(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＣＢ型液晶表示装置に外部から映像信号を入力し、表示映像画面を駆動するに際し、前記外部映像信号を検出し、前記外部映像信号に対応して液晶分子のベンド配向を保持するように逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加する液晶表示装置。
【請求項２】
前記ＯＣＢ型液晶表示装置の表示映像画面の最大輝度レベルに対応する映像信号を検出し、前記最大輝度レベルに応じてベンド配向を保持するように逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加する請求項１記載の液晶表示装置。
【請求項３】
線順次駆動で表示する前記表示映像画面の少なくとも１画面（１フレーム）分を蓄積する手段と前記表示映像画面の最大輝度レベルおよび最小輝度レベルに対応する映像信号を検出する手段と前記最大輝度レベルおよび前記最小輝度レベルに応じてベンド配向を保持するように逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加する手段を有する請求項１および請求項２記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＯＣＢ型液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在では、パソコン、カーナビ、モニタ−およびＴＶ等の画面表示用として液晶表示装置が多く用いられている。これら液晶表示に使用する液晶の配向モードとしてはネマティック液晶を利用したＴＮ型配向モード、ＳＴＮ型配向モードが多く使用されているが、応答が遅い、視野角が狭いなどの欠点がある。また、視野角に優れた表示モードとして近年横電界駆動のＩＰＳ（水平面内駆動）表示モードの液晶表示装置が実用化されているが、応答速度や開口率に難がある。また、応答速度が早く視野角が広い強誘電液晶などの表示モードもあるが耐ショック性、温度特性などに難がある。
【０００３】
最近では高速応答性に優れた、視野角が広い表示モードとして光学補償（ＯＣＢ）型配向モードが映像機器用として注目され、活発に開発が行われている。このモードは図４（ａ）のように液晶表示パネル用の相対向する上下両基板５４、５６内表面に液晶分子（液晶層）１０６を平行方向へ配向処理してスプレイ配向の液晶層を構成して、次に上下両基板５４、５６間に電圧印加して液晶分子１０６を前記スプレイ配向から図４（ｂ）のようにベンド配向へ転移させた状態と、さらに図４（ｃ）に示すベンド配向の状態をもつものである。（ここでスプレイ配向からベンド配向への転移させる手法としては、電圧印加以外にも各種考案されているが、詳細は省略する。）
そして図４（ｂ）は低電圧印加時における透過率（輝度）の高い状態（通称白表示）であり、図４（ｃ）は高電圧印加時の透過率（輝度）の低い状態（通称黒表示）であって、この白表示と黒表示と白黒中間の表示とで映像表示を行う。
【０００４】
図５は前記液晶層１０６を視野角拡大のために光学補償する位相差板５３と偏光板５１、表示輝度を与えるためのバックライト５５を配置した液晶表示パネルの断面図を示すものである。図５において両基板５４、５６のうち、一方の基板（例えば下側基板）５４上にマトリクス状に配列したＴＦＴ（ＴＦＴの駆動については後に図７の説明において概要を記載する）が複数個（通称ＸＧＡと呼ばれる映像画面では少なくとも、縦７６８個ｘ横１０２４個）形成されている。
【０００５】
前記ＴＦＴのソース電極には映像信号を供給し、前記ＴＦＴのゲート電極には走査信号がそれぞれ供給される。そしてゲート電極のＯＮ状態のタイミングに合わせて映像信号をソース電極に入力し、ＴＦＴのドレイン電極と液晶層１０６を介して他方の基板５６上の対向電極との間に電圧を供給して液晶表示をおこなう。５５はバックライトであって、前記液晶パネルの動作によってバックライト光の透過率を制御する。
【０００６】
前記液晶表示パネルの透過率に対する電圧依存性を表すのが図６である。なお図６の画素の透過率（輝度）と印加電圧の関係において、横軸の電圧値は前記図５の液晶表示パネルの説明で記載したＴＦＴのソース電極に映像信号が入力されて、ドレイン電極と液晶層を介して対向電極間に印加される電圧であるので、対向電極に印加される電圧が一定の場合は、略ソース電極に入力される映像信号を検出することで、横軸の電圧は検出できる。図４、図５、図６の関係は、略Ｖｗの範囲にあるとき図４（ｂ）、図５（ｂ）に対応し、電圧値Ｖｗを十分超えたＶｂ近傍にあるときが図４（ｃ）、図５（ｃ）にそれぞれ対応する。ここでＶｗは白表示電圧、Ｖｂは黒表示電圧と呼ばれる電圧値である。
【０００７】
このＯＣＢ型液晶モードは表示性能面において高速で視野角が広く明るい特徴の液晶表示装置であり現在実用化が検討されている。更にこれを使用した液晶ＴＶの実用化が検討されている。
【０００８】
前記記載のようにＯＣＢ型モード液晶表示は、白表示と黒表示と白黒中間状態に対応する印加電圧により映像表示するモードであるが、白表示電圧Ｖｗが略０Ｖ電圧付近となると、図４（ｂ）のようなベンド配向から図４（ａ）のスプレイ配向に逆転移することが問題であった。この逆転移は不可逆変化であり、ＯＣＢ型液晶表示装置を映像機器として用いるためには常にベンド配向を維持する手段を必要とする。なお、図４（ｂ）から図４（ｃ）、図４（ｃ）から図４（ｂ）へは数ミリ秒で移行するので、高速応答を要求される映像機器のような動画に好適である。
【０００９】
したがって、白表示電圧Ｖｗが略０Ｖ電圧の状態の時には、前期常にベンド配向を維持する手段として、画面１フレーム中に一定期間（デュ−ティ）のパルス電圧を印加して前記図４（ｂ）から図４（ａ）への逆転移防止を図るためのＯＣＢ型液晶特有の駆動方法が必要になる。このようなＯＣＢ型モード特有の駆動方法（逆転移防止技術）は１フレーム期間中に逆転移防止のために一定期間パルス電圧を印加する必要がある特有の駆動方法であるために、１フレーム期間中に映像信号を入力する割合（デュ−ティ）が減少し、輝度の減少を伴うことにもなる。
【００１０】
そこで従来から逆転移防止電圧を効率よく印加して、映像信号を入力する割合（デュ−ティ）を高くする方法が検討されている。この逆転移防止の先行例として特願平１１−３６９８３８号に記載されている液晶表示装置のブロック図（図７）と方法の概要を示す。
【００１１】
図７において、ＴＦＴ１０７は前記下側基板５４にマトリクス状に形成され、前記ＴＦＴ１０７のゲート電極１８はゲート線Ｘ１、Ｘ２、・・・、Ｘｎに接続され、ＴＦＴ１０７のソース電極はソース線Ｙ１、Ｙ２、・・・、Ｙｍに接続され、各ＴＦＴのドレイン電極１７は画素１０７１を構成する画素電極に接続されている。この画素電極は液晶層１０６を介して対向電極１０５１に接続され、液晶表示パネルを構成している。対向電極は対向駆動部１０５が供給する電圧によって駆動される。１０９はゲート線Ｘ１、Ｘ２、ＸｎにＴＦＴをＯＮにする電圧、ＯＦＦにする電圧を印加するためのＩＣ（以下ゲートドライバという）である。ゲートドライバ１０９はソースドライバ１０８によるソース線Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍへのデータ（映像信号）１０１の供給と同期して、ゲート線Ｘ１，Ｘ２，…、Ｘｎに接続されている各ＴＦＴを順次ＯＮする。１０８はソース線Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍに映像信号１０１を入力するＩＣ（以下ソースドライバという）である。前記対向電極１０５１に供給される電圧と、ソース線Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍに接続されている各ＴＦＴに供給される映像入力（信号）電圧との電位差が、画素１０７１内の液晶１０６の両端にかかる電圧で、この電圧値が画素１０７１の透過率を決定する。
【００１２】
図８はゲート線Ｘ１、Ｘ２、・・・Ｘｎを通して各ゲート電極１８に印加されるタイミング電圧波形を示す。線順次駆動は前記ゲート線Ｘ１に接続されているｍ個のＴＦＴ１０７のゲート電極１８に印加されるタイミング期間中にソース電極Ｙ１、Ｙ２、…、Ｙｍに映像信号波形（電圧）１０１が入力される。前記映像信号波形（電圧）１０１と対向電極１０５１に印加される電圧との電極間電位差により、横方向電極Ｘ１に配列されている１ラインの全画素（ｍ個）を表示する方法である。前記８図の電圧波形は説明のための原理的模式図である。このときに電極間電位差が図６に示す略０Ｖの期間が長く保持されるとスプレイ配向に逆転移するために、この逆転移防止の考案が従来から図られている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
この逆転移防止の考案として前記先行例では、
１フレーム期間に常に一様な逆転移防止電圧を印加する考案であるが、図６において白表示および中間表示以上の画素表示に対しても、常に一定の逆転移防止電圧が印加されることになり、映像信号を入力する割合（効率）が低くなることが課題であり、かつ黒表示の画面表示に対しても白表示（および中間表示）と等しい逆転移防止電圧が印加されることになり、黒の透過率が上昇し、コントラストが低下することが課題であった。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題に対して、画面の透過率（輝度）レベルに応じて、逆転移防止電圧と電圧挿入率（以下、１フレーム中の逆転移防止電圧を印加する割合を黒挿入率と定義）を変えることを主旨とする考案である。
【００１５】
以下、われわれの実験結果をもとに本発明の詳細を説明する。
【００１６】
図９において臨界黒挿入率とは、それ以下の黒挿入率ではベンド配向からスプレイ配向への逆転移が発生する臨界点を示す黒挿入率である。また、図９においてＶｗは白表示（輝度が高い）電圧の意味でありパラメータのＶｉｂは逆転移防止電圧の意味である。図９は白表示電圧（Ｖｗ）に対する１フレーム中の臨界黒挿入率の関係を逆転移防止電圧（Ｖｉｂ）をパラメータ（Ｖｉｂ：４．５ｖ、５．０ｖ、５．５ｖ）にした実験結果（室温で測定）の一例である。図９から同一の白表示電圧（Ｖｗ）に対して逆転移防止電圧（Ｖｉｂ）が大きいほど臨界黒挿入率が低いことがわかる。また、同一逆転移防止電圧に対して、白表示電圧が高いほど、臨界黒挿入率が低いことが分かる。例えば、白表示電圧（Ｖｗ）が略０Ｖのとき、臨界黒挿入率はＶｉｂが５．５Ｖ、５．０Ｖ、４．５Ｖの場合に、各々１０％、１２％、１４％であり、白表示電圧（Ｖｗ）が高くなるほど、臨界黒挿入率が低下していくことがわかる。すなわち、逆転移防止電圧Ｖｉｂが高い、また白表示電圧Ｖｗが高いほど、より低い黒挿入率においても逆転移は発生しないことを意味している。結果、より高い効率を実現できる。
【００１７】
前記図９の結果と図６に示した白表示電圧Ｖｗ付近および黒表示電圧付近に対する透過率（輝度）の関係から、本発明の主旨である画面の輝度（透過率）レベルに応じて、最適な逆転移防止電圧と黒挿入率が決定できる。本発明は前記実験に基づいた幾つかの効率のよい逆転移防止電圧と黒挿入率を決定する手段の考案である。
【００１８】
上記実験結果と考察から本発明の
第１の考案として
ＯＣＢ型液晶表示装置に外部から映像信号を入力し、表示映像画面を駆動するに際し、前記外部映像信号を検出し、前記外部映像信号に対応して液晶分子のベンド配向を保持するように逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加する手段、第２の考案として
前記ＯＣＢ型液晶表示装置の表示映像画面の最大輝度レベルに対応する映像信号を検出し、前記最大輝度レベルに応じてベンド配向を保持するように逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加する手段、
第３の考案として、
線順次駆動で表示する前記表示映像画面の少なくとも１画面（１フレーム）分を蓄積する手段と前記表示映像画面の最大輝度レベルおよび最小輝度レベルに対応する映像信号を検出する手段と前記最大輝度レベルおよび最小輝度レベルに応じてベンド配向を保持するように逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加する手段などにより、
課題解決を図るものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面にもとづいて説明する。
【００２０】
（実施例１）図１は映像表示画面の代表的なモードを示す図である。図１（ａ）は映像画面（画素）全体が白表示（輝度が高い）を表し、図１（ｂ）は映像画面（画素）全体が黒表示（輝度が低い）を表し、図１（ｃ）は画面全体がゲート線に沿って、白表示、黒表示領域に分割されている表示であり、図１（ｄ）は画面の中央の画素が白表示、その他の領域の画素が黒表示をそれぞれ表している。図２は本発明で実施した液晶表示装置のパルス映像信号と逆転移防止電圧の具体的数値を示す。本発明において白表示電圧（図１ａの画面）は０Ｖから略１．５Ｖの範囲であり、黒表示電圧（図１ｂの画面）は略４．５Ｖであり、図１ｃ、図１ｄは前記図１ａと図１ｂの表示電圧になる。よって前記それぞれの表示モードに対して、前記記載のように逆転移防止電圧と臨界黒挿入率を駆動調整すればよいことになる。
【００２１】
以下、各々の映像画面について具体的に説明する。
【００２２】
図１ａの映像画面に対しては、白表示電圧Ｖｗに応じ、図９から効率のよい最適な逆転移防止電圧と挿入率を選択して駆動する。ここで、逆転移防止電圧はより高いほど好ましい。これは逆転移防止電圧が高いほど臨界黒挿入率を低減でき、より高い効率を維持できるためである。例えば、我々の実験結果（図９）において白表示電圧を０Ｖとして表示を行った場合、逆転移防止電圧Ｖｉｂが４．５Ｖでは、臨界黒挿入率が１４％超となるのに対し、Ｖｉｂ＝５．５Ｖでは約１０％程度の黒挿入率でも逆転移が発生せず、高い効率を維持することが可能となる。
【００２３】
一方、図１ｂの映像画面に対しては、図１aの白表示の場合とは異なり、逆転移防止電圧Ｖｉｂを黒表示電圧Ｖｂと等しい電圧として表示を行った。
【００２４】
この場合において、異なる逆転移防止電圧Ｖｉｂと黒表示電圧Ｖｂで駆動、例えば逆転移防止電圧を５Ｖ、黒表示電圧を４．５Ｖとして表示を行うと黒の透過率が上昇し、コントラストが低下した映像となり、また階調反転表示となり、問題となった。この原因について図６を参照しながら説明する。ＯＣＢ型液晶表示装置は、ある電圧（黒表示電圧、例えば４．５Ｖ）で透過率の極小値を持ち、それ以上の電圧（例えば、５Ｖ）を液晶に印加すると透過率（輝度）が反転して上昇するためである（図６において４．５〜５．０Ｖ付近の透過率対、映像入力電圧に対応する）。これはＯＣＢ型液晶表示装置が複屈折モードで表示を行い、液晶層の位相差が０ではない（前期位相差板とベンド配向が補償した状態）状態で黒表示を行っているためである。また逆転移防止電圧Ｖｉｂを黒表示電圧Ｖｂ（ここでは４．５Ｖ）より低くした場合においても、同様に黒の透過率が上昇し、コントラストが低下した。これは黒表示電圧より低い電圧を印加すれば当然、透過率が上昇するからである。
【００２５】
従って、図１ｂのような黒表示の場合には、逆転移防止電圧Ｖｉｂを黒表示電圧Ｖｂと等しくした。これは逆転移防止電圧がより高いほど好ましいとした前述の図１aの場合とは明らかに最適な逆転移防止電圧が異なる。
【００２６】
また、図１ｃの映像画面に対しては、各画素の表示電圧に応じて、効率のよく、かつ高コントラストが得られる最適な電圧と挿入率を選択して駆動する。図１ｃにおいて画面の中央部分付近（すなわち白表示）を表示する際には逆転移防止電圧は出来るだけ高く設定し、より高い効率が得られるようにする。また、それ以外の表示部分（すなわち黒表示）を表示する際には逆転移防止は黒表示電圧と等しくし、黒の透過率が上昇しないようにした。以上のように、各画素の表示電圧に応じて、逆転移防止電圧を最適化することにより最適画面全体でより高いコントラスト表示を実現した。
【００２７】
また、図１ｄの映像画面に対しては、逆転移防止電圧およびその電圧挿入率を画面で一様とすることで、画面全体の画質（効率・コントラスト）の最適化を実現した。その考え方は次の通りである。まず画面中央部以外の表示は黒表示となるため、黒の透過率が上昇しないように逆転移防止電圧は黒表示電圧と等しくした。また画面中央部（すなわち白表示・黒表示がゲートラインに沿って混在する部分）の表示時には白表示においても逆転移が発生しないように黒挿入率および逆転移防止電圧を決定した。ここで逆転移防止電圧は黒表示電圧以上とすると、黒挿入率を低減でき、白表示部分の効率をより高めることができるが、一方で黒表示部分の透過率が上昇することとなる。これは前記画面中央部以外の黒表示部分との明るさにレベル差が生じ、画面全体で違和感のある表示となった。従って、画面中央部の表示においても逆転移防止電圧を黒表示電圧と等しくした。結果として、図１ｄの画面に対しては逆転移防止電圧およびその電圧挿入率を画面で一様とすることが画面全体での表示の最適化には有効であった。
【００２８】
以上のように、各々の画面に応じて逆転移防止電圧と臨界黒挿入率を調整することによって、より高い効率・高いコントラスト表示することが可能となる。
【００２９】
ここで図１a〜図１ｄまで４種の画面表示の事例を示したが、本発明はこれに限るものではない。要は、画面の含まれる映像信号のうち、最大輝度（透過率）レベル、最小輝度（透過率）レベルを検出し、それに応じた黒挿入率・逆転移防止電圧を設定することにより、より高効率でより高コントラストな表示を実現できる。
【００３０】
（実施例２）
実施例１は映像信号を画素ごと、もしくは映像信号に対応して選択されるゲート線ごとに検出し、それに応じた黒挿入率・逆転移防止電圧を設定する発明である。これは、映像信号が先じて予期できる場合（たとえば録画放送・記録メディアに蓄積された映像の表示など）に特に有効であった。一方で、映像信号が予期できない場合（たとえばＴＶなどでのライブ放送）には、輝度レベルデータの転送に非常に高い転送レートを必要とするため、現時点での実現は非常に困難であった。
【００３１】
本実施例２は、少なくとも１フレームごとに表示映像を蓄積し、輝度レベルを検出し、それに応じた黒挿入率・逆転移防止電圧を決定、画質（効率・コントラスト）の最適化を図る考案である。これは１フレームに輝度レベルデータを蓄積・転送するため、上記映像信号が予期できない表示の場合においても、データ転送は容易であり、有効であった。
【００３２】
本実施例の具体的な手法を図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は本発明の第２の実施例を示す液晶表示装置のブロック図である。この考案は表示映像の１画面（１フレーム）分蓄積する蓄積部１０３３と、この蓄積した１画面（１フレーム）の中において最大輝度に対応する電圧を検出する検出部１０３２を有し、前記最大輝度に対応する電圧値に応じてベンド配向を保持するように逆転移防止電圧と臨界黒挿入率を調整して印加することにより逆転移防止を図る考案である。同時に検出部１０３２には最小輝度を検出する機能（最小輝度検出部）を有し、前記最小輝度に対応する電圧値が略黒表示電圧の場合には、逆転移防止電圧を黒表示電圧と等しくすることによって、高コントラストを図る考案である。
【００３４】
具体的には次のようなプロセス（▲１▼〜▲５▼）を経て、その１フレームにおける逆転移防止電圧と臨界黒挿入率を決定し、最適条件で表示を行うことを実現した。
【００３５】
プロセス▲１▼：まず１フレーム内のデータを前記蓄積部に蓄積する。これらのデータから前記検出部によって最大輝度レベルおよび最小輝度レベルを検出する。
【００３６】
プロセス▲２▼：前記１フレーム内の最小輝度レベルが、略黒表示であった場合、逆転移防止電圧は黒表示電圧と等しくする。これはコントラスト低下を抑制するためであり、詳細は実施例１で示した通りである。
【００３７】
プロセス▲３▼：最小輝度レベルが黒表示より十分明るい（具体的には略４．０Ｖ以内）場合、逆転移防止電圧は出来るだけ高く印加（例えば、５．５Ｖ）する。
【００３８】
プロセス▲２▼および▲３▼により逆転移防止電圧は高コントラストが実現できるよう最適化される。つづいて、
プロセス▲４▼：１フレーム内の最大輝度レベルと前記最適化された逆転移防止電圧Ｖｉｂから最大効率が得られ、かつ逆転移が発生しないような黒挿入率を決定する。具体的には、図９に示した逆転移防止電圧Ｖｉｂと臨界黒挿入率を用いて決定する。この時、図９に示したデータはＲＯＭ（読み出し専用メモリー）ＩＣの形で表示装置のシステムに導入した。最大輝度に対応する電圧が、例えば１．０Ｖ程度の場合、０Ｖ程度の場合と比較して、逆転移が発生し難い状態にあるので、黒挿入率を低減し、映像信号が印加できる割合を増やすことできる。
【００３９】
プロセス▲５▼：プロセス▲１▼〜▲４▼で決定された黒挿入率と逆転移防止電圧を駆動制御部（図３）を通じてゲートドライバ、ソースドライバへと転送し、実際に表示を行う。
【００４０】
以上が１フレームでの逆転防止電圧および黒挿入率の最適化プロセスである。これをフレーム毎に行い、各々の画面に応じて最大効率・最大コントラストの表示を行うことを実現した。
【００４１】
なお、この考案は１画面全部の映像信号の中で、図３は蓄積部と輝度検出部の両方を含む駆動方式のブロック図であるが、検出部だけの駆動方式のブロック図も当然含まれる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明は、１フレーム毎に常に不必要な一定期間の逆転移防止電圧を印加する必要がなくなり、１フレーム期間中に映像信号が印加できる割合（デューティ）を増やすことができる。また最大輝度・最小輝度に対応する電圧を検出して、この最大輝度・最小輝度に応じた逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加するために、映像信号が印加できる割合を、より高効率・より高コントラストな表示を維持するよう適切に設定できる。そして１フレーム分蓄積した透過率の中で最大輝度および最小輝度に対応する電圧に応じてベンド配向を保持するように、かつコントラストが低下しないように逆転移防止電圧と黒挿入率を調整して印加するために、１画面全部の映像信号の中で、映像信号が印加できる割合を増やすことできるなどの効率的逆転移防止駆動方法を提供するもので、工業的見地からも明るく高コントラストな映像画面のＯＣＢ型液晶表示装置の製作にとって効果のある発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は映像表示画面の代表的なモードを示す図
【図２】図２は本発明で実施した映像信号と逆転移防止の電圧の具体的数値を示す図
【図３】図３は本発明の第３の実施形態に係るの駆動方法のブロック図
【図４】図４は本発明のＯＣＢ型液晶のスプレイ配向、ベンド配向を示す図
【図５】図５はＯＣＢ型液晶表示パネルの構成断面図
【図６】図６は本発明の液晶表示装置の透過率対電圧特性を示すグラフを示す図
【図７】図７は従来のＯＣＢ型液晶表示装置の駆動方法のブロック図
【図８】図８は駆動波形のタイミング図
【図９】図９は臨界黒挿入率と逆転移防止電圧Ｖｉｂの関係を示す図
【符号の説明】
１０１：映像信号
１０２：同期信号
１０３：映像信号検出部（入力信号レベル検出部）
１０５：対向駆動部
１０５１対向電極
１０６：液晶（液晶分子）
１０７：ＴＦＴ
１０７１：画素
１０３２：最大および最小透過率（輝度）検出部
１０３３：１フレーム蓄積部
５１：偏光板
５３：位相差板
５４：基板
５５：バックライト
５６：基板
１７：ドレイン電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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