JP2004184785A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトを点灯し続けながら、液晶の光学応答でより急峻なインパルス型発光特性を得て、動画質を向上させるには、より高速な液晶パネルを設計する必要があり、輝度効率は低下、バックライトの温度も上昇してしまう。
【解決手段】１フレーム期間に映像データを各画素に書き込み、変更可能なインターバルを置いて、前記映像データを書き込んだ画素に黒データを上書しながら走査する液晶パネル１０１と、仕切りにより複数の領域に区分され、各区分領域を照らすランプを順次点灯させるバックライト１０５から構成される。
【効果】バックライトを点滅させることでインパルス化するため、急峻な発光特性が得られ、動画のぼやけ感を低減できる。またランプ１本の消費電力が低減されるため、輝度効率が向上し、温度上昇を抑制できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表示装置に係り、特にインパルス型の発光特性を生成する表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にパーソナルコンピュータ等のモニターとして用いられている液晶表示装置において、動画を表示した場合、映像の動いた部分でぼやける現象が発生し、動画質を劣化させる課題がある。その改善策として代表的なものに特開平１１−１０９９２１号公報がある。本開示例で示された液晶表示装置は液晶表示アレイを上下に分割し、それぞれに駆動回路を設けてある。本構成の液晶表示装置を用いると、片側が映像走査時に、もう片側をブランキングデータ（例えば黒データ）で走査することができるため、１フレーム期間に映像走査とブランキング走査が可能となり、ブラウン管のような瞬間発光するインパルス型の発光特性を擬似的に再現することができる。さらに、本例では高速な液晶材料を用いていることで、１フレーム期間内に映像とブランキングレベルへの応答を可能とし、動画表示性能を向上させていることが主な特徴となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１０９９２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の技術では黒データで上書き走査する方法では、液晶の応答速度が早い程急峻なインパルス特性が得られるが、高速液晶材料を用いた液晶パネルを量産することは現状困難である。そのため、現在量産されている応答が数十ｍｓ程度の液晶パネルを用いると、急峻なインパルス特性が得られず、動画質の向上効果が少ない。
【０００５】
また、黒のブランキング時にもバックライトを点灯させたままであるため、発光効率が低下し、温度が上昇するという課題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表示パネルとそのドレイン線を駆動するドレイン線駆動回路及びゲート線を駆動するゲート線駆動回路、それらを制御するタイミング制御回路を備えており、また画面領域を複数に区分し、その区分領域のみを照らす複数のランプとその複数のランプがその区分領域以外を照らさないようにするための仕切りを設けたバックライト及びそれらのランプを駆動するインバータを備えている。
【０００７】
液晶表示パネルは１フレーム期間に各画素に映像データを書き込み、変更可能なインターバルを置いて、映像を書き込んだ画素に黒データを上書きする駆動方法で駆動し、バックライトは、区分領域を照らす各ランプ群を順次点滅させる駆動方法で駆動する。
【０００８】
本発明の目的は、動画の画質を向上した表示装置及びその方法を提供することにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の液晶表示装置の構成図である。１０１はアクティブマトリクス型液晶パネル、１０２は前記液晶パネルのドレイン線を駆動するドレイン線駆動回路、１０３は前記液晶パネルのゲート線を駆動するゲート線駆動回路である。１０４はタイミング制御回路で、前記ドレイン線駆動回路１０２及びゲート線駆動回路１０３を制御するタイミングクロックを生成する。１０５はバックライト、１０６は前記バックライト１０５を構成するランプであり、図１に示したバックライト１０５はランプ１０６を６本並べて構成した直下型バックライトの例を示している。１０７は前記ランプ１０６を駆動するインバータで、複数のランプを独立に制御できるように構成され、前記タイミング制御回路１０４により、各ランプそれぞれを独立に制御するタイミングクロックにより制御される。１０８はランプ１０６の光がバックライト１０５内部全体に広がることを防ぐための仕切りで、この仕切り１０８とランプ１０６により、各ランプがランプの位置する、仕切りで囲まれた領域のみを照らすバックライト１０５を構成している。バックライト１０５は、輝度が面内で均一となるように、バックライトの光を均一化する導光板（図示せず）、拡散シート（図示せず）が前記ランプの上に重ねられ、フレームで固定されている。
【００１０】
１０９はアクティブマトリクス型液晶パネル１０１の一つの画素を示し、画素１０９は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１０、保持容量１１１、液晶容量１１２から構成されている。１１３はＴＦＴ１１０のドレイン端子に接続されているドレイン線、１１４はＴＦＴ１１０のゲート端子に接続されているゲート線である。ゲート線１１４の駆動電圧をＴＦＴ１１０がオンするゲート電圧に駆動し、ドレイン線１１３を映像に応じた電圧で駆動すると、ＴＦＴ１１０がオンし、保持容量１１１及び液晶容量１１２にドレイン線を駆動した電圧、すなわち映像に応じた電圧が書き込まれる。そのため液晶は映像の階調に応じた透過率を生成し、バックライト１０５の光を映像に反映する。
【００１１】
図２を用いてアクティブマトリクス型液晶パネル１０１の駆動方法について説明する。図２は液晶パネル１０１のゲート線を駆動するゲート線駆動波形とドレイン線を駆動するドレイン線駆動波形を示している。図２では、ゲート線が７６８本、ノーマリブラックモードの液晶パネルを想定している。液晶パネル１０１に映像を表示するためには、通常、入力データを受けたタイミング制御回路１０４が液晶パネルの解像度に応じて、ドレイン線駆動回路１０２、ゲート線駆動回路１０３を制御する制御クロックを生成し、液晶パネルの各ゲート線Ｇ１〜Ｇ７６８を１フレーム期間に各１回だけ順次選択し、ＴＦＴを介して、映像に応じた電圧を保持容量及び液晶容量に書き込む駆動方法が一般に用いられる。しかし、本発明では、ゲート線Ｇ１〜Ｇ７６８を１フレーム期間に各２回選択し、そのうち１回は映像を書き込むために順次選択し、もう１回は黒データを書き込むために順次選択することを特徴としている。
【００１２】
白ベタ表示を例として内容を詳細に説明する。タイミング制御回路１０４によって生成される制御クロックにより、第ｎフレームの時刻φ１でゲート線Ｇ１を選択し、このタイミングに応じてドレイン線を白表示に相当する電圧（白電圧）に駆動すると、ゲート線Ｇ１に接続された画素には白電圧（図２の場合は正極性白電圧）が書き込まれる。ゲート線Ｇ１を、同フレーム時刻φ２より以前の時刻、時刻φ１’で選択を解除すると、ゲート線Ｇ１に接続された画素に前記白電圧を保持させ、次のゲート線Ｇ２を選択する時刻φ２までの時間φ２−φ１’を確保することができる。時刻φ１’でゲート線Ｇｉ（図２の場合ｉは奇数）を選択し、ドレイン線を黒表示に相当する電圧（黒電圧）に駆動すると、ゲート線Ｇｉに接続された画素には黒電圧（図２の場合は正極性黒電圧）が書き込まれ、時刻φ２でゲート線Ｇｉの選択を解除することで、ゲート線Ｇｉに接続された画素に前記黒電圧が保持される。以上のシーケンスでゲート線Ｇ１に映像データを、ゲート線Ｇｉに黒データを、通常の１水平期間φ２−φ１で書き込むことができる。
【００１３】
同様に時刻φ２でゲート線Ｇ２を選択し、ドレイン線を負極性白電圧に駆動すると、ゲート線Ｇ２に接続された画素に負極性白電圧が書き込まれ、時刻φ３より以前の時刻φ２’でゲート線Ｇ２の選択を解除することでゲート線Ｇ２に接続された画素に前記白電圧を保持する。時刻φ２’でゲート線Ｇｉ＋１を選択すると、負極性黒電圧に駆動されたドレイン線を介してゲート線Ｇｉ＋１に接続される画素には負極性黒電圧が書き込まれ、時刻φ３でゲート線Ｇｉ＋１を選択解除することで前記黒電圧を保持する。ゲート線Ｇ１とＧｉ、Ｇ２とＧｉ＋１のような組み合わせで、順次映像データと黒データを１水平期間に書き込む駆動を繰り返すと、各ゲート線に接続される画素は、１フレーム期間に２回選択され、そのうち１回は白電圧を、残り１回は黒電圧を書き込まれる。第ｎフレームでは、ゲート線Ｇ１に接続された画素は正極性白電圧と正極性黒電圧が、ゲート線Ｇ２に接続された画素は負極性白電圧と負極性黒電圧というように、互いに逆の極性で書き込まれる。
【００１４】
次の第ｎ＋１フレームでは、時刻φ１でゲート線Ｇ１を選択し、負極性白電圧に駆動したドレイン線を介し、負極性白電圧を書き込み、時刻φ１’でゲート線Ｇ１の選択を解除することで前記白電圧を保持する。この時刻φ１’のタイミングでゲート線Ｇｉを選択すると、負極性黒電圧に駆動したドレイン線を介し、負極性黒電圧がゲート線Ｇｉに接続された画素に書き込まれ、時刻φ２でゲート線Ｇｉを選択解除することで前記黒電圧を保持する。同様にゲート線Ｇ２を同フレームφ２のタイミングで選択すると、正極性白電圧に駆動されたドレイン線を介し、正極性の白電圧がゲート線Ｇ２に接続された画素へ書き込まれ、φ２’のタイミングでゲート線Ｇ２の選択を解除することで前記白電圧を保持する。時刻φ２’でゲート線Ｇｉ＋１を選択すると、正極性黒電圧に駆動されたドレイン線を介し、正極性黒電圧がゲート線Ｇｉ＋１に接続された画素に書き込まれ、時刻φ３でゲート線Ｇｉ＋１を選択解除することで前記黒電圧を保持する。これを順次繰り返すことで、各ゲート線は、第ｎフレームと同様に、１フレーム期間に２回選択され、そのうち１回は白電圧を、残り１回は黒電圧を書き込まれる。第ｎ＋１フレームでは、ゲート線Ｇ１に接続された画素は負極性白電圧と負極性黒電圧が、ゲート線Ｇ２に接続された画素は正極性白電圧と正極性黒電圧が、互いに異なる極性となるように書き込まれる。その結果、Ｇ１に接続された画素は、第ｎフレームでは、φｉ−φ１’の期間、正極性黒電圧が保持され、残りの期間は正極性白電圧が保持されることとなり、第ｎ＋１フレームでは、φｉ−φ１’の期間、負極性黒電圧が、残りの期間は負極性白電圧が保持され、フレーム間でも互いに異なる極性となるように書き込まれる。
【００１５】
このように、常に、ゲート線Ｇ１とＧ２で代表したように、奇数ラインと偶数ラインで画素に書き込む白電圧の極性及び黒電圧の極性を交互に反転させ、かつ第ｎフレーム及び第ｎ＋１フレームで代表したように、連続するフレーム間で各ラインの画素に書き込む白電圧の極性及び黒電圧の極性を反転させることで、階調均一性の高い良好な液晶表示を行うことができる。前述した駆動はｉが奇数の場合について説明したが、偶数であってもライン間、フレーム間の極性反転は成立するため、良好な階調均一表示を得ることに変わりはない。
【００１６】
また時刻φ１に白電圧を書き込むゲート線Ｇ１に対して、時刻φ１’に黒電圧を書き込むゲート線Ｇｉを変えると、フレーム期間に保持する画素電圧の白電圧と黒電圧の割合（黒デューティ）を変化させることができる。例えばゲート線Ｇ１に対し、ＧｉをＧ３８５とすれば、黒デューティ５０％となるし、ＧｉをＧ２５７にすれば黒デューティ３３％になる（ただしこの場合帰線期間は無視している）。この機能は後述する黒デューティの最適化に用いる。
【００１７】
次に図３を用いてバックライト１０５の制御方法について説明する。本発明で用いるバックライトは図１に示したようにランプとランプの間を仕切り１０８で仕切っている。したがって、仕切りと仕切りで挟まれた画面領域は、その領域に位置するランプのみで照らし、他の仕切りで囲まれる領域を照らすことはない。図３の例ではバックライトを構成するランプの数を６本としているため、７６８ライン有する液晶パネルの１／６、すなわち１２８ラインで形成する画面を１本のランプで表示することとなる。
【００１８】
図３（ａ）はパネル駆動を、横に時間方向、縦にライン方向を取り、映像データと黒データを書き込む様子を示した図で、図３（ｂ）はバックライトを構成する６本の各ランプの点灯制御タイミングチャートである。液晶パネルは、タイミング制御回路１０４の生成する制御クロックにより、先に説明した駆動方法で映像データを順次書き込んだ後、黒データで上書きしながら、１フレーム期間に映像表示と黒表示を行う。液晶は通常、書き込みに対し、約数ｍｓから数十ｍｓ程度要して所望の透過率を生成する。そのためランプは液晶の透過率が所望の透過率に近い時点で点灯することが望ましい。そのため、タイミング制御回路１０４は、図３（ｂ）で示すように、映像書き込みに対し、１ライン目の映像を書き込み始めてから点灯するまでの期間、すなわち点灯待ち期間（例えば約７．６ｍｓ）後にランプ１を点灯し、１２８ライン分の時間（約２．５ｍｓ）を待ってランプ２を、さらに１２８ライン分の時間を待ってランプ３をというように、映像書き込みに同期して順次各ランプを点灯していく。
【００１９】
ランプ１の点灯制御を例にとると、１ライン目を書き込んで１２８ライン目を書き込み終えるまで、１フレームの６分の１、すなわち約２．５ｍｓ要するため、ランプ１の点灯は１ライン目が十分応答したと考えられる点灯待ち時間（例えば約７．６ｍｓ）後に行うとすると、この１２８ラインの書き込み２．５ｍｓの後、５．１ｍｓ経過する時点でランプ１を点灯させる。ランプ２〜６も同様に、それぞれのランプが対象とする画面領域の最終ラインを書き込み終えてから５．１ｍｓ経過する時点でそれぞれ点灯する制御を繰り返す。
【００２０】
しかし、各ランプが対象とする画面領域は各ランプのみで表示に反映するため、各ランプの点灯するタイミングに対し、ラインが増すに従って応答時間が減少し、最初のラインと最後のラインで最大２．５ｍｓ程度の応答時間差が生じ、そのためその応答時間差が表示に影響することが懸念される。
【００２１】
そのため、バックライトを仕切りで分割する数を増加し、応答の時間差を短縮でき、面内均一度を向上させるほうが望ましい。例えば分割数を８領域に増やすと応答時間差は１．９ｍｓ程度と縮まり、さらに１２領域に増やすと１．２ｍｓ程度に短縮され、より均一性の高い表示が可能となる。
【００２２】
以上、パネルの駆動方法並びにバックライトの制御方法について説明したが、実際には液晶パネルの応答特性によって、バックライトを点滅制御させた場合、前のフレーム映像が残り、ゴーストと呼んでいる二重映像を発生させてしまう場合がある。この現象は移動する映像に尾引いて残るため、動画の視認性をむしろ悪くする。その対策として、先に説明した黒デューティを増加させることでゴーストの度合いを低減できることから、液晶の応答に応じた最適黒デューティを見出した。
【００２３】
図４は通常の液晶の光学応答波形と、黒デューティを変化させてバックライトを点滅した場合の光学応答波形を示す。横軸に時間、縦軸に輝度を示している。ゴーストは明るい階調から暗い階調へ変化する際に顕著に観察されることから、図４は白表示から黒表示への変化する映像を測定した結果のみ示した。図４中の（ａ）は映像変化直後の黒を示す波形で、（ｂ）は映像変化後数フレーム経過した黒を示す波形である。本来黒を示す波形は映像変化直後であっても、数フレーム後であっても同一波形を示す必要があるため、この違いがゴーストとして認識されると考えた。この差は明らかに液晶の応答が遅い場合に顕著であることから、応答が十分でない液晶を用いた場合、このレベルを低減する必要がある。図４に示したように、黒デューティを０％、２５％、５０％、７５％と変化させて測定した波形から、黒デューティを増加すると映像変化直後の黒を示す波形（ａ）は本来の波形（ｂ）に近づいていることが分かる。したがって黒デューティを増加することでゴーストを低減することができる。しかし、それと同時に白を示す波形から、ピークレベルが低下していることが観察できるため、黒デューティを増加するには限界がある。
【００２４】
図５は黒デューティとゴーストレベル及び輝度低下率の測定結果である。左の垂直軸はゴーストレベルを示し、右の垂直軸は輝度低下率を示す。ゴーストレベルは数１で、輝度低下率は数２で定義した値を用いた。
【００２５】
ゴーストレベル＝｜映像変化期間の輝度−本来の輝度｜／本来の輝度…数１
輝度低下率＝本駆動による輝度／通常駆動による輝度…数２
黒デューティを増加させるとゴーストレベルは低減するが、輝度の低下が著しいことが分かる。バックライトを点滅制御することで、すでに５０％程度輝度が低下しているため、点滅しない場合と同等の輝度を確保するには黒デューティに応じてランプの本数をさらに増加させるか、液晶セルの開口率をさらに向上させる必要がある。
【００２６】
図６には液晶の応答と黒デューティによるゴーストレベルの関係を示した。目視評価結果から、ゴーストレベルが０．１以下で完全にゴーストを検出できなかったことから、１５ｍｓ応答の液晶では２５％程度の黒デューティでゴーストを完全に解消できる。しかし、一般的に１５ｍｓ応答の液晶は量産が困難であることから、２５ｍｓ〜３５ｍｓの液晶でゴーストレベルを低減する方が現実的である。また黒デューティ増加による輝度低下率が著しいことを考慮し、本実施例では２５ｍｓ〜３５ｍｓの液晶を用いて黒デューティを５０％で駆動し、ゴーストレベルを０．５まで低減することを考えた。この場合、輝度は図５から約２５％程度となるため、ランプの本数を増加したバックライトを用いることで輝度の低下を補償する。あるいは２５ｍｓ以上１５ｍｓ以下程度に高速な液晶パネルを設計し、黒デューティ２５％で駆動することで、輝度の低下を抑制しつつ、ゴーストレベルを０．５とすることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
このように、仕切りによって複数領域に区分されたバックライトを用い、各区分領域に位置するランプを映像走査に同期して順次点滅するバックライト駆動と、黒デューティを変えることができるパネル駆動により、表示素子の応答速度に応じて、輝度の低下を抑制しながらゴーストレベルを低減するように黒デューティを調整することができる。バックライトを点滅させることでより急峻なインパルス型の発光特性を実現することができるため、動画のぼやけ感を低減し、より鮮明に映像を表示することができる。またランプ１本の消費電力を少なくできるため、ランプの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置構成図。
【図２】液晶パネルのドレイン駆動波形とゲート駆動波形図。
【図３】液晶パネル駆動とバックライト駆動タイミングチャート。
【図４】黒デューティを変えた液晶光学応答波形図。
【図５】黒デューティに対するゴーストレベル及び輝度低下率を示すグラフ。
【図６】黒デューティと液晶の応答速度に対するゴーストレベルを示すグラフ。
【符号の説明】
１０１…アクティブマトリクス型液晶パネル、１０２…ドレイン線駆動回路、１０３…ゲート線駆動回路、１０４…タイミング制御回路、１０５…バックライト、１０６…ランプ、１０７…インバータ、１０８…仕切り、１０９…画素、１１０…ＴＦＴ、１１１…保持容量、１１２…液晶容量、１１３…ドレイン線、１１４…ゲート線。

Claims (5)

1. 複数のゲート線と複数のドレイン線がマトリクス状に構成され、その交差部に能動素子を備えた表示パネルと、前記ドレイン線を駆動するドレイン線駆動回路と、前記ゲート線を駆動するゲート線駆動回路と、前記ドレイン線駆動回路及びゲート線駆動回路を制御するタイミング制御回路と、画面を複数の領域に区分し、各区分領域に在する複数のランプの光が他の領域へ漏れることを防ぐ仕切り及びランプから構成されるバックライトと、前記各区分領域に在する複数ランプをそれぞれ独立して点滅可能な、前記タイミング制御回路に制御されるインバータを有することを特徴とする表示装置。
2. 前記タイミング制御回路は、１フレーム期間内に、映像データを各画素に書き込み、可変可能なインターバルを置いて、映像データを書き込んだ画素に黒データを上書きする制御クロックを生成することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記タイミング制御回路は、前記バックライトを構成する前記各区分領域に在する複数のランプをそれぞれ順次点滅させる制御クロックを生成することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
4. 前記タイミング制御回路は、液晶の黒レベルへ応答時間が１フレーム期間の２分の１以上要する場合に前記可変可能なインターバルを液晶の応答速度に応じて短くすることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
5. 前記タイミング制御回路は、前記各区分領域の最初のライン映像を書き込み終えてから、フレーム期間の４０％〜６０％経過した直後に点灯し、フレーム期間の４０％〜６０％の期間点灯し続ける制御クロックを、各区分領域内に位置するランプそれぞれに供給することを特徴とする請求項１記載の表示装置。

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