JP2008197334A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、バックライト光源からの出射光を液晶パネルに照射して画像を表示する液晶表示装置において、バックライト光源からの出射光を所定径の光スポットとし、さらに液晶パネル上を水平方向と垂直方向に所定のタイミングで2次元スキャンする構成による動画表示特性を改善する装置に関するものである。 According to the present invention, in a liquid crystal display device that displays an image by irradiating light emitted from a backlight light source onto a liquid crystal panel, the light emitted from the backlight light source is a light spot having a predetermined diameter, and the liquid crystal panel has a horizontal direction. The present invention relates to an apparatus for improving moving image display characteristics by a configuration in which two-dimensional scanning is performed at a predetermined timing in the vertical direction.
液晶表示装置(以下LCDという)は、「苗村省平:はじめての液晶ディスプレイ技術,工業調査会,P188」にあるようにホールド型であり、一般的に、その動画表示性能がインパルス型である陰極線管表示装置(以下CRTという)に比べると劣っている。 The liquid crystal display device (hereinafter referred to as LCD) is a hold type as described in “Shinpei Naemura: First Liquid Crystal Display Technology, Industrial Research Committee, P188”, and in general, a cathode ray whose moving image display performance is an impulse type. It is inferior to a tube display device (hereinafter referred to as CRT).
この改善策として、画像の動きを検出し、動き検出結果に応じた周期、位相またはパルス幅の異なる調光パルスに応じて光源を断続的に駆動することにより、動きの量に応じた最適なタイミングで光源を発光させるものがある(例えば、特許文献1参照。)。また、複数のバックライトを液晶パネルの線順次走査にあわせて順次点滅させるスキャンバックライト方式もある(例えば、非特許文献1参照)。
しかしながら、従来の動画特性改善による液晶表示装置では、例えば特許文献1による液晶表示装置では、画像の動き検出手段ならびにバックライト調光手段が必要で、これを実現するためには高速な演算処理を行う手段が必要であり、また、非特許文献1による液晶表示装置では、バックライトが複数必要なこと、複数のバックライトに対し各々に調光制御が必要なこと、さらには同文献中にも記述されているが画面輝度が大幅に低下するという問題があった。
However, in the conventional liquid crystal display device with improved moving image characteristics, for example, the liquid crystal display device according to
本発明は、比較的簡単な構成により、インパルス型の表示装置に近い動画表示特性を有し、かつ、画面輝度の低下が少ない液晶表示装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device having a moving image display characteristic close to that of an impulse-type display device with a relatively simple configuration, and with little reduction in screen luminance.
この発明による液晶表示装置は、パネル背面からの入射光を映像信号に基づいて透過あるいは遮断してパネル前面に画像を表示する液晶パネルと、前記液晶パネルを上から下に線順次走査駆動するドライバと、前記ドライバを制御する制御信号を出力するタイミングコントローラと、所定サイズの光スポットを出射する光源と、前記光スポットを前記液晶パネル背面の水平方向と垂直方向に各々所定の周期にて2次元走査する2次元スキャン手段とを備えることを特徴とする。 A liquid crystal display device according to the present invention includes a liquid crystal panel that transmits or blocks incident light from the back of the panel based on a video signal and displays an image on the front of the panel, and a driver that scans the liquid crystal panel line-sequentially from top to bottom. A timing controller that outputs a control signal for controlling the driver; a light source that emits a light spot of a predetermined size; and the light spot that is two-dimensionally in a horizontal direction and a vertical direction on the back surface of the liquid crystal panel at predetermined cycles. And two-dimensional scanning means for scanning.
本発明は、LCDのバックライトを、光スポットを2次元スキャンする構成としたので、インパルス型と同様な動画特性が得られるという効果がある。 In the present invention, since the backlight of the LCD is configured to two-dimensionally scan the light spot, there is an effect that moving image characteristics similar to those of the impulse type can be obtained.
実施の形態1.
図1はこの発明装置の実施の形態1のLCDの概略機能を示す機能ブロック図である。図中、液晶パネル1の背面は、バックライト光源2から出射され、2次元スキャン手段4で走査された光スポット3で照明される。タイミングコントローラ5は、2次元スキャン手段4を制御する走査制御信号と画像信号の垂直同期信号ならびに水平同期信号などに基づき液晶パネル1を上ラインから下ラインへ線順次走査する液晶パネル制御信号を生成し、ドライバ6はこの液晶パネル制御信号に基づき前記液晶パネル1の画素を駆動する。
FIG. 1 is a functional block diagram showing schematic functions of the LCD according to
図2はこの発明の実施の形態1において、光スポット3の液晶パネル1の背面における2次元スキャンの走査の順序の一例を示す模式図である。図中、矢印は光スポット3が液晶パネル1の背面を走査する順序を示している。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the scanning order of two-dimensional scanning on the back surface of the
図3はこの発明の実施の形態1において、液晶パネル1の線順次走査における液晶パネルの応答時間を考慮した各ラインの画素遷移領域と画素安定領域を示す図である。縦軸は液晶パネル1のラインを、横軸は時間軸を示す。なお、縦軸最上方は液晶パネル1の最上方1ライン目を示し、最下方は液晶パネル1の最下位ラインを示す。
FIG. 3 is a diagram showing the pixel transition area and the pixel stability area of each line in consideration of the response time of the liquid crystal panel in line sequential scanning of the
図4はこの発明の実施の形態1において、図3を部分的に拡大した図である。各ラインに対し光スポット3がスキャンしている時間を示すスキャン領域が加筆図示してある。スキャン領域の開始タイミング、言い換えると、垂直同期信号を起点として2次元スキャンを開始する遅延時間の範囲が幾何的に判るような摸式図となっている。
4 is a partially enlarged view of FIG. 3 in the first embodiment of the present invention. A scanning region indicating the time during which the
図5はこの発明の実施の形態1において、光スポット3の水平方向の光量積分値が一定でない場合における2次元スキャンの走査の方法を示す模式図である。同図の左側は図2と同様に光スポット3の2次元スキャンの順番と光スポット3のオーバラップを示し、右側は縦軸を液晶パネル1の垂直方向位置、横軸をライン単位の光量積分値とした図を示す。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a scanning method of a two-dimensional scan when the horizontal light amount integral value of the
液晶パネル1はCRTと違い画素データ(透過率)の更新後、画素の透過率が保持されるホールド型である。したがってバックライトを点滅させずに一定に照射すると、動画再生時において、人間の眼の追従動作ならびに視覚系の時間積分効果の相乗作用によってボケが生じる。一方CRTは1画素が発光している期間が充分短いインパルス型であるので、時間積分効果は無視することができ、画像のボケは発生しない。したがってLCDのバックライトを画素に対しインパルス型にすれば動画においても画像ボケは生じず、CRTと同等な動画再生性能が実現できることになる。
Unlike the CRT, the
本発明は、液晶パネル1のバックライトを所定サイズの光スポットにし、さらにCRTと同様に液晶パネル1の背面を上から下の順へライン走査を行うものである。こうすることにより、液晶パネル1の1画素が発光する期間は大幅に短縮され、インパルス型の表示が実現できる。
In the present invention, the backlight of the
以下、実施の形態1の動作について、図1から図4の図を用いて詳細に説明する。図1に示す液晶パネル1は、総ライン数Nの線順次走査の駆動方式によるものである。本液晶パネル1は、最上位ラインを1ラインとし、最下位ラインをNラインとする構成とする。そして映像信号の垂直同期信号を起点として、まず最上位ラインを駆動更新し、順次1ラインずつ下方に最下位ラインであるNラインまで水平同期信号と同期して駆動更新する。従って、1ライン毎のライン更新周期は水平同期信号周期と略同一である。垂直同期信号の周期をTとすると、1ライン毎の更新周期dtは、水平同期信号ごとにNライン水平走査を行うので次式となる。
Hereinafter, the operation of the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4. The
タイミングコントローラ5ならびにドライバ6は、映像信号に基づいて、液晶パネル1を線順次走査駆動する機能を持つ。
The
光スポット3は、光スポット3の中の光量分布がほぼ一定である場合においては、液晶パネル1の縦方向の総画素長に対し整数分の1の縦寸法をもつサイズをもつものと見なせる。図1、図2に示した例は、光スポット3の縦方向のサイズは液晶パネル1の縦総画素長に対し5分の1に設定している。従ってこの例では、垂直同期信号の1周期毎に5回の水平スキャンを順次上から下へ光スポット3を液晶パネル1の背面を2次元走査する構成となっている。この図では水平スキャンの方向は左から右となっているが、逆でも良い。
When the light amount distribution in the
例えば液晶パネル1がHD1080p規格であると仮定すれば、総ライン数Nは1125本である。また、光スポット3の縦方向サイズは、本図のように例えば総ライン数の5分の1とすれば225本となる。一方、水平総画素数は2200であり、光スポット3の水平方向サイズは縦方向のサイズと同一とすれば、水平総画素数に対する光スポット3の水平方向サイズは約9.78分の1と計算できる。従って、液晶パネル1の全画素面に対する光スポット3のサイズ(光スポット3の形状は正方形と仮定)は、次式となる。
For example, assuming that the
液晶パネル1の全画面に対し、48.9分の1の面積の光スポット3が同一期間で走査することになるから、1画素当りの照射時間は従来の方法に比べ約48.9分の1となり、大幅な照射時間の短縮が可能となる。結果として、インパルス型に近い特性となり、ボケの無い動画表示性能を実現することが可能となる。
Since the
次に、効率的な光スポット3の形状と走査順序について説明する。図2は、液晶パネル1の背面を光スポット3が走査する順序の一例である。この図では光スポット3の形状は方形で定義してある。これは光スポット3の光量分布が均一であったとしても、光スポット3の水平方向長さが不均一であれば、水平走査によって垂直方向の画素の照射時間に差が生じる。光スポット3の水平方向長さが長い領域にて走査された画素(ライン)は明るく、逆に水平方向長さが短い領域にて走査された画素(ライン)は暗くなる。そこで、この実施例では光スポット3の形状を、水平方向の長さが均一な方形としている。
Next, an efficient shape of the
このように、光スポット3の形状は、光スポット3の光量分布が均一な場合は方形が望ましいが、光量分布が均一でない場合においてはこの限りではない。各画素ラインにおける光スポット3の光量分布の水平方向の積分値が一定値となるような形状が最適な解となる。
Thus, the shape of the
図2において、光スポット3は垂直同期信号を起点として、液晶パネル1の背面を、最初にaの位置からaaの位置へ走査する。つぎにaaの位置からbの位置に瞬時に移動する。さらに同様にbからbbそしてcへ、cからccそしてdへ、と繰り返し、最後にeからeeに移動後、起点のaに瞬時に移動する。これら一連の動作は、垂直同期信号の1周期で完結するように行われる。このように操作軌跡を定義すれば、光スポット3は常に液晶パネル1を消灯することなく走査するので光の利用効率が良く、結果として明るい画面表示が可能となる。さらに走査順序を液晶パネル1の線順次走査と同一方向、すなわち画面上から下へ走査するように定義し、さらに線順次走査と同一周期で定義したので、後に述べる液晶パネル1の液晶パネルの応答時間による影響を受けない構成とすることが出来る。
In FIG. 2, the
このような光スポット3の走査は、図1の2次元スキャン手段4によって行われ、具体的には例えば2つのポリゴンミラー(図示せず)によって実現できる。水平方向の走査を行う水平走査用ポリゴンミラーと、垂直方向の走査を行う垂直走査用ポリゴンミラーとを直列に組み合わせることで構成することができる。
Such scanning of the
バックライト光源2は、強い光量の白色光を出力する機能が要求される。本実施例では点滅の必要が無く、所定の光量を供給するだけで良く、発光指令値に対し高速応答する必要は無い。従って、バックライト光源2は、水銀ランプや白色LEDなどをはじめ、多種多様な光源で構成できる。
The
上記は、各画素ラインにおける光スポット3の光量分布の水平方向の積分値が一定値となるような形状を例に説明を行ったが、この条件を満たさない場合においても本発明は適用可能である。図5に、光スポット3の光量分布が一定ではない場合に好適な2次元スキャンの例を示す。
In the above description, the shape in which the integral value in the horizontal direction of the light amount distribution of the
図5において、光スポット3のサイズは、液晶パネル1の縦方向の総画素長に対し1垂直スキャンにおける水平スキャン回数分の1以上の大きさを有している。さらに、その各画素ラインにおける光スポット3の光量分布の水平方向の積分値は、同図右側の点描領域で示されているように、光スポットの中心領域では大きな値で上下両側では小さくなる略台形の特性をしているものとする。
In FIG. 5, the size of the
このような場合において、図2の説明と同様に、光スポット3は垂直同期信号を起点として、液晶パネル1の背面を、最初にaの位置からaaの位置へ走査する。つぎにaaの位置からbの位置に瞬時に移動する。さらに同様にbからbbそしてcへ、cからccそしてdへ、と繰り返し、最後にeからeeに移動後、起点のaに瞬時に移動する。これら一連の動作は、垂直同期信号の1周期で完結するように行われる。このように操作軌跡を定義すれば、光スポット3は常に液晶パネル1を消灯することなく走査するので光の利用効率が良く、結果として明るい画面表示が可能となる。さらに走査順序を液晶パネル1の線順次走査と同一方向、すなわち画面上から下へ走査するように定義し、さらに線順次走査と同一周期で定義したので、後に述べる液晶パネル1の液晶パネルの応答時間による影響を受けない構成とすることが出来る。これは既に図2で説明した効果と同一である。
In such a case, as in the description of FIG. 2, the
さらに、光スポット3の光量分布の水平方向の積分値において、下側光量減少領域を次の水平走査の上側光量減少領域とオーバラップさせる構成とする。同図右側の縦線領域が前回水平スキャン分の下側光量不足分と、今回水平スキャンの上側光量不足分のオーバラップを示すものである。このオーバラップ量は単純にライン単位の光量積分値に加算することができるので同図横軸に加算され、液晶パネル1の垂直方向位置に寄らず略一定の光量を実現することができる。このことから、液晶パネル1の全画素に対し一定光量の2次元スキャンが可能となる。
Further, in the horizontal integrated value of the light amount distribution of the
次に、液晶パネル1の液晶の光学応答時間に対する対応について説明する。この光学応答時間とは、液晶パネル1の液晶に駆動電圧を印加したときに透過光強度が駆動電圧に対して充分に時間を経過した最終値に対し誤差が所定値(例えば10%)以内になるまでの時間と定義する。従って、ドライバ6から駆動信号が印加されても、直ぐには液晶パネル1の画素は反応せず、液晶パネルの応答時間後に透過光強度がほぼ駆動信号通りの画素が確定することになる。ここでは、液晶パネル1の画素が応答中である状態を画素遷移領域、応答時間後の画素が確定した状態を画素安定領域と定義する。
Next, a response to the optical response time of the liquid crystal of the
図3は、液晶パネル1の線順次走査において液晶パネルの応答時間を考慮した各ラインの画素遷移領域と画素安定領域を示す図である。縦軸は液晶パネル1のラインを、横軸は時間軸を示す。なお、縦軸最上方は液晶パネル1の最上方1ライン目を示し、最下方は液晶パネル1の最下位ラインを示す。また、縦軸には、有効画素の領域を示す有効画素ラインと、総画素の領域を示す総画素ライン(総画素ライン数はN)を示している。有効画素ラインでない領域はいわゆる垂直走査信号の帰線期間である。また本図において、tdは液晶パネルの応答時間である。
FIG. 3 is a diagram showing a pixel transition region and a pixel stability region of each line in consideration of the response time of the liquid crystal panel in the line sequential scanning of the
同図より、垂直走査信号を起点として1ライン目を光スポット3にて照射しても画素遷移領域となり、画素の透過率が確定しておらず、正確な画素情報を表示できない。正確な画素情報を得るには、光スポット3の照射タイミングを同図の画素遷移領域ではなく、画素安定領域にて行う必要がある。以下に、光スポット3が画素安定領域を走査する条件について詳細に説明する。
From the figure, even if the first line is irradiated with the
図4は、図3を部分的に拡大したもので、図3における1ライン単位の状態遷移が判るようにしてある。同図では、ライン1からラインkまで、さらにライン(N−2)から最終ラインNまでを拡大表示している。縦軸、横軸は図3と同一で、同図縦斜線部は画素遷移領域、無色部分は画素安定領域である。
FIG. 4 is a partially enlarged view of FIG. 3 so that the state transition of one line unit in FIG. 3 can be seen. In the drawing, the
光スポット3の垂直方向のサイズがライン換算でkライン分であると仮定する。この場合、1垂直同期期間における水平走査の回数nは、総画素ライン数Nをkで除算したものであり、次式で表される。
Assume that the vertical size of the
また、1ライン当りの光スポット3の走査時間Thは、垂直同期周期Tを水平走査の回数nで除算したものであり、次式となる。
The scanning time Th of the
光スポット3の水平走査によってラインが照射される期間をスキャン領域として定義し、同図に点描部で表示する。前述の通り、スキャン領域は、同図の画素遷移領域ではなく、画素安定領域にて行う必要がある。したがってスキャン領域が画素安定領域に配置される条件を求める。スキャン領域は、縦方向サイズは光スポット3の垂直方向サイズであるkライン、水平方向サイズはThとなる。
The period during which the line is irradiated by the horizontal scanning of the
スキャン領域が画素遷移領域にならずに画素安定領域に配置される条件において、垂直同期信号を起点として最も遅延時間が小さい例、即ち2次元スキャン動作開始領域が同図中のAに示している。同様に最も遅延時間が大きい例、即ち2次元スキャン動作開始領域がBとして示してある。Aの条件を以下に示す。 An example where the delay time is the shortest starting from the vertical synchronization signal, that is, the two-dimensional scan operation start area is shown in FIG. . Similarly, an example in which the delay time is the longest, that is, a two-dimensional scan operation start region is indicated as B. The conditions for A are shown below.
1ライン毎の画素更新時間dtは、次式の通り。 The pixel update time dt for each line is as follows.
Aの場合における前記遅延時間をTd(A)とすると、応答時間tdと前記kdtとの和であり、次式となる。 When the delay time in the case of A is Td (A), it is the sum of the response time td and the kdt, and is given by the following equation.
一方、Bの場合における前記遅延時間をTd(B)とすると、垂直走査期間Tから1ライン当りの光スポット3の走査時間Thを減算したものであるから、次式となる。
On the other hand, when the delay time in the case of B is Td (B), the scanning time Th of the
従って、スキャン領域が画素遷移領域にならずに画素安定領域に配置される条件は、垂直同期信号を起点とし2次元スキャン動作開始までの遅延時間をTdとすれば、Td(A)とTd(B)の間に設定すればよいので、以下となる。 Accordingly, the condition that the scan area is arranged not in the pixel transition area but in the pixel stable area is that Td (A) and Td (Td (A) and Td ( Since it may be set during (B), it is as follows.
以上、本発明の実施の形態1によれば、液晶パネル1の背面を光スポット3が2次元スキャンするように構成したので、ボケのない動画表示性能を実現できる。さらに2次元スキャンの開始タイミングを、液晶パネル1の液晶の光学応答時間を考慮した演算式に基づいて遅延させるように設定したため、常に正確な画像表示が可能となる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, since the
1 液晶パネル、 2 バックライト光源、 3 光スポット、 4 2次元スキャン手段、 5 タイミングコントローラ、 6 ドライバ。 1 liquid crystal panel, 2 backlight source, 3 light spot, 4 two-dimensional scanning means, 5 timing controller, 6 driver.
Claims (6)
前記液晶パネルを上から下に線順次走査駆動するドライバと、
前記ドライバを制御する制御信号を出力するタイミングコントローラと、
所定サイズの光スポットを出射する光源と、
前記光スポットを前記液晶パネル背面の水平方向と垂直方向に各々所定の周期にて2次元走査する2次元スキャン手段とを備えることを特徴とした液晶表示装置。 A liquid crystal panel that transmits or blocks incident light from the back of the panel based on a video signal and displays an image on the front of the panel;
A driver for line-sequentially scanning the liquid crystal panel from top to bottom;
A timing controller that outputs a control signal for controlling the driver;
A light source that emits a light spot of a predetermined size;
2. A liquid crystal display device comprising: a two-dimensional scanning unit that two-dimensionally scans the light spot in the horizontal direction and the vertical direction on the back surface of the liquid crystal panel at a predetermined period.
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