液晶表示装置およびその駆動方法
【課題】ラジオ帯域へ干渉することなく、低コストで、バックライトの調光周波数の干渉による画面ビートノイズを防止する液晶表示装置およびその駆動方法を提供する。
【解決手段】ＴＦＴにより各画素が駆動されることで映像を表示する液晶表示部１７０と、バックライト調光信号に基づいて液晶表示部１７０に光を供給するバックライトユニット１６０と、各画素のＴＦＴのゲート電圧を供給するゲート制御部１５０と、ゲート制御部１５０の出力周期を制御するゲートクロック信号を生成する第１信号制御部１１０と、バックライト調光信号とゲートクロック信号とに基づいて液晶表示部１７０の各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を供給する第２信号制御部１２０とを備える。
【解決手段】ＴＦＴにより各画素が駆動されることで映像を表示する液晶表示部１７０と、バックライト調光信号に基づいて液晶表示部１７０に光を供給するバックライトユニット１６０と、各画素のＴＦＴのゲート電圧を供給するゲート制御部１５０と、ゲート制御部１５０の出力周期を制御するゲートクロック信号を生成する第１信号制御部１１０と、バックライト調光信号とゲートクロック信号とに基づいて液晶表示部１７０の各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を供給する第２信号制御部１２０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示モジュール等の液晶表示装置およびその駆動方法に関し、特に高輝度のバックライトを用いた際の干渉ノイズを低減できる液晶表示装置およびその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイにおいてバックライトの輝度を調光する場合に、バックライトドライバーの調光周波数（ＰＷＭパルスの周波数）と液晶ディスプレイに入力されている駆動信号のフレーム周波数との干渉による画面ビートノイズが発生することがある。画面ビートノイズとは、画面全体に波状や横線状の縞模様が入るノイズを指す。
【０００３】
近年、液晶ディスプレイ付きの車載機器が増えてきており、その多くがＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式などの複数方式の入力に対応している。各方式では液晶ディスプレイの駆動信号の周波数が異なるため、ある方式での駆動信号の周波数とインバータの調光周波数とが干渉して、画面にビートが発生するという問題がある。
【０００４】
この画面ビートノイズの原因はいくつか存在するが、その中の１つとしてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の光特性があげられる。ＴＦＴとは液晶ディスプレイの各画素に配置されたスイッチング（駆動）素子のことであるが、一般的にこれに用いられるａ−Ｓｉ（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ）は、光に反応する性質を持つ。ａ−Ｓｉ ＴＦＴは、光が照射されると導体性質を帯び、光が照射されないと不導体性質を帯びる。この性質のため、a−Ｓｉ ＴＦＴへ光が照射されると画素内の寄生容量が増加し、輝度変化がおきる。バックライトのＯＮ／ＯＦＦにより一画面内で輝度が変化すると画面ビートノイズが現れる。
【０００５】
バックライトユニットの光が一定に照射される場合には液晶パネル全面に光が行き渡るため、一画面内での輝度変化はなく画面ビートノイズの問題はない。しかし、輝度を調整するために、バックライトを周期的にオン／オフするＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式でバックライトの輝度を調節する場合、前述の問題が発生する。
【０００６】
駆動信号のフレーム周波数とＰＷＭ調光周波数が同期していなければフレーム毎に規則的な帯の移動が観測され、画面上を流れる画面ビートとなり、逆に駆動信号のフレーム周波数とＰＷＭ調光周波数が逓倍関係にあり同期している場合は画面内の固定位置に現れる画面ビートとなる。
【０００７】
このＴＦＴの光特性起因の画面ビートノイズに関してはＴＦＴ製造過程での対策方法もあるが、製造工程数が増えてしまい生産能力低下・コストアップにつながってしまう。そこで液晶ディスプレイ駆動回路にて対策が様々検討されている。
【０００８】
欧州向けの液晶テレビ等においては画面ビートノイズの発生を抑えるために、入力駆動信号のフレーム周波数に応じて、バックライトドライバーの調光周波数をもっとも画面ビートノイズが現れにくい、最適な調光周波数になるように切り替える対策を行っている。画面ビートノイズを抑えるためにバックライトドライバーの調光周波数を制御する技術が開示されている文献として、例えば特許文献１および２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１５２３３７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７１６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の調光周波数可変対策や調光周波数を映像同期信号に同期させる方法においては、高調波成分がラジオ等の周波数帯へ妨害ノイズとして発生してしまう問題があり、特に車載機器のようにラジオ機能を持つ機器においては問題となる。
【００１１】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、ＴＦＴの製造方法変更といった液晶ディスプレイのコストアップを避け、ラジオ等の他の周波数帯へ影響のない周波数を維持しつつ画面ビートノイズを防止することのできる液晶表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の第一の局面は液晶表示装置に向けられている。本発明の液晶表示装置は、ＴＦＴにより各画素が駆動されることで映像を表示する液晶表示部と、バックライト調光信号に基づいて液晶表示部に光を供給するバックライトユニットと、各画素のＴＦＴのゲート電圧を供給するゲート制御部と、ゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号を生成する第１信号制御部と、バックライト調光信号とゲートクロック信号とに基づいて液晶表示部の各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を供給する第２信号制御部とを備えている。
【００１３】
また、第２信号制御部は、バックライト調光信号とゲートクロック信号に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号の電圧レベルを調整する電圧レベル調整部と、レベル調整された駆動信号を電流増幅した前記制御信号を生成する電流増幅部を備える。
【００１４】
また、駆動信号生成部はバックライト調光信号がオンの期間中にゲートクロック信号と同位相かつ同周波数の駆動信号を出力する。
【００１５】
ここで、電圧レベル調整部は外部から電圧レベルを調整できるように構成されている。
【００１６】
また、本発明の第二の局面は、ＴＦＴにより各画素を駆動することで映像を表示する液晶表示装置の駆動方法に向けられている。本発明の液晶表示装置の駆動方法は、液晶表示装置の液晶表示部に供給される光を調光するためのバックライト調光信号と、各画素のＴＦＴにゲート電圧を供給するゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号とに基づいて、各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を生成して供給する。
【００１７】
ここで、制御信号の電圧レベルは外部から調整する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液晶表示装置およびその駆動方法によれば、バックライトのＯＮ／ＯＦＦによる一画面内での輝度差分をなくすことで、ラジオ等の他の周波数帯へ影響のない周波数を維持しつつ画面ビートノイズを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態における液晶表示装置のブロック図
【図２】図１に示す液晶表示装置の一画素の概略構成図
【図３】図２に示す一画素の概略構成の等価回路図
【図４】図２に示すＴＦＴ２１０の断面図
【図５】画素電極電圧の変化を説明する図
【図６】図１に示す第２信号制御部１２０の詳細ブロック図
【図７】図６の第２信号制御部１２０の回路図
【図８】図１に示す第２信号制御部１２０の入力信号と出力信号の関係を示すタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態における液晶表示装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態における液晶表示装置のブロック図である。図２は、図１に示す液晶表示装置の一画素の概略構成図である。図１に示すように、本実施の形態における液晶表示装置は、第１信号制御部１１０、第２信号制御部１２０、バックライト制御部１３０、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０、バックライトユニット１６０、表示部１７０及び階調電圧生成部１８０を含む。
【００２１】
図１を参照すると、第１信号制御部１１０は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と第１信号制御部１１０への入力制御信号を出力する描画マイコン（図示せず）などと接続され、この入力制御信号を用いてソース制御部１４０とゲート制御部１５０の駆動用の信号を生成する。入力制御信号の例としては、水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）、垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）、クロック信号（ＣＬＫ）、データイネーブル信号（ＤＥ）などがある。第１信号制御部１１０には、例えばタイミングコントローラーが用いられる。
【００２２】
第２信号制御部１２０はバックライト調光信号（以下、ＢＬＰＷＭと呼ぶ）と第１信号制御部１１０からのゲートクロック信号（以下、ＧＳＣと呼ぶ）を受け、表示部１７０へ制御信号Ｖｓｔを供給する。ここで、ＢＬＰＷＭはバックライトを調光するための信号であり、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式で所定のデューティ比を有する周期的にオン／オフされた信号である。また、ＧＳＣは後述するゲート制御部１５０が１ラインもしくは複数ライン毎に出力するゲートオン電圧（ＶＧＨ）のシフトタイミングを制御する信号である。
【００２３】
バックライト制御部１３０は、周期的にオン／オフされた電源や電流をバックライトユニット１６０に供給する。バックライト制御部１３０には、例えばＬＥＤドライバー回路やインバータ回路が用いられる。
【００２４】
表示部１７０は等価回路上で、複数の信号線（Ｓ１〜Ｓｍ、Ｇ１〜Ｇｎ）とこれらに接続されて、マトリックス形状に配列された複数の画素（Ｐｉｘ）を含む。図２を参照すると、表示部１７０の各画素（Ｐｉｘ）は、互いに対向する画素電極２４０および共通電極２２０とその間に入っている液晶層２３０とを含む。
【００２５】
信号線Ｓ１〜Ｓｍ、Ｇ１〜Ｇｎは、それぞれ、ソース電圧を伝達するソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）とゲート信号（「走査信号」ともいう）を伝達するゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）を指す。ソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）は列方向に延長され、互いに平行であり、ゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）は行方向に延長され、互いに平行である。
【００２６】
各画素（Ｐｉｘ）は、信号線（Ｓ１〜Ｓｍ、Ｇ１〜Ｇｎ）に接続したスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０と、これに接続した液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０と、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０を含む。スイッチング素子（ＴＦＴ）２１０の制御端子はゲート線と接続し、入力端子はソース線、出力端子は液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０およびストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０と接続している。
【００２７】
液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０は、画素電極２４０と共通電極２２０と接続する。画素電極２３０は、スイッチング素子（ＴＦＴ）２１０と接続しソース線からソース電圧を受け、共通電極２２０は共通電圧（Ｖｃｏｍ）の印加を受ける。図２とは異なり、共通電極２２０が液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０から見て画素電極２４０と同じ側に配置される場合もある。また、二つの電極２２０、２４０は平板ではなく棒線状に形成される場合もある。
【００２８】
ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０は、液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０の補助的な役割をし、画素電圧の保持を補助する機能をもつ。
【００２９】
カラー表示には、空間分割方式と時分割方式がある。空間分割方式では各画素（Ｐｉｘ）が基本色を持ち、基本色の組み合わせでカラーを表現する。例えば、赤色、緑色、青色の光の三原色を基本色とし画素を縦や横のストライプに配置し空間的な和で色を表現する。基本色の空間的な配置は、例えば、各画素（Ｐｉｘ）に対応する共通電極２２０の上または下の領域に基本色のカラーフィルタ（図示せず）の配置により実現する。カラーフィルタは画素電極２４０の上または下に配置してもよい。時分割方式では画素（Ｐｉｘ）が時間によって交互に基本色を表示し時間的な和で所望する色を表示するようにする。
【００３０】
表示部１７０には画素電極２４０側、共通電極２２０側の片方もしくは両方にそれぞれ偏光子（図示せず）が配置されてもよい。
【００３１】
階調電圧生成部１８０では、画素（Ｐｉｘ）の透過率に関連する階調電圧（以下、Ｖｒｅｆという）を生成する。生成されたＶｒｅｆはソース制御部１４０へ供給される。階調電圧は、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対して正極性のもの、負極性のものを含んでもよい。
【００３２】
ソース制御部１４０は、表示部１７０のソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）と接続しており、階調電圧生成部１８０からの階調電圧を選択し、これをソース電圧としてソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）に印加する。しかし、階調電圧生成部１８０が階調電圧を全てではなく、いくつかの基準階調電圧だけを提供する場合もあり、その場合、ソース制御部１４０は基準階調電圧を分割して所望するソース電圧を生成する。
【００３３】
ゲート制御部１５０は、表示部１７０のゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）と接続し、ゲートオン電圧（ＶＧＨ）とゲートオフ電圧（ＶＧＬ）のいずれかのゲート信号をゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）に印加する。
【００３４】
バックライトユニット１６０は、バックライト制御部１３０からバックライト信号（ＢＬＣＯＮＴ）の供給を受け、表示部１７０に光を供給する。バックライトユニット１６０は複数の光素子（図示せず）を含んでもよく、光素子はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）であってもよい。
【００３５】
第１信号制御部１１０は、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０を制御する。第２信号制御部１２０は、表示部１７０のストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０へＶｓｔ信号を供給し、画素電極２４０への印加電圧を補正する。バックライト制御部１３０はバックライトユニット１６０を制御する。
【００３６】
これら、第１信号制御部１１０、第２信号制御部１２０、バックライト制御部１３０、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０、階調電圧生成部１８０の実装方法はいくつかある。例えば、それぞれが少なくとも一つの集積回路チップの形態で表示部１７０の上に直接装着されるＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）や、表示部１７０に取り付けられるフレキシブル印刷回路フィルム（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｉｌｍ）（図示せず）の上に実装されるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）がある。
【００３７】
また、別途の回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）（図示せず）の上に実装されてもよい。これとは異なり、これらの第１信号制御部１１０、第２信号制御部１２０、バックライト制御部１３０、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０、階調電圧生成部１８０は、信号線（Ｇ１〜Ｇｎ、Ｓ１〜Ｓｍ）およびスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０などと共に表示部１７０に集積されてもよい。
【００３８】
以上のように構成された液晶表示装置について、以下にその動作を説明する。
第１信号制御部１１０は、外部の描画マイコンやグラフィックコントローラ（図示せず）から入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）およびその表示を制御する入力制御信号を受ける。入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、各画素（Ｐｉｘ）の階調（輝度レベル）情報を含んでおり、階調数はデジタルのビット数で表現される。例えば１０ビットの入力映像信号であれば２の１０乗（＝１０２４）の階調を持ち、８ビットの入力映像信号であれば２の８乗（＝２５６）、６ビットの入力映像信号であれば２の６乗（＝６４）個の階調を有している。本実施形態における入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）および入力制御信号は、低電圧差動信号伝送方式（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ：以下、ＬＶＤＳという）で供給されてもよい。
【００３９】
また、第１信号制御部１１０は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と入力制御信号とに基づいて、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を表示部１７０の動作条件に合うように適切に処理し、映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）およびゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）を生成する。その後、第１信号制御部１１０は、ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）と処理した映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をソース制御部１４０に、ゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）をゲート制御部１５０に伝送する。
【００４０】
ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）は、映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の取り込みタイミングを知らせるクロック（ＳＳＣ）と、ソース制御部１４０への１ライン分の映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の入力開始タイミングを知らせる水平同期開始信号（ＳＳＰ）と、ソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）にアナログソース電圧の出力タイミングを知らせるロード信号（ＬＯＡＤ）とを含む。ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）は、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対するアナログソース電圧の極性を反転させる反転信号（ＰＯＬ）や、ソース制御部１４０が映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を取り込む際に極性を反転させる信号（ＲＥＶ）を含んでもよい。
【００４１】
ゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）は、走査開始を指示する走査開始信号（ＧＳＰ）とゲートオン電圧（ＶＧＨ）の出力周期を制御するＧＳＣを含む。またゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）は、ゲート制御部１５０の全出力電圧をゲートオン電圧（ＶＧＨ）とする信号（ＸＯＮ）や全出力電圧をゲートオフ電圧（ＶＧＬ）とするイネーブル信号（ＧＯＥ）をさらに含んでもよい。
【００４２】
ソース制御部１４０は映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を受信し、受信した映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する階調電圧（Ｖｒｅｆ）を選択して、対応するアナログソース電圧を生成した後、これをロード信号（ＬＯＡＤ）によるタイミングで該当するソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）に印加する。
【００４３】
ゲート制御部１５０は、第１信号制御部１１０からのゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）に応じて、ゲートオン電圧（ＶＧＨ）をゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）に印加し、このゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）に接続されたスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０をオンさせる。表示部１７０ではソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）に印加されたアナログソース電圧が、オンしたスイッチング素子（ＴＦＴ）を通じて該当画素（Ｐｉｘ）に印加される。
【００４４】
画素（Ｐｉｘ）に印加されたアナログソース電圧と共通電圧（Ｖｃｏｍ）との差異は液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）の画素電圧として表れる。この画素電圧の大きさでバックライトユニット１６０からの光の透過量が決まる。具体的には次の通りとなる。液晶層の液晶分子は画素電圧の大きさによって配向が変化する。
【００４５】
バックライトユニット１６０で発光した光は偏光子を通過して直線偏光となった後、この液晶層を通過する。直線偏光の向きは通過する液晶分子の配列状態に応じて変化する。直線偏光の向きが変化した光は再度、偏光子を通り、これによって光の透過率の変化として表れる。以上の動作により、画素（Ｐｉｘ）はデジタル映像信号（Ｒ、Ｇ，Ｂ）の階調が示す輝度を表示する。なお、偏光子と液晶層を通過した光がカラーフィルタを通ることで色の表示ができる。
【００４６】
前述の過程を１水平周期（１Ｈとも呼ばれる。水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）およびデータイネーブル信号（ＤＥ）の一周期と同じ周期）を１単位として、最初のゲート線Ｇ１からゲート線Ｇｎまで１ラインずつ順にゲートオン電圧（ＶＧＨ）を印加して、全ての画素（Ｐｉｘ）にソース電圧を印加し、１フレームの映像を表示する。
【００４７】
１フレームが終わると、次のフレームが始まり、各画素（Ｐｉｘ）に印加されるソース電圧の極性が直前のフレームでの極性と反対になるようにソース制御部１４０の出力状態が制御される（フレーム反転）。例えばこの反転動作はソース制御部１４０に印加される反転信号（ＰＯＬ）などにより制御される。また、１フレームの内においても反転信号（ＰＯＬ）の特性に応じて、ソース線を通じて印加されるアナログソース電圧の極性が周期的に変化（ライン反転またはドット反転）したり、隣り合う１画素に印加されるアナログソース電圧の極性が互いに異なってもよい（列反転またはドット反転）。
【００４８】
図３は、図２に示す一画素の概略構成の等価回路図である。図４は図２のスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０の断面図である。図５は画素電極２４０の電圧の変化を説明する図である。
【００４９】
図３を参照すると、各画素には前述したスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０、液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０の他、寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）３１０が存在する。
【００５０】
図４によると寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）３１０はスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０に光が当たっているか否かで値が変化する。これはスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０に使用されているａ−Ｓｉ４１０及びａ−Ｓｉ（ｎ＋）４２０の影響によるものである。ａ−Ｓｉ４１０及びａ−Ｓｉ（ｎ＋）４２０は光が照射されると導体性質を帯び、光が照射されないと不導体性質を有するようになる。この性質のため、光の照射の有無によりストレージキャパシタ（Ｃｇｄ）３１０の値が変化する。
【００５１】
図５によると前述したゲート線Ｇｉ上の各画素（Ｐｉｘ）にスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０を通してアナログソース電圧が印加された後、電圧保持のためスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０のゲート電圧がゲートオン電圧（ＶＧＨ）からゲートオフ電圧（ＶＧＬ）に変化する。このとき、寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）３１０の影響により画素電圧がΔＶ分低下する。
【００５２】
ΔＶは次の式で表される。
【００５３】
ΔＶ = ΔＶｇ × { Ｃｇｄ ／ ( Ｃｇｄ ＋ Ｃｌｃ ＋ Ｃｓｔ ) }
但し、ΔＶｇ：ゲート電圧変化量（ＶＧＨ−ＶＧＬ）
Ｃｇｄ：ゲート・ドレイン間の寄生キャパシタ
Ｃｓｔ：ストレージキャパシタ
Ｃｌｃ：液晶キャパシタ
また、バックライトＯＦＦ時の寄生キャパシタをＣｇｄ＿ｏｆｆ、バックライトオン時の寄生キャパシタをＣｇｄ＿ｏｎとすると、Ｃｇｄ＿ｏｎ＞Ｃｇｄ＿ｏｆｆの関係となる。したがって、バックライトオン時のΔＶ＿ｏｎとバックライトオフ時のΔＶ＿ｏｆｆとの関係はΔＶ＿ｏｎ＞ΔＶ＿ｏｆｆとなる。
【００５４】
図６は図１に示す第２信号制御部１２０の詳細ブロック図で、図７はその回路図である。図８は図１に示す第２信号制御部１２０の入力信号と出力信号のタイミングチャートである。なお、図８中の横破線は各信号のＧＮＤレベルを示している。
【００５５】
図６において、第２信号制御部１２０はカウンタやフリップフロップ等の駆動信号生成部１２１と、レベル調整部１２２と、電流増幅部１２３を含む。
【００５６】
駆動信号生成部１２１はＢＬＰＷＭとＧＳＣを入力信号とし、これらの信号に応じた出力を電圧レベル調整部１２２へ伝送する。電圧レベル調整部１２２は駆動信号生成部１２１からの信号を負電圧へ変換する構成とし、負電圧生成回路を含む。負電圧生成回路にて生成された信号（電圧）をＶｓｉｇとする。なお、この負電圧生成回路は外部からＶｓｉｇの電圧レベルを調整できる機能を有するものとする。例えば、電圧レベルの調整の仕方としては可変抵抗を用いた電圧分圧やＤＡＣを用いた方法が挙げられる。最終段の電流増幅部１２３は例えばオペアンプやプッシュプル回路等を含む。
【００５７】
駆動信号生成部１２１では入力されたＧＳＣと同じ位相、同じ周波数の矩形波をＢＬＰＷＭがオンの期間のみ出力する。この駆動信号をＣＯＮＴ１とする。電圧レベル調整部１２２はＣＯＮＴ１信号を受け、ＣＯＮＴ１がオフ（ロー）の時に負電圧、ＣＯＮＴ１がオン（ハイ）の時にＧＮＤレベルとなる信号（ＣＯＮＴ２）を電流増幅部１２３へ出力する。電流増幅部１２３ではＣＯＮＴ２を受け、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）を通して輝度補正が機能する十分な大きな電流容量をもって、Ｖｓｔラインへ補正のための制御信号（Ｖｓｔ）を出力する。
【００５８】
図８に示すＶｓｔ信号をストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）を通して画素電極２４０に供給することにより、ΔＶのシフト量を補正できる。補正電圧（ΔＶ-補正）は下記の式で表される。
【００５９】
ΔＶ-補正 = ΔＶｓｔ × { Ｃｓｔ ／ ( Ｃｇｄ ＋ Ｃｌｃ ＋ Ｃｓｔ ) }
但し、ΔＶｓｔ：Ｖｓｔ電圧の変化量（Ｖｓｔ信号のハイとローの差分）
Ｃｇｄ：ゲート・ドレイン間の寄生キャパシタ
Ｃｓｔ：ストレージキャパシタ
Ｃｌｃ：液晶キャパシタ
上記のΔＶｓｔは第２信号制御部１２０の電圧レベル調整部１２２内の負電圧生成回路にて生成された負電圧（Ｖｓｉｇ）とＧＮＤの差である。なお、電圧レベル調整部１２２で生成される負電圧（Ｖｓｉｇ）は前述したように可変である。
【００６０】
この補正電圧（ΔＶ-補正）によりバックライトオン時のΔＶ（ΔＶ＿ｏｎ）を補正することで、バックライトオン時とオフ時のΔＶ（図５における、ΔＶ＿ｏｎとΔＶ＿ｏｆｆ）を同じにし、画面ビートノイズを防ぐことが可能となる。
【００６１】
なお、ＴＦＴの特性ばらつきによりΔＶ（ΔＶ＿ｏｎ、ΔＶ＿ｏｆｆ含む）はばらつく。そのばらつきに対して、電圧レベル調整部１２２における負電圧生成回路は、外部からリニアに電圧レベルを調整できる構成とする。なお、電圧レベル調整部１２２における負電圧生成回路を正電圧生成回路に変えて、生成される電圧は正電圧でもよいものとする。
【００６２】
図７において、図６の駆動信号生成部１２１に該当する箇所をロジックＩＣ（ＡＮＤ Ｇａｔｅ）７１０、電圧レベル調整部１２２に該当する箇所をアナログスイッチ（Ａ−ＳＷ）７２０、電流増幅部１２３に該当する箇所をボルテージフォロワ回路（オペアンプ）７３０とする。本構成とすると、ロジックＩＣ７１０において、ＢＬＰＷＭとＧＳＣの両者がオン（ハイ）の時のみハイ電圧が出力されるため所望のＣＯＮＴ１信号が得られる。また、アナログスイッチ７２０においてＣＯＮＴ１がハイの時にＧＮＤレベルをローの時に負電圧を出力する構成をとることでＣＯＮＴ２が得られる。負電圧（Ｖｓｉｇ）は電圧レベル可変とする。最終段のボルテージフォロワ回路７３０にて電流増幅を行いＶｓｔ信号として出力する。
【００６３】
なお、図８の例ではＢＬＰＷＭがハイの時にＶｓｔ信号はＧＮＤレベルとしたが、ＢＬＰＷＭのロー期間中はＶｓｔの極性は不問である（ハイでもローでも良い）。
【００６４】
以上のように、本実施の形態によれば、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）を有し一端がＶｓｔラインに接続されている構成をとり、第２信号制御部１２０によるＶｓｔ信号供給回路を備えることにより、バックライトオン／オフによるΔＶの差分を補正することができるため、バックライトオン時とオフ時の輝度変化を補正し均一にすることができる。これにより画面ビートノイズを防止することができる。
【００６５】
本発明の液晶表示装置によれば、映像方式によらずバックライト調光周波数を一定にできるため、調光周波数をラジオ帯と干渉しない周波数に固定することができるため、さらにラジオノイズの低減という効果が得られる。
【００６６】
また、液晶セルのスイッチング素子（ＴＦＴ）の構造を変えることなく駆動回路による画面ビートノイズ対策を行うことにより、液晶セルの生産工程数やマスク開発費の増加を防ぐことができるため、低コストで良品質な液晶表示装置としてを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の液晶表示装置およびその駆動方法は、バックライトのＯＮ／ＯＦＦによる一画面内での輝度差分をなくすことで、ラジオ等の他の周波数帯へ影響のない周波数を維持しつつ画面ビートノイズを防止できるという効果を有し、テレビ、ディスプレイ付き車載機器、モニター、携帯電話などに有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１１０ 第１信号制御部
１２０ 第２信号制御部
１２１ 駆動信号生成部
１２２ 電圧レベル調整部
１２３ 電流増幅部
１３０ バックライト制御部
１４０ ソース制御部
１５０ ゲート制御部
１６０ バックライトユニット
１７０ 表示部
１８０ 階調電圧生成部
２１０ スイッチング素子（ＴＦＴ）
２２０ 共通電極
２３０ 液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）
２４０ 画素電極
２５０ ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）
３１０ 寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）
４１０ ａ−Ｓｉ
４２０ ａ−Ｓｉ（ｎ＋）
４３０ ドレイン電極
４４０ Ｇａｔｅ
７１０ ロジックＩＣ（ＡＮＤ Ｇａｔｅ）
７２０ アナログスイッチ（Ａ−ＳＷ）
７３０ ボルテージフォロワ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示モジュール等の液晶表示装置およびその駆動方法に関し、特に高輝度のバックライトを用いた際の干渉ノイズを低減できる液晶表示装置およびその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイにおいてバックライトの輝度を調光する場合に、バックライトドライバーの調光周波数（ＰＷＭパルスの周波数）と液晶ディスプレイに入力されている駆動信号のフレーム周波数との干渉による画面ビートノイズが発生することがある。画面ビートノイズとは、画面全体に波状や横線状の縞模様が入るノイズを指す。
【０００３】
近年、液晶ディスプレイ付きの車載機器が増えてきており、その多くがＮＴＳＣ方式、ＰＡＬ方式などの複数方式の入力に対応している。各方式では液晶ディスプレイの駆動信号の周波数が異なるため、ある方式での駆動信号の周波数とインバータの調光周波数とが干渉して、画面にビートが発生するという問題がある。
【０００４】
この画面ビートノイズの原因はいくつか存在するが、その中の１つとしてＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の光特性があげられる。ＴＦＴとは液晶ディスプレイの各画素に配置されたスイッチング（駆動）素子のことであるが、一般的にこれに用いられるａ−Ｓｉ（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ）は、光に反応する性質を持つ。ａ−Ｓｉ ＴＦＴは、光が照射されると導体性質を帯び、光が照射されないと不導体性質を帯びる。この性質のため、a−Ｓｉ ＴＦＴへ光が照射されると画素内の寄生容量が増加し、輝度変化がおきる。バックライトのＯＮ／ＯＦＦにより一画面内で輝度が変化すると画面ビートノイズが現れる。
【０００５】
バックライトユニットの光が一定に照射される場合には液晶パネル全面に光が行き渡るため、一画面内での輝度変化はなく画面ビートノイズの問題はない。しかし、輝度を調整するために、バックライトを周期的にオン／オフするＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式でバックライトの輝度を調節する場合、前述の問題が発生する。
【０００６】
駆動信号のフレーム周波数とＰＷＭ調光周波数が同期していなければフレーム毎に規則的な帯の移動が観測され、画面上を流れる画面ビートとなり、逆に駆動信号のフレーム周波数とＰＷＭ調光周波数が逓倍関係にあり同期している場合は画面内の固定位置に現れる画面ビートとなる。
【０００７】
このＴＦＴの光特性起因の画面ビートノイズに関してはＴＦＴ製造過程での対策方法もあるが、製造工程数が増えてしまい生産能力低下・コストアップにつながってしまう。そこで液晶ディスプレイ駆動回路にて対策が様々検討されている。
【０００８】
欧州向けの液晶テレビ等においては画面ビートノイズの発生を抑えるために、入力駆動信号のフレーム周波数に応じて、バックライトドライバーの調光周波数をもっとも画面ビートノイズが現れにくい、最適な調光周波数になるように切り替える対策を行っている。画面ビートノイズを抑えるためにバックライトドライバーの調光周波数を制御する技術が開示されている文献として、例えば特許文献１および２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１５２３３７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７１６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の調光周波数可変対策や調光周波数を映像同期信号に同期させる方法においては、高調波成分がラジオ等の周波数帯へ妨害ノイズとして発生してしまう問題があり、特に車載機器のようにラジオ機能を持つ機器においては問題となる。
【００１１】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、ＴＦＴの製造方法変更といった液晶ディスプレイのコストアップを避け、ラジオ等の他の周波数帯へ影響のない周波数を維持しつつ画面ビートノイズを防止することのできる液晶表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の第一の局面は液晶表示装置に向けられている。本発明の液晶表示装置は、ＴＦＴにより各画素が駆動されることで映像を表示する液晶表示部と、バックライト調光信号に基づいて液晶表示部に光を供給するバックライトユニットと、各画素のＴＦＴのゲート電圧を供給するゲート制御部と、ゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号を生成する第１信号制御部と、バックライト調光信号とゲートクロック信号とに基づいて液晶表示部の各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を供給する第２信号制御部とを備えている。
【００１３】
また、第２信号制御部は、バックライト調光信号とゲートクロック信号に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、駆動信号の電圧レベルを調整する電圧レベル調整部と、レベル調整された駆動信号を電流増幅した前記制御信号を生成する電流増幅部を備える。
【００１４】
また、駆動信号生成部はバックライト調光信号がオンの期間中にゲートクロック信号と同位相かつ同周波数の駆動信号を出力する。
【００１５】
ここで、電圧レベル調整部は外部から電圧レベルを調整できるように構成されている。
【００１６】
また、本発明の第二の局面は、ＴＦＴにより各画素を駆動することで映像を表示する液晶表示装置の駆動方法に向けられている。本発明の液晶表示装置の駆動方法は、液晶表示装置の液晶表示部に供給される光を調光するためのバックライト調光信号と、各画素のＴＦＴにゲート電圧を供給するゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号とに基づいて、各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を生成して供給する。
【００１７】
ここで、制御信号の電圧レベルは外部から調整する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の液晶表示装置およびその駆動方法によれば、バックライトのＯＮ／ＯＦＦによる一画面内での輝度差分をなくすことで、ラジオ等の他の周波数帯へ影響のない周波数を維持しつつ画面ビートノイズを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態における液晶表示装置のブロック図
【図２】図１に示す液晶表示装置の一画素の概略構成図
【図３】図２に示す一画素の概略構成の等価回路図
【図４】図２に示すＴＦＴ２１０の断面図
【図５】画素電極電圧の変化を説明する図
【図６】図１に示す第２信号制御部１２０の詳細ブロック図
【図７】図６の第２信号制御部１２０の回路図
【図８】図１に示す第２信号制御部１２０の入力信号と出力信号の関係を示すタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施の形態における液晶表示装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態における液晶表示装置のブロック図である。図２は、図１に示す液晶表示装置の一画素の概略構成図である。図１に示すように、本実施の形態における液晶表示装置は、第１信号制御部１１０、第２信号制御部１２０、バックライト制御部１３０、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０、バックライトユニット１６０、表示部１７０及び階調電圧生成部１８０を含む。
【００２１】
図１を参照すると、第１信号制御部１１０は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と第１信号制御部１１０への入力制御信号を出力する描画マイコン（図示せず）などと接続され、この入力制御信号を用いてソース制御部１４０とゲート制御部１５０の駆動用の信号を生成する。入力制御信号の例としては、水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）、垂直同期信号（ＶＳＹＮＣ）、クロック信号（ＣＬＫ）、データイネーブル信号（ＤＥ）などがある。第１信号制御部１１０には、例えばタイミングコントローラーが用いられる。
【００２２】
第２信号制御部１２０はバックライト調光信号（以下、ＢＬＰＷＭと呼ぶ）と第１信号制御部１１０からのゲートクロック信号（以下、ＧＳＣと呼ぶ）を受け、表示部１７０へ制御信号Ｖｓｔを供給する。ここで、ＢＬＰＷＭはバックライトを調光するための信号であり、パルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式で所定のデューティ比を有する周期的にオン／オフされた信号である。また、ＧＳＣは後述するゲート制御部１５０が１ラインもしくは複数ライン毎に出力するゲートオン電圧（ＶＧＨ）のシフトタイミングを制御する信号である。
【００２３】
バックライト制御部１３０は、周期的にオン／オフされた電源や電流をバックライトユニット１６０に供給する。バックライト制御部１３０には、例えばＬＥＤドライバー回路やインバータ回路が用いられる。
【００２４】
表示部１７０は等価回路上で、複数の信号線（Ｓ１〜Ｓｍ、Ｇ１〜Ｇｎ）とこれらに接続されて、マトリックス形状に配列された複数の画素（Ｐｉｘ）を含む。図２を参照すると、表示部１７０の各画素（Ｐｉｘ）は、互いに対向する画素電極２４０および共通電極２２０とその間に入っている液晶層２３０とを含む。
【００２５】
信号線Ｓ１〜Ｓｍ、Ｇ１〜Ｇｎは、それぞれ、ソース電圧を伝達するソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）とゲート信号（「走査信号」ともいう）を伝達するゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）を指す。ソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）は列方向に延長され、互いに平行であり、ゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）は行方向に延長され、互いに平行である。
【００２６】
各画素（Ｐｉｘ）は、信号線（Ｓ１〜Ｓｍ、Ｇ１〜Ｇｎ）に接続したスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０と、これに接続した液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０と、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０を含む。スイッチング素子（ＴＦＴ）２１０の制御端子はゲート線と接続し、入力端子はソース線、出力端子は液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０およびストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０と接続している。
【００２７】
液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０は、画素電極２４０と共通電極２２０と接続する。画素電極２３０は、スイッチング素子（ＴＦＴ）２１０と接続しソース線からソース電圧を受け、共通電極２２０は共通電圧（Ｖｃｏｍ）の印加を受ける。図２とは異なり、共通電極２２０が液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０から見て画素電極２４０と同じ側に配置される場合もある。また、二つの電極２２０、２４０は平板ではなく棒線状に形成される場合もある。
【００２８】
ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０は、液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０の補助的な役割をし、画素電圧の保持を補助する機能をもつ。
【００２９】
カラー表示には、空間分割方式と時分割方式がある。空間分割方式では各画素（Ｐｉｘ）が基本色を持ち、基本色の組み合わせでカラーを表現する。例えば、赤色、緑色、青色の光の三原色を基本色とし画素を縦や横のストライプに配置し空間的な和で色を表現する。基本色の空間的な配置は、例えば、各画素（Ｐｉｘ）に対応する共通電極２２０の上または下の領域に基本色のカラーフィルタ（図示せず）の配置により実現する。カラーフィルタは画素電極２４０の上または下に配置してもよい。時分割方式では画素（Ｐｉｘ）が時間によって交互に基本色を表示し時間的な和で所望する色を表示するようにする。
【００３０】
表示部１７０には画素電極２４０側、共通電極２２０側の片方もしくは両方にそれぞれ偏光子（図示せず）が配置されてもよい。
【００３１】
階調電圧生成部１８０では、画素（Ｐｉｘ）の透過率に関連する階調電圧（以下、Ｖｒｅｆという）を生成する。生成されたＶｒｅｆはソース制御部１４０へ供給される。階調電圧は、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対して正極性のもの、負極性のものを含んでもよい。
【００３２】
ソース制御部１４０は、表示部１７０のソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）と接続しており、階調電圧生成部１８０からの階調電圧を選択し、これをソース電圧としてソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）に印加する。しかし、階調電圧生成部１８０が階調電圧を全てではなく、いくつかの基準階調電圧だけを提供する場合もあり、その場合、ソース制御部１４０は基準階調電圧を分割して所望するソース電圧を生成する。
【００３３】
ゲート制御部１５０は、表示部１７０のゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）と接続し、ゲートオン電圧（ＶＧＨ）とゲートオフ電圧（ＶＧＬ）のいずれかのゲート信号をゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）に印加する。
【００３４】
バックライトユニット１６０は、バックライト制御部１３０からバックライト信号（ＢＬＣＯＮＴ）の供給を受け、表示部１７０に光を供給する。バックライトユニット１６０は複数の光素子（図示せず）を含んでもよく、光素子はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や、ＣＣＦＬ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）であってもよい。
【００３５】
第１信号制御部１１０は、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０を制御する。第２信号制御部１２０は、表示部１７０のストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０へＶｓｔ信号を供給し、画素電極２４０への印加電圧を補正する。バックライト制御部１３０はバックライトユニット１６０を制御する。
【００３６】
これら、第１信号制御部１１０、第２信号制御部１２０、バックライト制御部１３０、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０、階調電圧生成部１８０の実装方法はいくつかある。例えば、それぞれが少なくとも一つの集積回路チップの形態で表示部１７０の上に直接装着されるＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）や、表示部１７０に取り付けられるフレキシブル印刷回路フィルム（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｉｌｍ）（図示せず）の上に実装されるＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）がある。
【００３７】
また、別途の回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）（図示せず）の上に実装されてもよい。これとは異なり、これらの第１信号制御部１１０、第２信号制御部１２０、バックライト制御部１３０、ソース制御部１４０、ゲート制御部１５０、階調電圧生成部１８０は、信号線（Ｇ１〜Ｇｎ、Ｓ１〜Ｓｍ）およびスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０などと共に表示部１７０に集積されてもよい。
【００３８】
以上のように構成された液晶表示装置について、以下にその動作を説明する。
第１信号制御部１１０は、外部の描画マイコンやグラフィックコントローラ（図示せず）から入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）およびその表示を制御する入力制御信号を受ける。入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）は、各画素（Ｐｉｘ）の階調（輝度レベル）情報を含んでおり、階調数はデジタルのビット数で表現される。例えば１０ビットの入力映像信号であれば２の１０乗（＝１０２４）の階調を持ち、８ビットの入力映像信号であれば２の８乗（＝２５６）、６ビットの入力映像信号であれば２の６乗（＝６４）個の階調を有している。本実施形態における入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）および入力制御信号は、低電圧差動信号伝送方式（Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌ：以下、ＬＶＤＳという）で供給されてもよい。
【００３９】
また、第１信号制御部１１０は、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）と入力制御信号とに基づいて、入力映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を表示部１７０の動作条件に合うように適切に処理し、映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）、ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）およびゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）を生成する。その後、第１信号制御部１１０は、ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）と処理した映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）をソース制御部１４０に、ゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）をゲート制御部１５０に伝送する。
【００４０】
ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）は、映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の取り込みタイミングを知らせるクロック（ＳＳＣ）と、ソース制御部１４０への１ライン分の映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の入力開始タイミングを知らせる水平同期開始信号（ＳＳＰ）と、ソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）にアナログソース電圧の出力タイミングを知らせるロード信号（ＬＯＡＤ）とを含む。ソース制御信号（Ｌｏｇｉｃ１）は、共通電圧（Ｖｃｏｍ）に対するアナログソース電圧の極性を反転させる反転信号（ＰＯＬ）や、ソース制御部１４０が映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を取り込む際に極性を反転させる信号（ＲＥＶ）を含んでもよい。
【００４１】
ゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）は、走査開始を指示する走査開始信号（ＧＳＰ）とゲートオン電圧（ＶＧＨ）の出力周期を制御するＧＳＣを含む。またゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）は、ゲート制御部１５０の全出力電圧をゲートオン電圧（ＶＧＨ）とする信号（ＸＯＮ）や全出力電圧をゲートオフ電圧（ＶＧＬ）とするイネーブル信号（ＧＯＥ）をさらに含んでもよい。
【００４２】
ソース制御部１４０は映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）を受信し、受信した映像信号（Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対応する階調電圧（Ｖｒｅｆ）を選択して、対応するアナログソース電圧を生成した後、これをロード信号（ＬＯＡＤ）によるタイミングで該当するソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）に印加する。
【００４３】
ゲート制御部１５０は、第１信号制御部１１０からのゲート制御信号（Ｌｏｇｉｃ２）に応じて、ゲートオン電圧（ＶＧＨ）をゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）に印加し、このゲート線（Ｇ１〜Ｇｎ）に接続されたスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０をオンさせる。表示部１７０ではソース線（Ｓ１〜Ｓｍ）に印加されたアナログソース電圧が、オンしたスイッチング素子（ＴＦＴ）を通じて該当画素（Ｐｉｘ）に印加される。
【００４４】
画素（Ｐｉｘ）に印加されたアナログソース電圧と共通電圧（Ｖｃｏｍ）との差異は液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）の画素電圧として表れる。この画素電圧の大きさでバックライトユニット１６０からの光の透過量が決まる。具体的には次の通りとなる。液晶層の液晶分子は画素電圧の大きさによって配向が変化する。
【００４５】
バックライトユニット１６０で発光した光は偏光子を通過して直線偏光となった後、この液晶層を通過する。直線偏光の向きは通過する液晶分子の配列状態に応じて変化する。直線偏光の向きが変化した光は再度、偏光子を通り、これによって光の透過率の変化として表れる。以上の動作により、画素（Ｐｉｘ）はデジタル映像信号（Ｒ、Ｇ，Ｂ）の階調が示す輝度を表示する。なお、偏光子と液晶層を通過した光がカラーフィルタを通ることで色の表示ができる。
【００４６】
前述の過程を１水平周期（１Ｈとも呼ばれる。水平同期信号（ＨＳＹＮＣ）およびデータイネーブル信号（ＤＥ）の一周期と同じ周期）を１単位として、最初のゲート線Ｇ１からゲート線Ｇｎまで１ラインずつ順にゲートオン電圧（ＶＧＨ）を印加して、全ての画素（Ｐｉｘ）にソース電圧を印加し、１フレームの映像を表示する。
【００４７】
１フレームが終わると、次のフレームが始まり、各画素（Ｐｉｘ）に印加されるソース電圧の極性が直前のフレームでの極性と反対になるようにソース制御部１４０の出力状態が制御される（フレーム反転）。例えばこの反転動作はソース制御部１４０に印加される反転信号（ＰＯＬ）などにより制御される。また、１フレームの内においても反転信号（ＰＯＬ）の特性に応じて、ソース線を通じて印加されるアナログソース電圧の極性が周期的に変化（ライン反転またはドット反転）したり、隣り合う１画素に印加されるアナログソース電圧の極性が互いに異なってもよい（列反転またはドット反転）。
【００４８】
図３は、図２に示す一画素の概略構成の等価回路図である。図４は図２のスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０の断面図である。図５は画素電極２４０の電圧の変化を説明する図である。
【００４９】
図３を参照すると、各画素には前述したスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０、液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）２３０、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）２５０の他、寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）３１０が存在する。
【００５０】
図４によると寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）３１０はスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０に光が当たっているか否かで値が変化する。これはスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０に使用されているａ−Ｓｉ４１０及びａ−Ｓｉ（ｎ＋）４２０の影響によるものである。ａ−Ｓｉ４１０及びａ−Ｓｉ（ｎ＋）４２０は光が照射されると導体性質を帯び、光が照射されないと不導体性質を有するようになる。この性質のため、光の照射の有無によりストレージキャパシタ（Ｃｇｄ）３１０の値が変化する。
【００５１】
図５によると前述したゲート線Ｇｉ上の各画素（Ｐｉｘ）にスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０を通してアナログソース電圧が印加された後、電圧保持のためスイッチング素子（ＴＦＴ）２１０のゲート電圧がゲートオン電圧（ＶＧＨ）からゲートオフ電圧（ＶＧＬ）に変化する。このとき、寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）３１０の影響により画素電圧がΔＶ分低下する。
【００５２】
ΔＶは次の式で表される。
【００５３】
ΔＶ = ΔＶｇ × { Ｃｇｄ ／ ( Ｃｇｄ ＋ Ｃｌｃ ＋ Ｃｓｔ ) }
但し、ΔＶｇ：ゲート電圧変化量（ＶＧＨ−ＶＧＬ）
Ｃｇｄ：ゲート・ドレイン間の寄生キャパシタ
Ｃｓｔ：ストレージキャパシタ
Ｃｌｃ：液晶キャパシタ
また、バックライトＯＦＦ時の寄生キャパシタをＣｇｄ＿ｏｆｆ、バックライトオン時の寄生キャパシタをＣｇｄ＿ｏｎとすると、Ｃｇｄ＿ｏｎ＞Ｃｇｄ＿ｏｆｆの関係となる。したがって、バックライトオン時のΔＶ＿ｏｎとバックライトオフ時のΔＶ＿ｏｆｆとの関係はΔＶ＿ｏｎ＞ΔＶ＿ｏｆｆとなる。
【００５４】
図６は図１に示す第２信号制御部１２０の詳細ブロック図で、図７はその回路図である。図８は図１に示す第２信号制御部１２０の入力信号と出力信号のタイミングチャートである。なお、図８中の横破線は各信号のＧＮＤレベルを示している。
【００５５】
図６において、第２信号制御部１２０はカウンタやフリップフロップ等の駆動信号生成部１２１と、レベル調整部１２２と、電流増幅部１２３を含む。
【００５６】
駆動信号生成部１２１はＢＬＰＷＭとＧＳＣを入力信号とし、これらの信号に応じた出力を電圧レベル調整部１２２へ伝送する。電圧レベル調整部１２２は駆動信号生成部１２１からの信号を負電圧へ変換する構成とし、負電圧生成回路を含む。負電圧生成回路にて生成された信号（電圧）をＶｓｉｇとする。なお、この負電圧生成回路は外部からＶｓｉｇの電圧レベルを調整できる機能を有するものとする。例えば、電圧レベルの調整の仕方としては可変抵抗を用いた電圧分圧やＤＡＣを用いた方法が挙げられる。最終段の電流増幅部１２３は例えばオペアンプやプッシュプル回路等を含む。
【００５７】
駆動信号生成部１２１では入力されたＧＳＣと同じ位相、同じ周波数の矩形波をＢＬＰＷＭがオンの期間のみ出力する。この駆動信号をＣＯＮＴ１とする。電圧レベル調整部１２２はＣＯＮＴ１信号を受け、ＣＯＮＴ１がオフ（ロー）の時に負電圧、ＣＯＮＴ１がオン（ハイ）の時にＧＮＤレベルとなる信号（ＣＯＮＴ２）を電流増幅部１２３へ出力する。電流増幅部１２３ではＣＯＮＴ２を受け、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）を通して輝度補正が機能する十分な大きな電流容量をもって、Ｖｓｔラインへ補正のための制御信号（Ｖｓｔ）を出力する。
【００５８】
図８に示すＶｓｔ信号をストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）を通して画素電極２４０に供給することにより、ΔＶのシフト量を補正できる。補正電圧（ΔＶ-補正）は下記の式で表される。
【００５９】
ΔＶ-補正 = ΔＶｓｔ × { Ｃｓｔ ／ ( Ｃｇｄ ＋ Ｃｌｃ ＋ Ｃｓｔ ) }
但し、ΔＶｓｔ：Ｖｓｔ電圧の変化量（Ｖｓｔ信号のハイとローの差分）
Ｃｇｄ：ゲート・ドレイン間の寄生キャパシタ
Ｃｓｔ：ストレージキャパシタ
Ｃｌｃ：液晶キャパシタ
上記のΔＶｓｔは第２信号制御部１２０の電圧レベル調整部１２２内の負電圧生成回路にて生成された負電圧（Ｖｓｉｇ）とＧＮＤの差である。なお、電圧レベル調整部１２２で生成される負電圧（Ｖｓｉｇ）は前述したように可変である。
【００６０】
この補正電圧（ΔＶ-補正）によりバックライトオン時のΔＶ（ΔＶ＿ｏｎ）を補正することで、バックライトオン時とオフ時のΔＶ（図５における、ΔＶ＿ｏｎとΔＶ＿ｏｆｆ）を同じにし、画面ビートノイズを防ぐことが可能となる。
【００６１】
なお、ＴＦＴの特性ばらつきによりΔＶ（ΔＶ＿ｏｎ、ΔＶ＿ｏｆｆ含む）はばらつく。そのばらつきに対して、電圧レベル調整部１２２における負電圧生成回路は、外部からリニアに電圧レベルを調整できる構成とする。なお、電圧レベル調整部１２２における負電圧生成回路を正電圧生成回路に変えて、生成される電圧は正電圧でもよいものとする。
【００６２】
図７において、図６の駆動信号生成部１２１に該当する箇所をロジックＩＣ（ＡＮＤ Ｇａｔｅ）７１０、電圧レベル調整部１２２に該当する箇所をアナログスイッチ（Ａ−ＳＷ）７２０、電流増幅部１２３に該当する箇所をボルテージフォロワ回路（オペアンプ）７３０とする。本構成とすると、ロジックＩＣ７１０において、ＢＬＰＷＭとＧＳＣの両者がオン（ハイ）の時のみハイ電圧が出力されるため所望のＣＯＮＴ１信号が得られる。また、アナログスイッチ７２０においてＣＯＮＴ１がハイの時にＧＮＤレベルをローの時に負電圧を出力する構成をとることでＣＯＮＴ２が得られる。負電圧（Ｖｓｉｇ）は電圧レベル可変とする。最終段のボルテージフォロワ回路７３０にて電流増幅を行いＶｓｔ信号として出力する。
【００６３】
なお、図８の例ではＢＬＰＷＭがハイの時にＶｓｔ信号はＧＮＤレベルとしたが、ＢＬＰＷＭのロー期間中はＶｓｔの極性は不問である（ハイでもローでも良い）。
【００６４】
以上のように、本実施の形態によれば、ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）を有し一端がＶｓｔラインに接続されている構成をとり、第２信号制御部１２０によるＶｓｔ信号供給回路を備えることにより、バックライトオン／オフによるΔＶの差分を補正することができるため、バックライトオン時とオフ時の輝度変化を補正し均一にすることができる。これにより画面ビートノイズを防止することができる。
【００６５】
本発明の液晶表示装置によれば、映像方式によらずバックライト調光周波数を一定にできるため、調光周波数をラジオ帯と干渉しない周波数に固定することができるため、さらにラジオノイズの低減という効果が得られる。
【００６６】
また、液晶セルのスイッチング素子（ＴＦＴ）の構造を変えることなく駆動回路による画面ビートノイズ対策を行うことにより、液晶セルの生産工程数やマスク開発費の増加を防ぐことができるため、低コストで良品質な液晶表示装置としてを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の液晶表示装置およびその駆動方法は、バックライトのＯＮ／ＯＦＦによる一画面内での輝度差分をなくすことで、ラジオ等の他の周波数帯へ影響のない周波数を維持しつつ画面ビートノイズを防止できるという効果を有し、テレビ、ディスプレイ付き車載機器、モニター、携帯電話などに有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１１０ 第１信号制御部
１２０ 第２信号制御部
１２１ 駆動信号生成部
１２２ 電圧レベル調整部
１２３ 電流増幅部
１３０ バックライト制御部
１４０ ソース制御部
１５０ ゲート制御部
１６０ バックライトユニット
１７０ 表示部
１８０ 階調電圧生成部
２１０ スイッチング素子（ＴＦＴ）
２２０ 共通電極
２３０ 液晶キャパシタ（Ｃｌｃ）
２４０ 画素電極
２５０ ストレージキャパシタ（Ｃｓｔ）
３１０ 寄生キャパシタ（Ｃｇｄ）
４１０ ａ−Ｓｉ
４２０ ａ−Ｓｉ（ｎ＋）
４３０ ドレイン電極
４４０ Ｇａｔｅ
７１０ ロジックＩＣ（ＡＮＤ Ｇａｔｅ）
７２０ アナログスイッチ（Ａ−ＳＷ）
７３０ ボルテージフォロワ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＦＴにより各画素が駆動されることで映像を表示する液晶表示部と、バックライト調光信号に基づいて前記液晶表示部に光を供給するバックライトユニットと、前記各画素のＴＦＴのゲート電圧を供給するゲート制御部と、前記ゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号を生成する第１信号制御部と、前記バックライト調光信号と前記ゲートクロック信号とに基づいて前記液晶表示部の各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を供給する第２信号制御部とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２信号制御部は、バックライト調光信号とゲートクロック信号に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号の電圧レベルを調整する電圧レベル調整部と、前記レベル調整された駆動信号を電流増幅した前記制御信号を生成する電流増幅部を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記駆動信号生成部は前記バックライト調光信号がオンの期間中にゲートクロック信号と同位相かつ同周波数の駆動信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記電圧レベル調整部は外部から電圧レベルを調整できることを特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
ＴＦＴにより各画素を駆動することで映像を表示する液晶表示装置の駆動方法であって、前記液晶表示装置の液晶表示部に供給される光を調光するためのバックライト調光信号と、前記各画素のＴＦＴにゲート電圧を供給するゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号とに基づいて、前記各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を生成して供給することを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項６】
前記制御信号の電圧レベルを外部から調整することを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１】
ＴＦＴにより各画素が駆動されることで映像を表示する液晶表示部と、バックライト調光信号に基づいて前記液晶表示部に光を供給するバックライトユニットと、前記各画素のＴＦＴのゲート電圧を供給するゲート制御部と、前記ゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号を生成する第１信号制御部と、前記バックライト調光信号と前記ゲートクロック信号とに基づいて前記液晶表示部の各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を供給する第２信号制御部とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２信号制御部は、バックライト調光信号とゲートクロック信号に基づいて駆動信号を生成する駆動信号生成部と、前記駆動信号の電圧レベルを調整する電圧レベル調整部と、前記レベル調整された駆動信号を電流増幅した前記制御信号を生成する電流増幅部を備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記駆動信号生成部は前記バックライト調光信号がオンの期間中にゲートクロック信号と同位相かつ同周波数の駆動信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記電圧レベル調整部は外部から電圧レベルを調整できることを特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
ＴＦＴにより各画素を駆動することで映像を表示する液晶表示装置の駆動方法であって、前記液晶表示装置の液晶表示部に供給される光を調光するためのバックライト調光信号と、前記各画素のＴＦＴにゲート電圧を供給するゲート制御部の出力周期を制御するゲートクロック信号とに基づいて、前記各画素の画素電極の電圧を補正する制御信号を生成して供給することを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
【請求項６】
前記制御信号の電圧レベルを外部から調整することを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−３４７９（Ｐ２０１３−３４７９Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６９０６（Ｐ２０１１−１３６９０６）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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