JP2007256488A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い色再現範囲を中間調領域においても維持する。
【解決手段】液晶表示装置は、互いに異なる複数の色成分の表示を行う複数の液晶画素ＰＸと、複数の色成分の階調を表す映像信号に対応して複数の液晶画素ＰＸを駆動する駆動部ＹＤ，ＸＤと、色再現範囲が最大階調から特定の中間調までほぼ一定になるように映像信号を補正する映像信号処理部１３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の液晶画素が例えば赤、緑、および青という互いに異なる色成分の表示を行う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において画像を表示するために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、この液晶表示パネルを照明するバックライト、並びにこれら表示パネルおよびバックライトを制御する表示制御回路を有する。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これら電極間に位置する液晶層の一部である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、並びにこれらゲートドライバ、ソースドライバ、およびバックライトを制御するコントローラ回路等を含む。

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を用いることが検討されている（特許文献１を参照）。この液晶表示パネルでは、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イ配向になる。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液晶をスプレイ配向からベンド配向に転移させてから表示動作を行う。
特開２００２−２０２４９１号公報

従来の液晶表示装置は、ＮＴＳＣ比７０．８％（ｓＲＧＢ規格）あるいは７１．７％（ＥＢＵ規格）という色再現範囲のものがほとんどである。この色再現範囲は、赤１００％、緑１００％、青１００％の出力に対して得られるｘｙ色度座標上の面積比で表される。しかし、実際の映像信号は大半において中間調を表しているため、色再現範囲が非常に狭いものになっている。この理由は、液晶表示装置の場合、単色の色純度が階調低下に伴って低下するためである。

本発明の目的は、広い色再現範囲を中間調領域においても維持できる液晶表示装置を提供することにある。

本発明によれば、互いに異なる複数の色成分の表示を行う複数の液晶画素と、複数の色成分の階調を表す映像信号に対応して複数の液晶画素を駆動する駆動部と、色再現範囲が最大階調から特定の中間調までほぼ一定になるように映像信号を補正する映像信号処理部とを備える液晶表示装置が提供される。

この液晶表示装置では、映像信号処理部が映像信号を補正することにより、再現範囲が最大階調から特定の中間調までほぼ一定になる。これにより、広い色再現範囲が中間調領域においても維持される。従って、複数の液晶画素に鮮やかな映像を表示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はこの液晶表示装置の回路構成を概略的に示す。液晶表示装置はテレビ受信機等での動画表示に適したＯＣＢモードの液晶表示パネルＤＰ、表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬ、および表示パネルＤＰおよびバックライトＢＬを制御する表示制御回路ＣＮＴを備える。バックライトＢＬは例えば光色純度のＬＥＤバックライトである。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イ配向からベンド配向に転移され、このベンド配向からスプレイ配向への逆転移が周期的に印加される黒表示の電圧により阻止される液晶材料を含む。表示制御回路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。スプレイ配向からベンド配向への転移は電源投入時に表示制御回路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液晶に印加することにより得られる。

図２は液晶表示パネルＤＰの断面構造を詳細に示す。アレイ基板１は、ガラス板等からなる透明絶縁基板ＧＬ、この透明絶縁基板ＧＬ上に形成される複数の画素電極ＰＥ、およびこれら画素電極ＰＥ上に形成される配向膜ＡＬを含む。対向基板２はガラス板等からなる透明絶縁基板ＧＬ、この透明絶縁基板ＧＬ上に形成されるカラーフィルタ層ＣＦ、このカラーフィルタ層ＣＦ上に形成される共通電極ＣＥ、およびこの共通電極ＣＥ上に形成される配向膜ＡＬを含む。液晶層３は対向基板２とアレイ基板１の間隙に液晶を充填することにより得られる。カラーフィルタ層ＣＦは、複数の画素電極ＰＥの列に重なるストライプとして並べられる例えば赤着色層、緑着色層、および青着色層を含む。図２では、液晶分子がスプレイ配向した状態にある。また、液晶表示パネルＤＰはアレイ基板１および対向基板２の外側に配置される一対の位相差板ＲＴ、これら位相差板ＲＴの外側に配置される一対の偏光板ＰＬ、およびアレイ基板１側の偏光板ＰＬの外側に配置される光源用のバックライトＢＬを備える。アレイ基板１側の配向膜ＡＬおよび対向基板２側の配向膜ＡＬは互いに平行にラビング処理される。これにより、液晶分子のプレチルト角は約１０°に設定される。

アレイ基板１では、複数の画素電極ＰＥが透明絶縁基板ＧＬ上において略マトリクス状に配置される。また、複数のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）が複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置され、複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）が複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される。これらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍には、複数の画素スイッチング素子Ｗが配置される。各画素スイッチング素子Ｗは例えばゲートがゲート線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間に接続される薄膜トランジスタからなり、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間で導通する。

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、それぞれ配向膜ＡＬで覆われ、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の一部である画素領域と共に液晶画素ＰＸを構成する。ここで、各行の液晶画素ＰＸは３個ずつ赤着色層、緑着色層、および青着色層に対向し互いに異なる複数の色成分である赤、緑、および青の表示をそれぞれ行う赤画素、緑画素、および青画素を構成し、さらに赤、緑、および青という色成分の階調値の組合せに応じた色を表示するカラー画素を構成する。また、複数の液晶画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有する。複数の補助容量線Ｃ１〜Ｃｍは各々対応行の液晶画素ＰＸの画素電極ＰＥに容量結合して補助容量Ｃｓを構成する。

表示制御回路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Ｙ１〜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、バックライトＢＬを駆動するバックライト駆動部ＬＤ、表示パネルＤＰの駆動用電圧を発生する駆動用電圧発生回路４、およびゲートドライバＹＤ、ソースドライバＸＤおよびバックライト駆動部ＬＤを制御するコントローラ回路５を備える。

駆動用電圧発生回路４は、ゲートドライバＹＤを介して補助容量線Ｃに印加される補償電圧Ｖeを発生する補償電圧発生回路６、ソースドライバＸＤによって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、および対向電極ＣＴに印加されるコモン電圧Ｖcomを発生するコモン電圧発生回路８を含む。コントローラ回路５は、外部信号源ＳＳから入力される同期信号ＳＹＮＣに基づいてゲートドライバＹＤに対する制御信号ＣＴＹを発生する垂直タイミング制御回路１１、外部信号源ＳＳから入力される同期信号ＳＹＮＣに基づいてソースドライバＸＤに対する制御信号ＣＴＸを発生する水平タイミング制御回路１２、および複数の画素ＰＸに対して外部信号源ＳＳからデジタル形式で入力される映像信号ＤＩを処理する映像信号処理回路１３を有する。制御信号ＣＴＹはゲートドライバＹＤに供給され、制御信号ＣＴＸは映像信号処理回路１３の処理結果と共にソースドライバＸＤに供給される。制御信号ＣＴＹは上述のように順次複数のゲート線Ｙを駆動する動作をゲートドライバＹＤに行わせるために用いられ、制御信号ＣＴＸは映像信号処理回路１３の処理結果として１行分の液晶画素ＰＸ単位に得られ直列に出力される映像信号ＤＯ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動作をソースドライバＸＤに行わせるために用いられる。

ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを導通させる駆動信号としてオン電圧を選択ゲート線Ｙに供給する。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を参照して映像信号ＤＯ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。

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。補償電圧Ｖeは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に対応した補助容量線Ｃ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の変動を補償するために用いられる。

上述の映像信号処理回路１３は、液晶表示パネルＤＰの色再現範囲が階調の低下に伴って低下する傾向にあるため、この色再現範囲が最大階調から特定の中間調までほぼ一定になるように映像信号ＤＩを補正する補正処理を行うように構成される。映像信号ＤＩはカラー画素によって表示される色を構成する赤、緑、および青の階調をそれぞれ表す赤、緑、および青色成分信号を含む。各色成分信号が８ビットであって、この色成分信号によって表される全階調数が第０階調から第２５５階調までの２５６個であるとすると、特定の中間調は最大階調である第２５５階調から全階調数の例えば１／２だけ低下した階調である第１２８階調に設定される。補正処理では、これら赤、緑、および青色成分信号が映像信号ＤＩから赤画素用、緑画素用、および画素用に抽出され、これら色成分信号の各々に基いて他の色成分信号が補正される。具体的には、赤、緑、および青色成分信号のいずれか１つ、例えば赤色成分信号によって表される階調が第１２８階調以上の階調である場合に、他の色成分信号である緑および青色成分信号が補正処理により増大され、処理結果として出力される。色再現範囲は、例えば１００％の赤色成分信号を出力するときに緑および青色成分信号についても２％出力し、９５％の赤色成分信号を出力するときに緑および青色成分信号についても１．８％出力するような形式で赤色成分に緑および青色成分を混色することにより一定にされる。図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は赤、緑および青色成分信号の入力階調値に対してそれぞれ出力される他の色成分信号の出力階調値を示す。赤、緑および青色成分信号の入力階調値が第１２８階調以上になると、他の色成分信号が補正処理により増大されることがわかる。

本実施形態によれば、色再現範囲を最大階調から特定の中間調までほぼ一定にするための混色が、液晶表示パネルＤＰの各カラー画素を構成する赤、緑、および青画素に対する赤、緑、および青色成分信号の各々よって表される最大階調から特定の中間調までの階調に基いて他の色成分信号によって表される階調を増大させることにより赤、緑、および青画素に対して行われる。これにより、広い色再現範囲が中間調領域においても維持されるようになり、液晶表示パネルＤＰに鮮やかな映像を表示させることができる。

混色の比率は上述の実施形態に限らず、ＬＥＤバックライトや液晶表示パネルＤＰの色特性および輝度特性に適合するように様々な値を取りうる。最大階調から特定の中間調までの階調数は広い色再現範囲を確保するために小さいほど良いが、この階調数を全階調数の１／４や上述の１／２（２５６階調のうちの１２８階調）にしても補正処理による混色の結果として広い色再現範囲を確保することが可能である。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。

例えば、映像信号処理回路１３は、液晶表示パネルＤＰの赤、緑、青の色度座標が階調の低下に伴って色純度の低下方向に変化する傾向にあるため、単色表示時の最大階調と特定の中間調との色差が一定になるように映像信号ＤＩを補正する補正処理をさらに行うように構成される。各色成分信号が８ビットであって、この色成分信号によって表される全階調数が第０階調から第２５５階調までの２５６個であるとすると、特定の中間調は最大階調である第２５５階調から全階調数の例えば１／２だけ低下した階調である第１２８階調に設定される。補正処理では、これら赤、緑、および青色成分信号が映像信号ＤＩから赤画素用、緑画素用、および画素用に抽出され、これら色成分信号の各々に基いて他の色成分信号が補正される。具体的には、赤、緑、および青色成分信号のいずれか１つ、例えば赤色成分信号によって表される階調が第１２８階調以上の階調である場合に、他の色成分信号である緑および青色成分信号が補正処理により増大され、処理結果として出力される。色再現範囲は、例えば１００％の赤色成分信号を出力するときに緑および青色成分信号についても２％出力し、９５％の赤色成分信号を出力するときに緑および青色成分信号についても１．８％出力するような形式で赤色成分に緑および青色成分を混色することにより一定にされる。この場合、図３の（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）と同様に、赤、緑および青色成分信号の入力階調値が第１２８階調以上になると、他の色成分信号が補正処理により増大される。

本変形例によれば、単色表示時の最大階調と特定の中間調との色差を一定にするための混色が、液晶表示パネルＤＰの各カラー画素を構成する赤、緑、および青画素に対する赤、緑、および青色成分信号の各々よって表される最大階調から特定の中間調までの階調に基いて他の色成分信号によって表される階調を増大させることにより赤、緑、および青画素に対して行われる。これにより、階調間で色度座標が一定になり、液晶表示パネルＤＰに鮮やかな映像を表示をさせることができる。

混色の比率は上述の実施形態に限らず、ＬＥＤバックライトや液晶表示パネルＤＰの色特性および輝度特性に適合するように様々な値を取りうる。最大階調から特定の中間調までの階調数は広い階調領域で色安定性を確保するために小さいほど良いが、この階調数を全階調数の１／４や上述の１／２（２５６階調のうちの１２８階調）にしても補正処理による混色の結果として広い階調領域で色安定性を確保することが可能である。

上述の実施形態および変形例では、液晶表示パネルＤＰがＯＣＢモードであったが、本発明は例えばＴＮ（Twist Nematic）モード、ＶＡ(Vertical Alignment)モード、ＩＰＳ(In-Plane Switching)モードにも適用することができる。この場合、バックライトＢＬは上述の実施形態と同様にＬＥＤバックライトであることが好ましい。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図である。 図１に示す液晶表示パネルの断面構造を示す図である。 図１に示す映像信号処理回路で行われる補正処理において赤、緑および青色成分信号の入力階調値に対して出力される他の色成分信号の出力階調値を示す図である。

符号の説明

１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…駆動用電圧発生回路、５…コントローラ回路、６…補償電圧発生回路、７…階調基準電圧発生回路、８…コモン電圧発生回路、１１…垂直タイミング制御回路、１２…水平タイミング制御回路、１３…映像信号処理回路、ＢＬ…バックライト、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…表示制御回路、ＬＤ…バックライト駆動部、ＹＤ…ゲートドライバ、ＸＤ…ソースドライバ。

Claims (8)

1. 互いに異なる複数の色成分の表示を行う複数の液晶画素と、前記複数の色成分の階調を表す映像信号に対応して前記複数の液晶画素を駆動する駆動部と、色再現範囲が最大階調から特定の中間調までほぼ一定になるように前記映像信号を補正する映像信号処理部とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記映像信号は、さらに単色表示時の最大階調と前記特定の中間調との色差が一定になるように補正されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記映像信号は前記複数の色成分の階調をそれぞれ表す複数の色成分信号を含み、前記映像信号処理部は前記複数の色成分信号の各々に基いて他の色成分信号を補正するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数の色成分信号のいずれか１つによって表される階調が前記特定の中間調を以上である場合に、前記他の色成分信号によって表される階調が増大されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記特定の中間調は各色成分信号によって表すことのできる全階調数の略半分だけ前記最大階調から低下した階調であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記特定の中間調は各色成分信号によって表すことのできる全階調数の略１／４だけ前記最大階調から低下した階調であることを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
7. 前記複数の色成分は少なくとも赤、緑、および青であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記複数の液晶画素はＬＥＤバックライトによって照明されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。

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