電圧の極性を所定の周期で反転させるための制御を行うステップと、
   前記映像信号の平均信号レベルを検出するステップと、
   前記液晶パネルの現在までの使用時間を判断するステップと、
   前記映像信号の信号レベルと前記コモン電圧の最適値との関係を示す特性データが、前記液晶パネルの使用時間に対応して複数格納されたルックアップテーブルを参照し、前記判断した使用時間に対応する特性データを前記ルックアップテーブルから取得するステップと、
   前記取得した特性データと前記検出した平均信号レベルとに基づいてコモン電圧の最適値を算出し、前記共通電極に供給するコモン電圧の大きさが該最適値となるように制御するステップと、を有する液晶パネル駆動方法。

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