JP2008197635A - 液晶表示装置の駆動方法及び駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境が屋内外のいずれであるかに関わらず、画像の視認性を向上させ得る液晶表示装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】まず、周辺光による画面の照度を測定する。次に、画面の照度から、標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られるコントラスト比の推定値を計算する。続いて、コントラスト比の標準値に対する推定値の相対比を求め、相対比と標準のガンマ曲線の傾きとの積を補償ガンマ曲線の傾きとして求める。更に、映像信号の示す画素の階調の平均値を求め、映像信号の示す画素の階調値が平均値に等しいときにその画素の透過率が標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られる値に一致するように、補償ガンマ曲線の高さを決定する。
【選択図】図７

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特にその駆動方法に関する。

一般に液晶表示装置（ＬＣＤ）では２枚の表示パネルが間に液晶層を挟んで貼り合わされている。一方の表示パネルには画素電極がマトリクス状に配列され、それぞれに薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などのスイッチング素子が連結されている。表示パネルの駆動部はそれらのスイッチング素子のオンオフを制御し、画素電極に対して１行ずつ順番にデータ電圧を印加する。他方の表示パネルの全面は１枚の共通電極で覆われている。共通電極は表示パネルの駆動部から共通電圧を受ける。液晶層は誘電体であるので、各画素電極と共通電極、及びそれらの間に挟まれた液晶層の部分は回路的にはキャパシタと等価である。このキャパシタは液晶キャパシタと呼ばれ、それに連結されたスイッチング素子と共に、一つの画素を構成している。

各画素では、画素電極に対して印加されるデータ電圧と、共通電極に対して印加される共通電圧との間の差によって液晶キャパシタが充電される。そのとき、液晶キャパシタの内部では液晶層に電界が生成され、その電界の強さに応じて液晶分子の配向が変化する。それにより、その液晶層を透過する光の偏光方向が変化する。この偏光方向の変化は、表示パネルに備えられた偏光子によってその画素の透過率の変化として現れる。従って、データ電圧を画素ごとに調節すれば、各画素の液晶層に生じる電界の強さを個別に調節できるので、各画素の透過率を個別に調節できる。

液晶表示装置は、画素間での透過率の差を輝度の差に転換することで、画素マトリクスに所望の画像を再現する。その転換の態様に応じ、液晶表示装置は透過型と反射型とに大別される。透過型の液晶表示装置では、画素電極と共通電極とがいずれも透明であり、画素マトリクスの背後に光源（バックライト）が設置されている。各画素はその光源からの光を異なる強度で透過させる。それにより、画素間で輝度が変化する。反射型の液晶表示装置では、画素電極と共通電極とのいずれか前方に設置された方が透明であり、他方が光を反射する。光源は画素マトリクスの前側に設置され、又は周辺光が光源として利用される。各画素は、光源から透明な電極を通して液晶層に入射する光を反対側の電極で反射する。それにより、画素間の輝度が変化する。尚、液晶表示装置には、透過型と反射型との両方の構成を併せ持つ半透過型も存在する。

表示パネルの駆動部は、各画素に対して印加すべきデータ電圧を、外部からの映像信号の示す各画素の階調値に応じて決める。ここで、各画素に対するデータ電圧の印加によって実現されるその画素の輝度は一般に、映像信号の示す階調値の正冪に比例する。その関係式の冪指数をガンマ値と言い、それらの関係を測定によってグラフで示したものをガンマ曲線と言う。一般的な液晶表示装置ではガンマ値が2.2である。液晶テレビではガンマ値が2.4に設定され、特に高階調領域で画素の輝度が高められている。更に、ガンマ曲線は厳密には表示パネルごとに異なる。従って、各表示パネルのガンマ曲線は、映像信号の示す各画素の階調値を決定するときに想定されていたガンマ曲線とは一般に異なる。それ故、表示パネルの駆動部は、映像信号の示す階調値をデータ電圧に変換する前に、表示パネルのガンマ曲線に基づいて補正する。それにより、表示パネルの上に実際に再現される輝度の階調を、映像信号の示す元の映像での輝度の階調に一致させる。そのような補正をガンマ補正と言う。

液晶表示装置は薄型化／軽量化に優れているので、様々な機器で利用されている。近年では、液晶表示装置は、テレビ等、屋内での鑑賞用の表示装置としてだけでなく、屋外でも、主に広告や装飾用の表示装置として利用されている。更に、携帯電話等の携帯用電子機器では、液晶表示装置が屋内外を問わずに利用されている。

従来の液晶表示装置では、使用環境が屋内外のいずれであるかに関わらず、一定のガンマ曲線に基づいてガンマ補正を行う。従って、映像信号の示す各画素の階調値が一定であれば、その画素の透過率が一定に調節される。一方、日中、屋外で液晶表示装置を使用する場合、周辺光が一般に強いので、画面で直接反射される光が強い。従って、各画素の実際のコントラスト比、すなわち、実際の輝度の最低値に対する最高値の比が、画素間の透過率の差で決まる値を大きく下回りやすい。更に、受ける光が強いほど瞳孔が狭まるので、周辺光が強い環境下では、人の目はある程度より大きな階調の変化しか識別できない。それらの結果、従来の液晶表示装置は、特に日中の屋外では画素間の階調の変化を更に識別されやすく表示すること、すなわち画像の視認性の更なる向上が難しい。

携帯電話等に搭載される中小型の液晶表示装置では低反射光学シートを使用することにより、日中の屋外のような高照度環境下でも画像の視認性が高く維持されている。しかし、低反射光学シートの使用は液晶表示装置の製造コストの更なる削減を阻むので好ましくない。
本発明の目的は、使用環境が屋内外のいずれであるかに関わらず、画像の視認性を更に向上させ得る液晶表示装置の駆動方法を提供することにある。

本発明による液晶表示装置の駆動方法は以下の段階を順に含む。第１段階では、周辺光による画面の照度を測定する。第２段階では、測定された画面の照度から、標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られるコントラスト比の推定値を計算する。ここで、標準のガンマ曲線は好ましくは、低照度環境下での測定によって予め求められている。好ましくは、画面の照度をILとし、コントラスト比の推定値をCRbとするとき、関係式CRb＝14514×IL^-0.8493から推定値CRbを求める。第３段階では、コントラスト比の標準値と推定値との間で比較を行う。ここで、コントラスト比の標準値は好ましくは、標準のガンマ曲線の示すコントラスト比である。好ましくは、コントラスト比の標準値に対する推定値の相対比を求める。第４段階では、第３段階での比較の結果を利用して補償ガンマ曲線の傾きを求める。好ましくは、相対比と標準のガンマ曲線の傾きとの積を補償ガンマ曲線の傾きとして求める。第５段階では、外部から入力される映像信号の示す画素の階調の平均値を求める。第６段階では、その平均値に基づいて補償ガンマ曲線を決定する。好ましくは、映像信号の示す画素の階調値が平均値に等しいときにその画素の透過率が所定値を示すように、補償ガンマ曲線の高さを決定する。更に好ましくはその所定値が、映像信号の示す画素の階調値が平均値に等しいときに標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られる値である。

本発明による駆動方法では、周辺光による画面の照度に応じて標準のガンマ曲線を補償ガンマ曲線に変更する。特に、映像信号の示す画素の階調値が所定値であるときの補償ガンマ曲線の傾きを、画面の照度から推定されるコントラスト比に応じた割合で、標準のガンマ曲線の傾きより増大させる。それにより、補償ガンマ曲線は画面の照度から推定されるガンマ曲線より、低い階調領域では低い輝度を示し、高い階調領域では高い輝度を示す。その結果、周辺光による画面の照度が高くても、階調値の変化に伴う輝度の変化率、すなわち画像の視認性が向上する。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例について詳しく説明する。
図１に、本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図を示し、図２に、その液晶表示装置における１つの画素の模式図を示す。図１に示されているように、この液晶表示装置は好ましくは、液晶表示パネルアセンブリ300、ゲート駆動部400、データ駆動部500、階調電圧生成部800、光センサー700、及び信号制御部600を含む。

図２に示されているように、液晶表示パネルアセンブリ300は好ましくは、向かい合わせで貼り合わされた下部表示パネル100と上部表示パネル200、及びそれら２枚の表示パネルの間に挟まれている液晶層3を含む。液晶表示パネルアセンブリ300は好ましくは透過型であり、その背後に設置された光源から下部表示パネル100の背面に光が照射され、その光が液晶層3と上部表示パネル200とを通して前方に放射される。その他に、液晶表示パネルアセンブリ300が反射型又は半透過型であっても良い。その場合、好ましくは外部光が前方から上部表示パネル200と液晶層3とを透過して下部表示パネル100で反射され、再び前方に放射される。

図１に示されているように、液晶表示パネルアセンブリ300は、複数の信号線G₁〜G_n、D₁〜D_m、及びマトリクス状に配列された複数の画素PXを含む。
信号線はｎ本のゲート線G₁〜G_nとｍ本のデータ線D₁〜D_mとを含む。ここで、整数ｎは好ましくは画素行の総数と等しく、整数ｍは画素列の総数と等しい。ｎ本のゲート線G₁〜G_nは画素マトリクスの間をほぼ行方向に、互いにほとんど平行に延びている。各ゲート線G₁〜G_nは好ましくは一つの画素行にゲート信号（走査信号ともいう）を伝達する。ｍ本のデータ線D₁〜D_mは画素マトリクスの間をほぼ列方向に、互いにほとんど平行に延びている。各データ線D₁〜D_mは好ましくは一つの画素列にデータ電圧を伝達する。

各画素PXは好ましくは図２に示されているように、スイッチング素子Q、液晶キャパシタClc、及びストレージキャパシタCstを含む。尚、ストレージキャパシタCstは省略されてもよい。

スイッチング素子Qは好ましくは下部表示パネル100に備えられている薄膜トランジスタである。図２に示されている、ｉ番目（ｉ＝１、２、…、ｎ）のゲート線G_iとｊ番目（ｊ＝１、２、…、ｍ）のデータ線D_jとに連結されている画素PXでは、スイッチング素子Qの制御端子はｉ番目のゲート線G_iに連結され、入力端子はｊ番目のデータ線D_jに連結され、出力端子は同じ画素の液晶キャパシタClc及びストレージキャパシタCstに連結されている。スイッチング素子Qはゲート線G_iから伝達されるゲート信号に応じてオンオフし、液晶キャパシタClc及びストレージキャパシタCstをデータ線D_jに接続し、又はデータ線D_jから分離する。

液晶キャパシタClcは、画素電極191と共通電極270とを２つの端子とみなし、それら２つの電極191、270の間に挟まれた液晶層3の部分を誘電体とみなしたキャパシタである。画素電極191は好ましくは下部表示パネル100に画素ごとに１枚ずつ設けられ、同じ画素のスイッチング素子Qの出力端子に連結されている。そのスイッチング素子Qがターンオンしたとき、画素電極191はそのスイッチング素子Qを通してデータ線D_jからデータ電圧を受ける。共通電極270は好ましくは上部表示パネル200の全面を覆うように形成され、外部から共通電圧Vcomを受ける。尚、図２とは異なり、共通電極270が下部表示パネル100に備えられていても良い。その場合、２つの電極191、270の少なくとも１つが線状または棒状に作られていても良い。

ストレージキャパシタCstは好ましくは下部表示パネル100にゲート線やデータ線とは別に設けられた信号線（図示せず）と画素電極191とが絶縁体を隔てて重なっている部分から成る。この信号線に対しては外部から、好ましくは共通電圧Vcomなどの決められた電圧が印加される。ストレージキャパシタCstは液晶キャパシタClcの容量を補い、画素電極191の電圧を安定化させる。ストレージキャパシタCstはその他に、画素電極191が絶縁体を隔ててｉ−１番目のゲート線G_i-1に重なっている部分から形成されていても良い。

色表示方式には、各画素PXが基本色のいずれか１つを固有に表示する空間分割方式、及び、各画素PXが時間に応じて基本色を交互に表示する時間分割方式がある。基本色の空間的分布、又は時間的な変化によって所望の色相が認識可能に表現される。基本色の例としては三原色、すなわち、赤色、緑色、青色がある。図２は空間分割方式の一例であり、各画素PXの画素電極191に対向する上部表示パネル200の領域に色フィルター230が備えられている。図２とは異なり、色フィルター230は下部表示パネル100に備えられていても良い。その場合、色フィルター230は画素電極191の上を覆っていても、下地に置かれていても良い。

図２には示されていないが、液晶表示パネルアセンブリ300には好ましくは、偏光子が少なくとも１つ備えられている。偏光子は、液晶表示パネルアセンブリ300を透過する光のうち、特定の偏光成分を透過させる。

図１に示されているように、階調電圧生成部800はデータ駆動部500に連結され、データ駆動部500に複数の階調電圧を供給する。それらの階調電圧は好ましくは、画素PXの透過率の調節可能な値の全てに対応づけられている。階調電圧生成部800はその他に、他の階調電圧の基準とされるべき、限られた種類の階調電圧（以下、基準階調電圧と言う）だけを生成しても良い。その場合、他の階調電圧はデータ駆動部500によって基準階調電圧から生成される。複数の階調電圧は好ましくは、共通電圧Vcomに対する極性が正であるものと負であるものとの両方を含む。

ゲート駆動部400は信号制御部600とゲート線G₁〜G_nとに連結されている。ゲート駆動部400は信号制御部600からゲート制御信号CONT1を受信し、それに従ってゲート信号をゲート線G₁〜G_nに対して順番に印加する。ゲート信号は好ましくはゲートオン電圧Vonとゲートオフ電圧Voffとの組み合わせから成る。

データ駆動部500は、信号制御部600、階調電圧生成部800、及びデータ線D₁〜D_mに連結されている。データ駆動部500は、信号制御部600からは映像信号DATとデータ制御信号CONT2とを受信し、階調電圧生成部800からは複数の階調電圧を受ける。データ駆動部500は映像信号DATに応じて階調電圧を選択し、データ電圧としてデータ線D₁〜D_mに対して印加する。尚、階調電圧生成部800が基準階調電圧のみを提供する場合、データ駆動部500は基準階調電圧を分圧して所望のデータ電圧を生成する。

光センサー700は好ましくは液晶表示パネルアセンブリ300の画面の近傍に設置され、周辺光による画面の照度を測定する。光センサー700によって測定された照度に関する情報は電気信号で信号制御部600に伝達される。光センサー700は好ましくは、電気信号の電圧又は電流のレベルを照度の測定値に比例させ、又は反比例させる。

信号制御部600は、外部からの映像信号と光センサー700からの電気信号とに基づき、ゲート駆動部400、データ駆動部500、及び階調電圧生成部800を好ましくは以下のように制御する。

信号制御部600はまず、好ましくは外部のグラフィックコントローラ（図示せず）から入力映像信号R、G、B、及び入力制御信号を受信する。入力映像信号R、G、Bは好ましくは各画素PXの輝度情報を含む。その輝度情報では好ましくは、各画素の輝度が所定数の階調、例えば1024（＝2¹⁰）、256（＝2⁸）、又は64（＝2⁶）種類の階調で表されている。制御信号は好ましくは、垂直同期信号Vsync、水平同期信号Hsync、メインクロック信号MCLK、及びデータイネーブル信号DEを含む。特に、垂直同期信号Vsyncは、入力映像信号のフレームが切り換えられるタイミングを示し、水平同期信号Hsyncは、各フレーム内で水平走査期間が切り換えられるタイミングを示す。１つの水平走査期間の長さ、すなわち１水平周期は、水平同期信号Hsync及びデータイネーブル信号DEの各周期に等しい。

信号制御部600は次に、入力映像信号R、G、Bを液晶表示パネルアセンブリ300及びデータ駆動部500の動作条件に合うように適切に処理し、映像信号DATに変換する。映像信号DATは好ましくはデジタル信号であり、特に各画素の階調の目標値を示す。信号制御部600は特に、光センサー700によって測定された画面の照度に応じて液晶表示パネルアセンブリ300のガンマ曲線を変更し、変更後のガンマ曲線に基づき、入力映像信号R、G、Bの示す輝度情報に対してガンマ補正を行う。ガンマ補正後の輝度情報が映像信号DATとしてデータ駆動部400に出力される。信号制御部600はその他に、ガンマ曲線を変更するごとに制御信号を階調電圧生成部800に出力し、階調電圧生成部800にそのガンマ曲線に応じた階調電圧を生成させても良い。

信号制御部600は更に、外部からの入力制御信号に基づいてゲート制御信号CONT1及びデータ制御信号CONT2を生成する。ゲート制御信号CONT1はゲート駆動部400に出力され、データ制御信号CONT2と映像信号DATとはデータ駆動部500に出力される。

ゲート制御信号CONT1は好ましくは走査開始信号とゲートクロック信号とを含む。走査開始信号はゲート駆動部400に、ゲート線G₁〜G_nに対するゲートオン電圧Vonの印加開始のタイミングを示す。ゲートクロック信号はゲート駆動部400によってゲートオン電圧Vonの出力周期の制御に利用される。ゲート制御信号CONT1はまた、出力イネーブル信号を更に含む。出力イネーブル信号は、ゲート駆動部400がゲートオン電圧Vonを持続すべき期間を示す。

データ制御信号CONT2は好ましくは、水平同期開始信号、ロード信号、及びデータクロック信号を含む。水平同期開始信号は、データ駆動部500に各行の画素PXに対する映像信号DATの伝送開始を知らせる。ロード信号は、データ駆動部500にデータ線D₁〜D_mに対するデータ電圧の印加を促す。データ制御信号CONT2はまた、反転信号を更に含んでいても良い。データ駆動部500は反転信号に応じ、共通電圧Vcomに対するデータ電圧の極性を反転させる。

ゲート駆動部400、データ駆動部500、信号制御部600、及び階調電圧生成部800のそれぞれは好ましくは少なくとも１つの集積回路チップに組み込まれ、液晶表示パネルアセンブリ300の上に直接実装され、又は可撓性印刷回路膜を用いたＴＣＰ方式で液晶表示パネルアセンブリ300に実装されている。その他に、それらの集積回路チップが液晶表示パネルアセンブリ300とは別の印刷回路基板の上に実装されていても良い。また、それらの駆動部400、500、600、800が、信号線G₁〜G_n、D₁〜D_m、及びスイッチング素子Qと共に、液晶表示パネルアセンブリ300に集積化されていても良い。全ての駆動部400、500、600、800が単一のチップに集積化されていても良い。その場合、それらの駆動部の少なくとも１つまたは各駆動部を構成する回路素子の少なくとも１つが、その単一チップに外付けされていても良い。

上記の液晶表示装置は好ましくは以下のように動作する。
まず、信号制御部600は、外部のグラフィックコントローラからは入力映像信号R、G、B、及び入力制御信号を受信し、光センサー700からは画面の照度に関する情報を受信する。信号制御部600はそのとき、入力映像信号R、G、Bを適切に処理し、特に画面の照度に応じて適切なガンマ補正を行う。こうして、入力映像信号R、G、Bが映像信号DATに変換される。信号制御部600は更にゲート制御信号CONT1及びデータ制御信号CONT2を生成する。その後、ゲート制御信号CONT1はゲート駆動部400に出力され、データ制御信号CONT2と映像信号DATとはデータ駆動部500に出力される。

データ制御信号CONT2に従い、データ駆動部500は１行の画素PXごとに、それらに対する映像信号DATを受信し、その映像信号DATの示す各画素の輝度情報に応じて階調電圧を選択する。こうして、デジタルの映像信号DATがアナログのデータ電圧に変換される。その後、データ駆動部500はデータ制御信号CONT2の示すタイミングで、データ電圧を目標のデータ線D₁〜D_mに対して印加する。

ゲート駆動部400はゲート制御信号CONT1に従い、水平走査期間ごとにゲートオン電圧Vonをゲート線G₁〜G_nに対して順番に、好ましくは１水平周期ずつ印加する。それにより、各ゲート線G₁〜G_nに連結されたスイッチング素子Qは１水平周期ずつオン状態に維持される。その結果、各水平走査期間では、データ駆動部500から各データ線D₁〜D_mに対して印加されたデータ電圧が、オン状態のスイッチング素子Qを通って同じ画素PXの画素電極191に対して印加される。

各画素PXでは、画素電極191に対して印加されたデータ電圧と共通電圧Vcomとの間の差によって液晶キャパシタClcが充電され、その両端電圧、すなわち画素電圧が調節される。その液晶キャパシタClcの液晶層3では液晶分子の配向が画素電圧の大きさに応じて変化する。それにより、その液晶層3を透過した光の偏光方向が変化する。この偏光方向の変化は偏光子によってその画素PXの透過率の変化として現れる。こうして、その画素PXの輝度が映像信号DATの示す階調に調節される。

各水平走査期間で上記の過程が繰り返される。それにより、全てのゲート線G₁〜G_nに対して順番にゲートオン電圧Vonが印加され、全ての画素PXに対してデータ電圧が印加される。こうして、１つのフレームの映像が画素マトリクスの上に表示される。

１つのフレームの表示が終われば次のフレームの表示が始まる。そのとき、信号制御部600は、データ駆動部500に対して印加される反転信号の状態を制御し、データ駆動部500に、各画素PXに対して印加されるべきデータ電圧の極性を直前のフレームでの極性から反転させる（フレーム反転）。更に、同じフレーム内でもデータ駆動部500が反転信号の特性に応じ、同じデータ線を通じて伝達されるデータ電圧の極性を水平走査期間ごとに反転させ（行反転、点反転）、又は、同じ画素行に対して印加されるデータ電圧の極性をデータ線ごとに反転させても良い（列反転、点反転）。

本発明の上記の実施例による液晶表示装置では特に、信号制御部600が映像信号に対するガンマ補正を、光センサー700によって測定された画面の照度に応じて以下のように最適化する。

図７に、信号制御部600によるガンマ補正の流れ図を示す。そのガンマ補正は好ましくは、以下の６つのステップS01〜S06の順に行われる。
ステップS01：光センサー700が周辺光による画面の照度を測定する。光センサー700はその照度の測定値を電気信号に変換して信号制御部600に出力する。

ステップS02：信号制御部600はまず、光センサー700から受信された電気信号から、周辺光による画面の照度を解読する。信号制御部600は次に、解読された照度に基づき、現在の照度環境下で標準のガンマ曲線に基づいてガンマ補正を行った場合に得られるコントラスト比を次のような計算で推定する。ここで、コントラスト比CRは、輝度情報の示す階調が最高値であるときに得られる画素の輝度Lmaxと、最低値であるときに得られる輝度Lminとの間の比を意味する。

CR＝Lmax／Lmin。

図３に、標準のガンマ曲線に基づいてガンマ補正を行った場合における、周辺光による画面の照度と、その照度環境下で実際に得られる画面のコントラスト比との間の関係を示す。図３では横軸は照度を示し、縦軸はコントラスト比を示す。図３に示されているグラフは次の実験によって測定された結果である。まず、４台の液晶表示装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれについて標準のガンマ曲線を、十分に低い照度環境下で画像の視認性が最適化されるように決定する。次に、各液晶表示装置の信号制御部600にガンマ補正をそれぞれの標準のガンマ曲線のみに基づいて行わせる。更に、各液晶表示装置について、周辺光による画面の照度を所定の範囲で変化させながら、その照度と、その照度環境下での画面のコントラスト比とを実際に測定する。

図３に示されているように、いずれの液晶表示装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいても、周辺光による画面の照度が増加すると、画面のコントラスト比は減少する。より具体的には、画面のコントラスト比CRは次式（１）のように、照度ILの負冪に比例する。

CR＝N×IL^-E。 （１）

ここで、係数Nと冪指数Eとはいずれも定数であり、４台の液晶表示装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれで異なる。図３に示されている測定結果からは特に、代表的な液晶表示装置Ａが標準のガンマ曲線に基づいてガンマ補正を行った場合における照度ILとコントラスト比CRbとの間の関係が次式（２）のように得られる。ここで、コントラスト比CRbは、周辺光による画面の照度がある程度より高い環境下でのコントラスト比CR、すなわち高照度環境下でのコントラスト比CRを示す。

CRb＝14514×IL^-0.8493。 （２）

高照度環境下でのコントラスト比CRbが照度ILの上昇に伴って低下するのは次の理由による。高照度環境下では画面の表面で反射される周辺光の強度が高いので、映像信号の示す各階調値に対する実際の輝度が上昇する。一方、人の目は輝度が高いほどその変化を識別しにくい。従って、映像信号の示す階調値が高いほど、低照度環境と高照度環境との間での輝度の変化は減少する。こうして、コントラスト比、すなわち、輝度の最高値Lmaxと最低値Lminとの間の比CR＝Lmax／Lminは高照度環境では低照度環境より下がる。

信号制御部600は好ましくは上記の関係式（２）を予め記憶している。それにより、信号制御部600は、光センサー700によって測定された、周辺光による画面の照度ILをその関係式（２）に代入して計算する。信号制御部600は更に、その計算結果CRbを、現在の照度環境下で標準のガンマ曲線に基づいてガンマ補正を行った場合に得られるコントラスト比として推定する。信号制御部600はその他に、関係式（２）をルックアップテーブルの形で保持し、光センサー700から照度の測定値ILを通知されるごとに、その測定値ILに対応するコントラスト比CRbをルックアップテーブルから検索しても良い。

ステップS03〜S05では、信号制御部600がまず、ステップS02で得られたコントラスト比の推定値CRbを標準値と比較し、それらの間の差に基づいてガンマ曲線を標準のガンマ曲線から後述のように変更する。信号制御部600は次に、その変更されたガンマ曲線、すなわち補償ガンマ曲線に基づいて実際のガンマ補正を行う。それにより、高照度環境下でのコントラスト比の低下に伴う画像の視認性の低下を補償する。

本発明の実施例によるガンマ補正では好ましくはガンマ値が一定に維持される。その場合、ガンマ曲線の関数形は曲線上の任意の一点での座標値と傾きとで決まる。従って、ステップS03〜S05では好ましくは、入力映像信号R、G、Bの示す階調値が平均値の近傍で変化するときの補償ガンマ曲線の傾きと、階調値が平均値に等しいときに実現されるべき輝度の目標値とを決定し、それらから補償ガンマ曲線の関数形を決定する。

以下の説明では簡単のためガンマ値を１とし、ガンマ曲線を直線化する。ここで、ガンマ値が１であるガンマ曲線を相対ガンマ曲線と言う。尚、以下の説明は、ガンマ値が１とは別の値であるガンマ曲線についても援用可能である。
補償ガンマ曲線が相対ガンマ曲線である場合、それは次式（３）、すなわち、映像信号の示す階調値Xと画素の輝度の目標値Ycとの間の１次関数で表される。

Yc＝Gc×X＋Y1。 （３）

ここで、係数Gcは補償ガンマ曲線の傾きを示し、切片Y1は、階調値Xが０であるときの輝度の目標値を示す。式（３）より、補償ガンマ曲線Ycの具体的な関数形はその傾きGcと切片Y1とで決まる。従って、信号制御部600はまず、ステップS03で補償ガンマ曲線Ycの傾きGcを求め、次に、ステップS04、S05で切片Y1を求める。

ステップS03：図４に標準の相対ガンマ曲線Ydを示す。標準の相対ガンマ曲線Ydは好ましくは実験により、十分に低い照度環境下でコントラスト比が最適化されるように決定されている。一方、図４に示されている標準の相対ガンマ曲線Ydをそのまま、高照度環境下でのガンマ補正に利用した場合、画素の実際の輝度に基づくガンマ曲線は、図５に示されている相対ガンマ曲線Ybのように推定される。図４と図５との比較から分かるように、高照度環境下では実際の相対ガンマ曲線Ybの傾きGbが標準の相対ガンマ曲線Ydの傾きGdより減少する。特に、図４に示されている低照度環境下での輝度と、図５に示されている高照度環境下での輝度との間では、最高値の上昇幅Lmaxb−Lmaxdより最低値の上昇幅Lminb−Lmindの方が大きい。従って、コントラスト比、すなわち輝度の最高値Lmaxと最低値Lminとの間の比CR＝Lmax／Lminが高照度環境では低照度環境より下がる。それ故、画像の視認性、すなわち階調値の変化に伴う画素の実際の輝度の変化を高照度環境下でも低照度環境下と同程度に高く維持するには、低照度環境下での補償ガンマ曲線Ycの傾きGcを標準の相対ガンマ曲線Ydの傾きGdより大きくすれば良い。高照度環境下でその補償ガンマ曲線Ycに基づいてガンマ補正を行えば、図６に示されているように、実際に得られる補償ガンマ曲線Ycの傾きが、図５に示されている相対ガンマ曲線Ybの傾きGbより増大する。

信号制御部600はまず、コントラスト比の標準値CRdに対する推定値CRbの比、すなわち相対比K＝CRd／CRbを求める。ここで、標準値CRdは標準の相対ガンマ曲線Ydの示すコントラスト比であり、低照度環境下で最適化されている。相対比Kは一般に１より大きい：K＞1。信号制御部600は次に、標準の相対ガンマ曲線Ydの傾きGdに相対比Kを乗算し、得られた結果を低照度環境下での補償ガンマ曲線の傾きGcとして決定する：Gc＝K×Gd。相対比Kは１より大きいので、低照度環境下での補償ガンマ曲線の傾きGcは標準の相対ガンマ曲線Ydの傾きGdより大きい。

ステップS04：信号制御部600は、入力映像信号R、G、Bの含む輝度情報の示す各画素の階調値を所定のデータ量ごとに、好ましくはフレームごとに平均し、その結果を平均階調AGとして定める。

ステップS05：信号制御部600は、低照度環境下で補償ガンマ曲線Ycが標準の相対ガンマ曲線Ydと平均階調AGで交差するように、切片Y1を決定する。すなわち、画素の階調値が平均階調AGに等しいとき、その画素に設定される透過率が、標準の相対ガンマ曲線Ydに基づくガンマ補正によって設定される値と一致するように、補償ガンマ曲線Ycの高さを決める。それにより、高照度環境下では図６に示されているように、補償ガンマ曲線Ycは、階調値が平均階調AGに等しい点C1で、図５に示されている相対ガンマ曲線Ybと交差する。高照度環境下では更に図６から明らかなとおり、平均階調AGの近傍、すなわち点C1の近傍では補償ガンマ曲線Ycの傾きが、図５に示されている相対ガンマ曲線Ybの傾きGbより大きく、特に図４に示されている標準のガンマ曲線Ydの傾きGdに近い。その上、図６に示されているように、補償ガンマ曲線Ycでは相対ガンマ曲線Ybより、低い階調値で輝度が最高値Lmaxbに飽和し、高い階調値で輝度の最低値Lminbに飽和する。従って、補償ガンマ曲線Ycは相対ガンマ曲線Ybより、平均階調AG以下の階調領域では低い輝度を示し、平均階調AG以上の階調領域では高い輝度を示す。こうして、階調値の変化に伴って輝度が実際に変化する中間の階調領域ではコントラスト比が高い。その結果、階調値の変化に伴う輝度の変化率、すなわち画像の視認性が向上する。

ステップS06：信号制御部600は補償ガンマ曲線Ycに基づき、入力映像信号R、G、Bの示す輝度情報に対してガンマ補正を行う。ガンマ補正後の輝度情報が映像信号DATとしてデータ駆動部400に出力される。信号制御部600はその他に、階調電圧生成部800に補償ガンマ曲線Ycに応じた階調電圧をデータ駆動部500に出力させても良い。

こうして、上記の液晶表示装置は、周辺光による画面の照度に応じてガンマ補正を最適化する。それにより、従来の液晶表示装置、特に携帯電話等に搭載される中小型の液晶表示装置とは異なり、低反射光学シートを使用しなくても、日中の屋外での画像の視認性を十分に高めることができる。従って、本発明の上記の実施例による液晶表示装置は、製造コストの更なる削減が容易である。その他に、上記の実施例による駆動方法と低反射光学シートによる高照度環境下での画面反射の低減とが併用されても良い。その場合には画像の視認性をさらに高めることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明した。しかし、本発明の技術的範囲は上記の実施例には限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲で定義されている本発明の基本概念を利用し、上記の実施例を多様に変形し、又は改良できるであろう。従って、それらの変形及び改良もまた、本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。

本発明の一実施例による液晶表示装置のブロック図 図１に示されている１つの画素の模式図 図１に示されている液晶表示装置と同種である４台の液晶表示装置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄについて、周辺光による画面の照度と、その照度下での画面のコントラスト比との間の関係を示すグラフ 図１に示されている液晶表示装置が低照度環境下で最適化した標準の相対ガンマ曲線を示すグラフ 図１に示されている液晶表示装置が高照度環境下で、図４に示されている標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正を行う場合に得られる相対ガンマ曲線を示すグラフ 図５に示されている相対ガンマ曲線と補償ガンマ曲線との間の関係を示すグラフ 本発明の一実施例による液晶表示装置の駆動方法を示す流れ図

符号の説明

3 液晶層
100 下部表示パネル
191 画素電極
200 上部表示パネル
230 色フィルター
270 共通電極
300 液晶表示パネルアセンブリ
400 ゲート駆動部
500 データ駆動部
600 信号制御部
700 光センサー
800 階調電圧生成部
R、G、B 入力映像信号
DE データイネーブル信号
MCLK メインクロック
Hsync 水平同期信号
Vsync 垂直同期信号
CONT1 ゲート制御信号
CONT2 データ制御信号
DAT 映像信号
Clc 液晶キャパシタ
Cst ストレージキャパシタ
Q スイッチング素子
Yb 画面の照度に基づく補正を行う前に推定される相対ガンマ曲線
Yd 標準の相対ガンマ曲線
Yc 補償ガンマ曲線

Claims (20)

1. 周辺光による画面の照度を測定する段階、
   前記照度から、標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られるコントラスト比の推定値を計算する段階、
   コントラスト比の標準値と前記推定値との間で比較を行う段階、
   前記比較の結果を利用して補償ガンマ曲線の傾きを求める段階、
   外部から入力される映像信号の示す画素の階調の平均値を求める段階、及び、
   前記平均値に基づいて前記補償ガンマ曲線を決定する段階、
   を含む液晶表示装置の駆動方法。
2. 前記画面の照度ILからコントラスト比の推定値CRbを計算する段階では、関係式CRb＝14514×IL^-0.8493から前記推定値を求める、請求項１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
3. 前記コントラスト比の標準値に対する推定値の比較を行う段階では、前記標準値に対する前記推定値の相対比を求める、請求項１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
4. 前記補償ガンマ曲線の傾きを求める段階では、前記相対比と前記標準のガンマ曲線の傾きとの積を前記補償ガンマ曲線の傾きとして求める、請求項３に記載の液晶表示装置の駆動方法。
5. 前記標準のガンマ曲線は、低照度環境下での測定によって予め求められている、請求項４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
6. 前記標準のガンマ曲線のガンマ値は１である、請求項４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
7. 前記相対比は１より大きい、請求項４に記載の液晶表示装置の駆動方法。
8. 前記補償ガンマ曲線を決定する段階では、前記映像信号の示す画素の階調値が前記平均値に等しいときに前記画素の透過率が所定値を示すように、前記補償ガンマ曲線の高さを決定する、請求項１に記載の液晶表示装置の駆動方法。
9. 前記補償ガンマ曲線を決定する段階では、前記映像信号の示す画素の階調値が前記平均値に等しいときに前記補償ガンマ曲線が、前記照度から推定されるガンマ曲線と交差するように、前記補償ガンマ曲線の高さを決定する、請求項８に記載の液晶表示装置の駆動方法。
10. 前記補償ガンマ曲線を決定する段階では、前記映像信号の示す画素の階調値が前記平均値に等しいときに前記画素の透過率が前記標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られる値と一致するように、前記補償ガンマ曲線の高さを決定する、請求項８に記載の液晶表示装置の駆動方法。
11. 周辺光による画面の照度を測定する光センサー、及び、
    外部から入力される映像信号に対してガンマ補正を行う信号制御部、
    を有する液晶表示装置の駆動装置であり、
    前記信号制御部は、前記光センサーによって測定された画面の照度を利用して標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られるコントラスト比の推定値を計算し、前記推定値と前記映像信号の示す画素の階調の平均値とに基づいて前記標準のガンマ曲線を補正する、
    駆動装置。
12. 前記信号制御部は、画面の照度ILからコントラスト比の推定値CRbを計算するとき、関係式CRb＝14514×IL^-0.8493を利用する、請求項１１に記載の液晶表示装置の駆動装置。
13. 前記信号制御部はコントラスト比の標準値に対する推定値の相対比を求める、請求項１１に記載の液晶表示装置の駆動装置。
14. 前記信号制御部は、前記相対比と前記標準のガンマ曲線の傾きとの積を補償ガンマ曲線の傾きとして求める、請求項１３に記載の液晶表示装置の駆動装置。
15. 前記信号制御部は、前記標準のガンマ曲線として、低照度環境下での測定によって予め求められたガンマ曲線を記憶している、請求項１４に記載の液晶表示装置の駆動装置。
16. 前記標準のガンマ曲線のガンマ値は１である、請求項１４に記載の液晶表示装置の駆動装置。
17. 前記相対比Ｋは１より大きい、請求項１４に記載の液晶表示装置の駆動装置。
18. 前記信号制御部は、前記映像信号の示す画素の階調の平均値を求め、前記映像信号の示す画素の階調値が前記平均値に等しいときに前記画素の透過率が所定値を示すように、前記補償ガンマ曲線の高さを決定する、請求項１７に記載の液晶表示装置の駆動装置。
19. 前記信号制御部は、前記映像信号の示す画素の階調値が前記平均値に等しいときに前記画素の透過率が前記標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られる値と一致するように、前記補償ガンマ曲線の高さを決定する、請求項１８に記載の液晶表示装置の駆動装置。
20. 複数の画素を含む画面、
    周辺光による前記画面の照度を測定する光センサー、
    外部から入力される映像信号に対してガンマ補正を行う信号制御部であり、前記光センサーによって測定された前記画面の照度を利用して標準のガンマ曲線に基づくガンマ補正で得られるコントラスト比の推定値を計算し、前記推定値と前記映像信号の示す画素の階調の平均値とに基づいて前記標準のガンマ曲線を補正する信号制御部、
    前記信号制御部によって補正された映像信号に応じ、複数の階調電圧を生成する階調電圧生成部、及び、
    前記信号制御部によって補正された映像信号の示す各画素の階調値に応じて前記複数の階調電圧の中からデータ電圧を選択し、前記複数の画素に対して印加するデータ駆動部、
    を有する液晶表示装置。

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