JP2005534055A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、動画の視認性を改善するために、画像データの情報を受けて信号処理を行った後、該処理された画像データに基づいてバックライトの輝度を制御する方式に関する。本発明によれば、インバータは、画像データの輝度分布によってアナログ値を有する第１輝度制御信号を生成するブロックと、同期信号に従って所定のパルスデューティを有する第２輝度制御信号を生成するブロックとを備え、各ブロックで生成された輝度制御信号を合成した後、合成された輝度制御信号に従ってバックライトを制御する構成を通じて、動画の視認性を改善することができる。これにより、画面の残像現象を除去すると同時に、動画の視認性を向上させることができる。

Description

本発明は、バックライト輝度制御機能を有する液晶表示装置に関し、さらに詳細には、バックライトの輝度を画像データに従って制御することによって、動画の視認性を改善する方法に関する。

近年、パーソナルコンピュータやテレビなどの表示装置は、軽量化及び薄形化が要求されており、このような要求に応えるために、陰極線管（ＣＲＴ）の代りに液晶表示装置（ＬＣＤ）のようなフラットパネル表示装置が開発され、コンピュータ用表示装置、液晶テレビなどの分野で実用化されている。
液晶表示装置のパネルは、複数の画素がマトリックス状に形成された基板とそれに対向する基板とからなる。これら二つの基板の間には、異方性誘電性を有する液晶物質が注入される。前記二つの基板の間には、電界が印加され、この電界の強度を調節することによって基板を透過する光の量が制御されて所望の画像が表示される。

一方、液晶表示装置がテレビなどの表示装置に使用される場合には、停止画像よりは動画を実現するための技術が要求される。一般に、液晶表示装置は、その表示特性のために動画表示の実現が難しい。例えば、１フレームにおいて一部の時間、つまり１水平走査期間の間に電圧が印加されて電界が生成されれば、液晶物質は、該水平期間に印加された電界によって反応して、１フレームにおける残りの時間の間にその状態を維持する。フレームが変わり、別の大きさの電界が印加された場合、液晶物質の反応速度が遅いため、液晶表示装置の画面上に残像が生ずる。即ち、液晶表示装置において、液晶物質の遅い反応速度のため動画の際に表示特性が劣る。このため、動画を多く表示するテレビなどの表示装置に液晶表示装置を使用するためには、このような画質特性を改善することが要求される。現在、テレビにおけるドット走査と類似して、１フレーム期間内にバックライトを所定のデューティ比でオン/オフを反復駆動する方式が提案されている。

なお、一般的な液晶表示装置では、画像データの階調レベル（gray level）に関係なく、常に一定の輝度でバックライトが駆動されている。たとえば、画面上に局部的に高い階調レベルを有する画像データが集中するか、又は、画面全体に高い階調レベルを有する画像データが多いとき、バックライトの輝度を画像データに合わせて制御できれば、表示装置のコントラストが向上される。即ち、画像データの階調レベルに依存してバックライトを制御する方式が必要とされている。

ところが、現在、前記したバックライト制御方式が同時に適用された液晶表示装置は提案されておらず、本発明は、表示特性を向上させるために、２種類の制御方式を同時に適用する方法に関する。
本発明は、前記のような従来の技術的問題点を解決するためのものであって、動画の視認性を改善するために、画像データの情報を受けて信号処理を行った後、該処理された画像データに基づいて、バックライトの輝度を処理するための適応型バックライト制御（adaptive backlight control：ＡＢＣ）方式を提供することを目的とする。
特に、本発明は、パルス幅変調方式の駆動及びアナログ方式の駆動を、輝度制御信号の生成に用いる液晶表示装置を提供することをその目的とする。

前記目的を達成するための本発明の液晶表示装置は、複数のゲートラインと、前記ゲートラインに交差する複数のデータラインと、前記各ゲートラインとデータラインの交差点に形成された画素とからなる液晶パネルアセンブリ、外部のグラフィックソースから提供される画像データと同期信号とを受信して、前記液晶パネルアセンブリの駆動に必要な制御信号の生成及び前記画像データのフォーマット変換を行う信号制御部、前記液晶パネルアセンブリの駆動に必要な階調電圧及びゲート電圧を生成する電圧発生部、前記ゲート電圧に基づいて前記液晶パネルアセンブリのゲートラインを１水平走査期間単位で順次に走査するゲート駆動部、前記液晶パネルアセンブリ上のデータライン毎に前記信号制御部からの画像データに対応する階調電圧を選択するデータ駆動部、前記画像データの輝度分布に依存するアナログ値を有する第１輝度制御信号を生成し、フレーム周波数の整数倍に依存して決定されるパルスデューティ比を有する第２輝度制御信号を生成し、前記第１及び第２輝度制御信号を合成して、前記合成された信号に従ってランプ駆動信号を生成するインバータ、及び、前記インバータから出力される駆動信号に従ってオン及びオフの状態並びに発光強度が制御されるランプを含んでいる。

上記した本発明の位置実施形態において、前記インバータは、前記画像データの輝度分布に依存するアナログ値を有する前記第１輝度制御信号を生成する第１ブロック、前記同期信号の周波数に依存して決定されるパルスデューティ比を有する前記第２輝度制御信号を生成する第２ブロックを含み、前記インバータは、それぞれのブロックで生成された輝度制御信号を合成して、該合成された信号に依存してバックライトを制御する。したがって、２つのバックライト制御技術が同時に実行される液晶表示装置を提供することができる。
前記本発明の目的、技術的構成及びその効果に関して、以下の実施例の説明を通じてより明確にする。

本発明では、インバータは、画像データの輝度分布によってアナログ値を有する第１輝度制御信号を生成するブロックと、同期信号に従って所定のデューティを有する第２輝度制御信号を生成するブロックとを備え、各ブロックで生成された輝度制御信号を合成した後、合成した輝度制御信号に従ってバックライトを制御する構成を通じて、２種類のバックライト制御方式を同時に適用する液晶表示装置を提供することができる。これにより、画面の残像を除去すると共に動画に対する視認性の向上を実現し、動画を表示するテレビなどの表示装置分野で幅広く応用することができる。なお、第２ブロックに適用される制御方式において、ランプを周期的にオン／オフする必要があり、オフされる期間のため全体的な輝度が低下してしまう。ところが、第２ブロックの制御と第１ブロックの制御とを結合することによって、ランプがオンになるときの輝度が、第１輝度制御信号に基づいて画像データの輝度分布に依存して決定されるので、ランプの輝度低下が相殺され、結果的に、動画に対する視認性が向上される。

添付した図面を参考にして本発明の実施例に対して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。
以下、本発明の実施例による液晶表示装置及びその駆動方法について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明による液晶表示装置の全体構成を示しており、図２の（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す液晶表示装置で用いられる信号の波形を示している。
図１に示すように、本発明による液晶表示装置は、液晶パネルアセンブリ１０、ゲート駆動部２０、データ駆動部３０、ランプ４０、インバータ５０、電圧発生部６０及び信号制御部７０を含む。

図１には、液晶パネル１０の内部構造について詳細に図示していないが、液晶パネル１０は、複数のゲートラインと、ゲートラインに交差する複数のデータラインと、各ゲートラインとデータラインの交差点に形成された画素を含み、画素は、マトリックス状に配置されている。各画素は、ゲートラインとデータラインにゲート電極とソース電極が各々接続される薄膜トランジスタ（TFT）と、薄膜トランジスタのドレイン電極に接続される画素キャパシタ及びストレージキャパシタを含む。このような画素構造において、ゲート駆動部２０によって該当するゲートラインを選択するためのゲート電圧が印加されれば、ゲートラインに接続された画素の薄膜トランジスタがターンオンされ、その後、データ駆動部３０によって各データラインに画素情報を含むデータ電圧が印加される。このデータ電圧は、当該画素の薄膜トランジスタを経て画素キャパシタとストレージキャパシタに印加され、これらのキャパシタが駆動されることによって所定の表示動作が行われる。

信号制御部７０は、外部のグラフィックソース（図示せず）から入力されるＲＧＢ画像データRGB Data、同期信号SYNC及びクロック信号CLKの提供を受ける。基本的に、信号制御部７０は、データ駆動部３０において必要なデータフォーマットに合わせて、入力されたＲＧＢ画像データRGB Dataのフォーマットを変換し、液晶パネルアセンブリ１０を駆動するために、ゲート駆動部２０及びデータ駆動部３０で用いられる制御信号を生成し出力する。

電圧発生部６０は、液晶パネル１０のデータラインとゲートラインに実際に印加される電圧である階調電圧Vgray及びゲート電圧Vgateをそれぞれ生成し出力する。ここで、階調電圧Vgrayは、複数の電圧レベルを有し、データ駆動部３０に伝送される。そして、ゲート電圧Vgateは、ゲートオン電圧とゲートオフ電圧からなり、ゲート駆動部２０に伝送される。

ゲート駆動部２０は、液晶パネルアセンブリ１０上の所定数のゲートラインをそれぞれ担当する複数のゲート駆動ＩＣからなり、タイミング制御部７０から提供される制御信号と、電圧発生部６０から提供されるゲート電圧Vgateに基づいて、液晶パネルアセンブリ１０上の各ゲートラインを１水平走査期間単位で順次に走査する。例えば、ゲート駆動部２０は、走査すべきゲートラインにゲートオン電圧を印加し、残りのゲートラインにはゲートオフ電圧を印加し、ゲートオン電圧の印加時間は１水平走査期間である。このような走査過程は、全てのゲートラインに対し順次に行なわれる。

データ駆動部３０は、液晶パネル１０上の所定数のデータラインをそれぞれ担当する複数のデータ駆動ＩＣからなる。データ駆動部３０は、タイミング制御部７０から供給されるＲＧＢ画像データを順次にラッチして、ドット順次走査方式のデータ配列をライン順次走査方式に変更し、各画像データに合う階調電圧Vgrayを選択し、該選択された電圧を画像データ電圧として液晶パネル１０アセンブリ上の各データラインに１水平走査期間単位で同時に印加する。

インバータ５０は、タイミング制御部７０から提供される信号に基づいて輝度制御信号を生成し、生成された輝度制御信号に基づいてランプ４０を駆動する。より詳細には、インバータ５０が輝度制御信号を生成する際に、タイミング制御部７０から提供される信号に応答して画像データの輝度分布に応じたアナログ値を有する第１輝度制御信号を生成し、また、タイミング制御部７０から提供される信号に応じてパルスのデューティが変化する第２輝度制御信号を生成した後、第１輝度制御信号と第２輝度制御信号を合成する。そして、合成信号に基づいてランプ４０の輝度を制御する。

図２の（Ａ）に示される波形は、第１輝度制御信号の波形であり、図２の（Ｂ）に示される波形は、第２輝度制御信号の波形であり、図２の（Ｃ）に示される波形は、第１及び第２輝度制御信号を合成した信号の波形である。

次に、インバータ５０の動作を、図３の回路を参照して説明する。
図３に示すように、本発明による液晶表示装置のインバータ５０は、輝度制御部５１、トランジスタ駆動部５２、トランジスタQ１、コイルL及びランプ駆動部５３で構成される。輝度制御部５１は、第１輝度制御信号を生成する第１ブロック５１１、第２輝度制御信号を生成する第２ブロック５１２、及び第１ブロック５１１と第２ブロック５１２の信号を合成する合成部５１３で構成される。

第１ブロック５１１は、アナログ調光（dimming）制御を行うブロックであって、タイミング制御部７０から提供される１フレーム単位で入力されたＲＧＢ画像データに従って第１輝度制御信号を生成する。即ち、第１ブロック５１１は、ＲＧＢ画像データを輝度分布に関連してカウントし、カウント結果から予め設定された輝度範囲に属するＲＧＢ画像データを求めた後、この結果を基準テーブルとして予め保存したデータと比較して、アナログ値を有する第１輝度制御信号を生成する。図２の（Ａ）に示された波形が第１輝度制御信号の波形である。一方、ＲＧＢ画像データの輝度分布の検査単位、即ちスケーリング単位は、１水平走査期間単位であることができ、この単位は、システム仕様によって設計者が変更することができる。図２の（Ａ）に示すように、第１輝度制御信号は、時間ドメインに対しアナログ値を有する。

第２ブロック５１２は、パルス幅変調（PWM）調光制御を行うブロックであって、タイミング制御部７０から提供される信号に基づいて所定のデューティ比を有するパルス信号を第２輝度制御信号として生成する。第２ブロックから出力される第２輝度制御信号の波形は図２の（Ｂ）に示されている。図２の（Ｂ）に示すように、第２輝度制御信号は、１水平走査期間の所定時間の間バックライトをオン状態で駆動させ、その他の時間の間バックライトをオフ状態で駆動させ、その周波数は、液晶の駆動周波数であるフレーム周波数の整数倍で決定される。

合成部５１３は、第１輝度制御信号と第２輝度制御信号を合成し、図２の（Ｃ）には、合成された信号の波形が示されている。合成された信号は、所定のデューティによってオン/オフされるほか、輝度の大きさは、図２の（Ａ）に示されたアナログ曲線によって決定される。
合成部５１３からの信号は、トランジスタ駆動部５２に提供されてトランジスタQ１の動作を制御し、トランジスタQ１は、コイルLを通じてランプ駆動部５３に提供される電流の大きさを制御する。即ち、トランジスタQ１がオフ状態の間は、ランプ駆動部５３へ電流が流れず、トランジスタQ１がオン状態の間は、合成部５１３から出力される信号の大きさに従って、ランプ駆動部５３に流れる電流の大きさが制御される。

ランプ駆動部５３は、トランジスタQ１及びコイルLを通じて供給される電流によってトランジスタQ２、Q３が交互にオン／オフされ、コンデンサCに電流の大きさに対応する電圧を発生し、電流が供給されないときは、電圧を発生しない。ランプ駆動部５３はさらにトランスフォーマを備え、発生された電圧は、トランスフォーマの１次側コイルT１、T２に印加されて２次側コイルT３において高電圧に変換され、２次側コイルT３の高電圧によってランプ４０が駆動する。

ランプ駆動部５３の回路には、ロイヤーコンバータと知られているものを用いたが、本発明の技術的範囲はこれに限定されず、自励型プッシュプルコンバータ、または他励型ハーフブリッジコンバータなどが用いられる。
以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

本発明による液晶表示装置の全体構成図を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、図１に示す液晶表示装置で用いられる信号の波形図である。 図１に示すインバータをより詳細に示した図である。

Claims (5)

1. 複数のゲートラインと、前記ゲートラインに交差する複数のデータラインと、前記各ゲートラインとデータラインの交差点に形成された画素とからなる液晶パネルアセンブリ、
   外部のグラフィックソースから提供される画像データと同期信号とを受信して、前記液晶パネルアセンブリの駆動に必要な制御信号の生成及び前記画像データのフォーマット変換を行う信号制御部、
   前記液晶パネルアセンブリの駆動に必要な階調電圧及びゲート電圧を生成する電圧発生部、
   前記ゲート電圧に基づいて前記液晶パネルアセンブリのゲートラインを１水平走査期間単位で順次に走査するゲート駆動部、
   前記液晶パネルアセンブリ上のデータライン毎に前記信号制御部からの画像データに対応する階調電圧を選択するデータ駆動部、
   前記画像データの輝度分布に依存するアナログ値を有する第１輝度制御信号を生成し、フレーム周波数の整数倍に依存して決定されるパルスデューティ比を有する第２輝度制御信号を生成し、前記第１及び第２輝度制御信号を合成して、前記合成された信号に従ってランプ駆動信号を生成するインバータ、及び
   前記インバータから出力される駆動信号に従ってオン及びオフの状態並びに発光強度が制御されるランプ
   を含むことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記インバータは、
   前記画像データの輝度分布に依存するアナログ値を有する前記第１輝度制御信号を生成する第１ブロック、
   前記同期信号の周波数に依存して決定されるパルスデューティ比を有する前記第２輝度制御信号を生成する第２ブロック、及び
   前記第１ブロックと第２ブロックで生成された前記第１及び第２輝度制御信号を合成する合成部
   を含み、
   前記液晶表示装置は、さらに
   前記合成部から出力される信号に従って電流を生成するトランジスタ回路、及び
   前記トランジスタ回路から供給される電流に基づいて高電圧のランプ駆動信号を生成するランプ駆動部
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記第１ブロックは、前記画像データを輝度分布に基づいてカウントし、前記カウント結果から予め設定された輝度範囲に属する画像データの数を求め、この結果を基準テーブルに予め保存したデータと比較して、前記第１輝度制御信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１ブロックは、１水平走査期間単位で画像データの輝度分布をカウント及び計算することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記第１ブロックは、アナログ調光制御を利用し、前記第２ブロックは、パルス幅変調による調光制御を利用することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。

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