JP2006323073A

JP2006323073A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2006323073A
Application number: JP2005145461A
Authority: JP
Inventors: Kimitaka Terasaka; 公孝寺坂
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2005-05-18
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2006-11-30
Also published as: US20060262077A1

Abstract

【課題】一律の調光ではないコントラスト感を向上させ、画質品位を向上させる。
【解決手段】液晶表示装置１１のバックライト制御回路は、入力映像信号の表示開始位置から黒部を検出して上部のレターボックス部に対応する光源ＢＬ１，ＢＬ２の調光レベルを下げ、入力映像信号の映像表示部を検出して映像表示部に対応する光源ＢＬ３，ＢＬ４，ＢＬ５の調光レベルを通常の調光レベルとし、入力映像信号の黒部から表示終了位置を検出して下部のレターボックス部に対応する光源ＢＬ６，ＢＬ７の調光レベルを下げる。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばＯＣＢ(Optically Compensated Birefringence）モードの液晶表示パネルに適用される液晶表示装置に関する。

液晶表示装置に代表される平面表示装置は、コンピュータ、カーナビゲーションシステム、あるいはテレビ受信機等の表示装置として広く利用されている。

液晶表示装置は、一般に複数の液晶画素のマトリクスアレイを含む液晶表示パネル、およびこの表示パネルを制御する表示パネル制御回路を有する。液晶表示パネルはアレイ基板および対向基板間に液晶層を挟持した構造である。

アレイ基板は略マトリクス状に配置される複数の画素電極、複数の画素電極の行に沿って配置される複数のゲート線、複数の画素電極の列に沿って配置される複数のソース線、複数のゲート線および複数のソース線の交差位置近傍に配置される複数のスイッチング素子を有する。各スイッチング素子は例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなり、１ゲート線が駆動されたときに導通して１ソース線の電位を１画素電極に印加する。対向基板には、アレイ基板に配置された複数の画素電極に対向するように共通電極が設けられる。一対の画素電極および共通電極は液晶層の画素領域と共に画素を構成し、画素領域において液晶分子配列を画素電極および共通電極間の電界によって制御する。表示パネル制御回路は複数のゲート線を駆動するゲートドライバ、複数のソース線を駆動するソースドライバ、およびこれらゲートドライバおよびソースドライバの動作タイミングを制御するコントローラ等を含む。

液晶表示装置が主に動画を表示するテレビ受信機用である場合、液晶分子が良好な応答性を示すＯＣＢモードの液晶表示パネルが一般的に用いられている（特許文献１を参照）。この液晶表示パネルでは、ＯＣＢ液晶が画素電極および共通電極上で互いに平行にラビングされた配向膜によって電源投入前においてほとんど寝ているスプレー配向になる。液晶表示パネルは、電源投入に伴う初期化処理で印加する比較的強い電界によりこれらＯＣＢ液晶をスプレー配向からベンド配向に転移させてから表示動作を行う。

ＯＣＢ液晶が電源投入前にスプレー配向となる理由は、スプレー配向が液晶駆動電圧の無印加状態でエネルギー的にベンド配向よりも安定であるためである。このようなＯＣＢ液晶は一旦ベンド配向に転移しても、スプレー配向のエネルギーとベンド配向のエネルギーとが拮抗するレベル以下の電圧印加状態や電圧無印加状態が長期間続く場合に再びスプレー配向に逆転移してしまうという性質を有する。スプレー配向では、視野角特性がベンド配向に対して大きく異なることから表示異常となる。

従来、ベンド配向からスプレー配向への逆転移を防止するため、例えば１フレームの画像を表示するフレーム期間の一部で大きな電圧をＯＣＢ液晶に印加する駆動方式がとられている。ノーマリホワイトの液晶表示パネルでは、この電圧が黒表示となる画素電圧に相当するため、黒挿入駆動と呼ばれる。
特開２００２−２０２４９１号公報

ところで、従来のＡＩ機能つきテレビセットでは、シーンに応じて画面の明るさを調整するべくバックライトの調光を行っていた。

しかしながら、このようなバックライトの調光では、表示する入力映像信号に応じて、表示画面全体を一律にしか調光（輝度調整）できないという不具合があった。

本発明の目的は、一律の調光ではないコントラスト感を向上させ、画質品位を向上させた液晶表示装置を提供することである。

本発明によれば、入力映像信号に応じて液晶表示パネルに映像を表示する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルを表示裏面側から照明する複数の光源を有するバックライトと、前記複数の光源を個々に駆動制御するバックライト制御回路とを備え、前記バックライト制御回路は、前記入力映像信号に応じて前記複数の光源個々の輝度を制御することを特徴とする液晶表示装置が提供される。

この液晶表示装置によれば、例えばレターボックス表示を行わせたときに表示面のレターボックス部で黒表示であるべきところが白く光り抜けするいわゆる黒浮きをなくすために、黒帯部直下のバックライト輝度を低くするよう調整するといったことが可能となる。従って、コントラスト感を向上させ、画質品位を向上させることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。

図１は、第１実施例に係る液晶表示装置１１の回路構成を概略的に示す。液晶表示装置１１は液晶表示パネルＤＰ、表示パネルＤＰに接続される表示パネル制御回路ＣＮＴ、表示パネルＤＰを照明する複数の光源（図示せず）、これらの光源（図示せず）を駆動制御するバックライト制御回路ＬＤを備える。液晶表示パネルＤＰは一対の電極基板であるアレイ基板１および対向基板２間に液晶層３を挟持した構造である。液晶層３は例えばノーマリホワイトの表示動作のために予めスプレー配向からベンド配向に転移されベンド配向からスプレー配向への逆転移が周期的に印加される黒表示用電圧により阻止されるＯＣＢ液晶を液晶材料として含む。表示パネル制御回路ＣＮＴはアレイ基板１および対向基板２から液晶層３に印加される液晶駆動電圧により液晶表示パネルＤＰの透過率を制御する。スプレー配向からベンド配向への転移は電源投入時に表示パネル制御回路ＣＮＴにより行われる所定の初期化処理で比較的大きな電界をＯＣＢ液晶に印加することにより得られる。

アレイ基板１は、例えばガラス等の透明絶縁基板上に略マトリクス状に配置される複数の画素電極ＰＥ、複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置される複数のゲート線Ｙ（Ｙ０〜Ｙｍ）、複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、並びにこれらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍に配置され各々対応ゲート線Ｙを介して駆動されたときに対応ソース線Ｘおよび対応画素電極ＰＥ間で導通して複数の画素スイッチング素子Ｗを有する。各画素スイッチング素子Ｗは例えば薄膜トランジスタからなり、薄膜トランジスタのゲートがゲート線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Ｘおよび画素電極ＰＥ間に接続される。

対向基板２は例えばガラス等の透明絶縁基板上に配置されるカラーフィルタ、および複数の画素電極ＰＥに対向してカラーフィルタ上に配置される共通電極ＣＥ等を含む。各画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥは例えばＩＴＯ等の透明電極材料からなり、互いに平行にラビング処理される配向膜でそれぞれ覆われ、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の画素領域と共に画素ＰＸを構成する。

また、複数の画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有し、さらに複数の補助容量Ｃｓの一端に接続される。各補助容量Ｃｓは、この画素ＰＸの画素電極ＰＥとこの画素ＰＸに一方側で隣接し画素ＰＸの画素スイッチング素子Ｗを制御する前段のゲート線Ｙとの容量結合により形成され、この画素スイッチング素子Ｗの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。尚、図１は、表示画面を構成する複数の画素ＰＸのマトリクスアレイに対して周囲に配置される複数のダミー画素を省略して描かれている。これらダミー画素は表示画面内の画素ＰＸと同様に配線され、寄生容量等に関して表示画面内の全画素ＰＸを同一条件にするために設けられものである。ゲート線Ｙ０はこのようなダミー画素に対するゲート線である。

表示パネル制御回路ＣＮＴは、複数のスイッチング素子Ｗを行単位に導通させるように複数のゲート線Ｙ０〜Ｙｍを順次駆動するゲートドライバＹＤ、各行のスイッチング素子Ｗが対応ゲート線Ｙの駆動によって導通する期間において画素電圧Ｖsを複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ出力するソースドライバＸＤ、複数の画素ＰＸに対して１フレーム期間（垂直走査期間）毎に外部信号源ＳＳから入力される複数の画素データからなる画像データに対して解像度および階調等の変換を行う画像データ変換回路４、およびこの画像データ変換回路４の変換結果として得られる画像データに対してゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤの動作タイミング等を制御するコントローラ５を含む。画素電圧Ｖsは共通電極ＣＥのコモン電圧Ｖcomを基準として画素電極ＰＥに印加される電圧であり、例えばフレーム反転駆動およびライン反転駆動を行うようコモン電圧Ｖcomに対して極性反転される。

ゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤは例えばアレイ基板１の外縁に沿って配置されるフレキシブル配線シートにマウントされた集積回路（ＩＣ）チップである。他方、画像データ変換回路４およびコントローラ５は外部のプリント配線板ＰＣＢ上に配置される。コントローラ５は、上述のように順次複数のゲート線Ｙを駆動するための制御信号ＣＴＹおよび、画像データ変換回路４の変換結果として１行分の画素ＰＸ単位に得られ直列に出力される画素データＤＡＴＡを複数のソース線Ｘにそれぞれ割り当てると共に出力極性を指定する制御信号ＣＴＸ等を発生する。制御信号ＣＴＹはコントローラ５からゲートドライバＹＤに供給され、制御信号ＣＴＸは画像データ変換回路４から変換結果として得られる画素データＤＡＴＡと共にコントローラ５からソースドライバＸＤに供給される。

表示パネル制御回路ＣＮＴはさらに１行分のスイッチング素子Ｗが非導通となるときにこれらスイッチング素子Ｗに接続されるゲート線Ｙに一方側で隣接する前段の隣接ゲート線ＹにゲートドライバＹＤを介して印加されこれらスイッチング素子Ｗの寄生容量によって１行分の画素ＰＸに生じる画素電圧Ｖsの変動を補償する補償電圧Ｖeを発生する補償電圧発生回路６、および画像データＤＡＴＡを画素電圧Ｖsに変換するために用いられる所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを発生する階調基準電圧発生回路７を含む。

ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により１フレーム期間において複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間だけ導通させるオン電圧を選択ゲート線Ｙに供給する。画像データ変換回路４は１行分の画素ＰＸに対する画素データＤＡＴＡからなる変換結果を１水平走査期間毎に出力し、ソースドライバＸＤは上述の階調基準電圧発生回路７から供給される所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを参照してこれら画素データＤＡＴＡをそれぞれ画素電圧Ｖsに変換し、複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列的に出力する。

ゲートドライバＹＤが例えばゲート線Ｙ１をオン電圧により駆動してこのゲート線Ｙ１に接続された全ての画素スイッチング素子Ｗを導通させると、ソース線Ｘ１〜Ｘｎ上の画素電圧Ｖsがこれら画素スイッチング素子Ｗをそれぞれ介して対応画素電極ＰＥおよび補助容量Ｃｓの一端に供給される。また、ゲートドライバＹＤはこのゲート線Ｙ１に隣接した前段のゲート線Ｙ０に補償電圧発生回路６からの補償電圧Ｖeを出力し、ゲート線Ｙ１に接続された全ての画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間だけ導通させた直後にこれら画素スイッチング素子Ｗを非導通にするオフ電圧をゲート線Ｙ１に出力する。補償電圧Ｖeはこれら画素スイッチング素子Ｗが非導通になったときにこれらの寄生容量によって画素電極ＰＥから引き抜かれる電荷を低減して画素電圧Ｖsの変動、すなわち突き抜け電圧ΔＶｐを実質的にキャンセルする。

また、バックライト制御回路ＬＤは、詳しくは後述するが、コントローラ５からの入力映像信号に応じて複数の光源（図示せず）に対して各々の輝度を制御する。

図２は、液晶表示装置１１の表示例を示すものである。この液晶表示装置１１の表示面１２は、入力平均信号レベル５０％の映像表示部１３と、信号レベル０の上部と下部に設けられたレターボックス部１４とから構成される表示例である。

ここで、本発明を説明する前に従来の表示について説明する。

図２に示す表示例においては、従来、映像表示部１３のシーンに合わせて、表示面１２の図示しないバックライトの調光を制御していた。この映像表示部１３のシーンに合わせて調光を明るく設定すると、画面全体の光源輝度を明るく制御するため、上部と下部のレターボックス部１４の黒表示が白く浮くという問題を有していた。

図３は、第１実施例の液晶表示装置１１に設けられたバックライトの光源の配置例を示すものである。本実施例では、光源をＢＬ１〜ＢＬ７までの７本設けている。この光源ＢＬ１〜ＢＬ７は、例えば、ＣＣＦＬ（冷陰極管）が用いられる。

また、光源ＢＬ１〜ＢＬ７は、バックライト制御回路ＬＤによって、それぞれ輝度が制御される。

なお、図２に示す表示例においては、光源ＢＬ１、ＢＬ２が上部のレターボックス部１４に対応し、光源ＢＬ３，ＢＬ４，ＢＬ５が映像表示部１３に対応し、光源ＢＬ６，ＢＬ７が下部のレターボックス部１４に対応している。

次に、このような構成において第１実施例のバックライト制御動作を図４を参照して説明する。

まず、垂直同期信号Ｖsync５１の期間に、図２に示す表示例に対応する入力映像信号５２が入力されたとする。

この際、入力映像信号５２は、最初に映像信号無し部５２ａ、続いて黒部５２ｂ、映像表示部（任意）５２ｃ、黒部５２ｄ、最後に映像信号無し部５２ｅとして入力される。黒部５２ｂの開始が表示開始位置となり、黒部５２ｄの終了が表示終了位置となる。

図２の表示例と対比すると、黒部５２ｂが上部のレターボックス部１４に対応し、映像表示部５２ｃが映像表示部１３に対応し、黒部５２ｄが下部レターボックス部１４に対応する。

従来のバックライトの輝度は、ＢＬ調光レベル５３に示すように入力映像信号５２に対して一定である。上述したように、従来は、画面全体の光源輝度を制御するため、上部と下部のレターボックス部１４の黒表示が白く浮くという問題を有している。

そこで、本実施例のバックライト制御回路ＬＤは、コントローラ５からの入力映像信号５２を検出して（輝度レベル及び輝度分布）、光源ＢＬ１〜ＢＬ７の輝度を制御する。

本発明のＢＬ調光レベル５４で示すように、バックライト制御回路ＬＤは、表示開始位置から黒部５２ｂを検出して上部のレターボックス部１４に対応する光源ＢＬ１，ＢＬ２の調光レベルを下げ、映像表示期間５２ｃを検出して映像表示部１３に対応する光源ＢＬ３，ＢＬ４，ＢＬ５の調光レベルを映像表示レベルとし、黒部５２ｄから表示終了位置を検出して下部のレターボックス部１４に対応する光源ＢＬ６，ＢＬ７の調光レベルを下げる。

垂直同期信号のＶsync期間５５に示すように、映像信号無し部５２ａはブランキング期間であり、黒部５２ｂと映像表示部５２ｃと黒部５２ｄとは映像表示期間であり、映像信号無し部５２ｅはブランキング期間である。

入力信号レベル５６に示すように、映像表示部５２ｃで入力信号レベルが高くなっている。

すなわち、本実施例では、入力映像信号５２により、入力信号レベル５６の表示領域内の輝度レベルの低い黒帯部分（黒部５２ｂ、５２ｄ）を検出し、光源ＢＬ１〜ＢＬ７をそれぞれ独立して調光レベル（輝度）を制御し、映像表示部１３の映像信号レベルによらず上部と下部のレターボックス部１４の黒浮きを抑えることができる。

次に、第２実施例について説明する。

図５，６は、バックライトの光源として３色の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記述する）を用いた液晶表示装置３１を示すものである。この液晶表示装置３１は、図５に示すようにバックライトの光源として、複数のＢＬＵＥ用ＬＥＤ３３、ＧＲＥＥＮ用ＬＥＤ３４、ＲＥＤ用ＬＥＤ３５とを有している。複数のＢＬＵＥ用ＬＥＤ３３、ＧＲＥＥＮ用ＬＥＤ３４、ＲＥＤ用ＬＥＤ３５は、ある法則に沿って並べられている。

また、この液晶表示装置３１は、図６に示すように、バックライトの光源としての複数のＬＥＤ上に表示面４２が設けられている。

基本的な回路構成は、図１に示す構成と同じであるが、バックライト制御回路ＬＤがＬＥＤの発光を制御するバックライト制御回路３０に変更される。

第１実施例は、ＣＣＦＬ（冷陰極管）が直下式の場合で、ＣＣＦＬ（冷陰極管）の配置に沿った入力映像に有効であった。

それに対して、第２実施例では、３色のＬＥＤをバックライトの光源として用いるので、バックライト輝度の特性を最適に制御することにより、高品位な映像表示を提供する。すなわち、バックライト制御回路３０は、コントローラ５からの入力映像信号５２を検出して、各色のＬＥＤの輝度を最適に制御する。

図６に示すように、例えば、表示面４２に対して、ＷＨＩＴＥ表示部４３、ＧＲＥＥＮ表示部４４、ＲＥＤ表示部４５、黒表示部４６とがあったとする。

この場合、バックライト制御回路３０は、ＷＨＩＴＥ表示部４３の領域の各色ＬＥＤ（３３，３４，３５）を、最適なＷＨＩＴＥ表示となるよう点灯制御する。同様に、バックライト制御回路３０は、ＧＲＥＥＮ表示部４４の領域の各色のＬＥＤを、最適なＧＲＥＥＮ表示となるよう点灯制御する。同様に、バックライト制御回路３０は、ＲＥＤ表示部４５の領域の各色のＬＥＤを、最適なＲＥＤ表示となるよう点灯制御する。同様に、バックライト制御回路３０は、黒表示部４６の領域の各色のＬＥＤを、最適な黒表示となるよう点灯制御する。

このように、バックライトの光源としての各色のＬＥＤ（３３，３４，３５）を点灯制御することにより、よりコントラスト感のある画質を実現することができる。

上述したように、第１実施例のようなＣＣＦＬ（冷陰極管）のみに関わらず、第２実施例に示すように発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたバックライトの場合も、有効な点灯制御を行うことができる。

以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、液晶表示装置の表示面のレターボックス部で、黒表示であるべきところが白く光り抜けする黒浮きをなくすために、黒部（黒帯部分）直下のバックライト輝度を低くするよう調光することにより、コントラスト感を向上させ、画質品位の向上を図ることができる。

本発明の一実施の形態の第１実施例に係る液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図。液晶表示装置の表示例を示す図。第１実施例の液晶表示装置に設けられたバックライトの光源の配置例を示す図。第１実施例のバックライト制御動作を示す図。第２実施例の３色のＬＥＤを用いた液晶表示装置の概略構成を示す図。液晶表示装置の表示例を示す図。

符号の説明

１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…画像処理回路、５…コントローラ、６…補償電圧発生回路、７…階調基準電圧発生回路、１１，３１…液晶表示装置、１２，４２…表示面、１３…映像表示部、１４…レターボックス部、３０，ＬＤ…バックライト制御回路、ＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４，ＢＬ５，ＢＬ６，ＢＬ７…光源、ＤＰ…液晶表示パネル、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極、ＣＬＣ…液晶容量、Ｃｓ…補助容量、ＰＸ…液晶画素、Ｗ…スイッチング素子、Ｙ…ゲート線、Ｘ…ソース線、ＣＮＴ…表示パネル制御回路、ＹＤ…ゲートドライバ、ＸＤ…ソースドライバ。

Claims

入力映像信号に応じて液晶表示パネルに映像を表示する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルを表示裏面側から照明する複数の光源を有するバックライトと、前記複数の光源を個々に駆動制御するバックライト制御回路とを備え、前記バックライト制御回路は、前記入力映像信号に応じて前記複数の光源個々の輝度を制御することを特徴とする液晶表示装置。
前記バックライト制御回路は、前記入力映像信号の輝度レベル及び輝度分布を検出し、この検出した輝度レベル及び輝度分布に応じて前記複数の光源個々の輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記複数の光源は複数の冷陰極管であって、前記バックライト制御回路は、前記入力映像信号の輝度レベル及び輝度分布を検出し、この検出した輝度レベル及び輝度分布に応じて前記複数の冷陰極管個々の輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記複数の光源は複数の発光ダイオードであって、前記バックライト制御回路は、前記入力映像信号の輝度レベル及び輝度分布を検出し、この検出した輝度レベル及び輝度分布に応じて前記複数の発光ダイオード個々の輝度を制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記複数の光源は複数の冷陰極管であって、前記バックライト制御回路は、前記入力映像信号の輝度レベル及び輝度分布を検出し、この検出した輝度レベル及び輝度分布の特定領域に暗部または明部の偏りがある場合、暗部領域に対応する冷陰極管の輝度をより暗く制御し、明部領域に対応する冷陰極管の輝度をより明るく制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記複数の光源は複数の発光ダイオードであって、前記バックライト制御回路は、前記入力映像信号の輝度レベル及び輝度分布を検出し、この検出した輝度レベル及び輝度分布の特定領域に暗部または明部の偏りがある場合、暗部領域に対応する発光ダイオードの輝度をより暗く制御し、明部領域に対応する発光ダイオードの輝度をより明るく制御することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。