JP2013205502A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトを間欠点灯し１フレームの期間内に複数回の駆動走査を行う液晶表示装置において、表示画面を上下に分割して走査する際の表示品質の低下を防止する。
【解決手段】上下２つの表示領域１ａ，１ｂに分割された表示パネルと、表示パネルを照明する照明部２と、それぞれの表示領域において、映像信号の１フレーム期間よりも短い第１サブフレーム期間で映像信号を２分割した分割映像信号に対応した階調表示と、第１サブフレーム期間と異なる第２サブフレーム期間で分割映像信号に対応しない非階調表示とを制御する表示制御部１６ａ，１６ｂと、階調／非階調表示それぞれの周期に対応して照明部の点消灯を制御する照明制御部とを備え、表示制御部は、上表示領域に対して、上端から下端に向けて階調／非階調表示の走査動作を制御し、下表示領域に対して、下端から上端に向けて階調／非階調表示の走査動作を制御する液晶表示装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特に画像を２分割して表示する液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、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表示パネルとして広く利用されている。
液晶表示装置に対しては大型化、表示画像の更なる高品質化が求められ、それと共に、高精細化が進められている。例えば、現在解像度としてＸＧＡ（１０２４×７６８）の表示パネルが広く使用されているが、より解像度の高いＷＸＧＡ（１２８０×７６８）、ＵＸＧＡ（１６００×１２００）、ＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００）などの規格が設けられている。

液晶表示装置の高精細化が進むにつれて、走査線数が増加するため所定時間内で走査することが困難となる場合がある。そこで、画面を上下２つの画面に分割して走査する方式を適用することが考えられる。

特許文献１に記載の発明では、液晶パネルの表示画面を上下等分に分割し、上画面と下画面のそれぞれを２ラインずつ同時かつ順次に選択する。または、上画面の上下それぞれを１ラインずつ同時かつ順次に選択し、下画面は奇数ラインより先に偶数ラインを選択して順次走査する。あるいは、上画面の上下それぞれを１ラインずつ同時かつ順次に選択し、下画面は奇数ラインより先に偶数ラインを選択して順次走査すると共に、各フレーム毎に上記奇数ラインと偶数ラインの選択を上下の画面で入れ換えるように構成している。

特開２０００−５６７３４号公報

ところで、フィールドシーケンシャル方式でカラー画像を表示する場合は、１フレームをＲＧＢ画像を表示するための３つのサブフレームに分割し、それぞれのサブフレーム毎にバックライトを点灯する駆動が採用される。
また、立体表示、マルチビュー表示においても、１フレームを左右画像を表示するための２つのサブフレームに分割し、それぞれのサブフレーム毎にバックライトを点灯する駆動が採用される。

このように複数の画像をサブフレーム毎に切り替えて表示し、それに対応してバックライトを点灯する方式では、１フレームの期間内に複数回の走査を行う必要があるため、表示期間が短くなることによる影響が顕在化する。

例えば、画面の上端に位置する画素と画面の下端に位置する画素とで表示期間が異なるため、最初に選択されるゲートラインに接続されている画素は表示期間が長いため輝度が高く、最後に選択されるゲートラインに接続されている画素は表示期間が短いため輝度が低くなる。従って、特に表示画面を上下に分割して走査する場合に、表示濃度の差が顕著となり表示品質が低下する。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、バックライトを間欠点灯し１フレームの期間内に複数回の駆動走査を行う液晶表示装置において、表示画面を上下に分割して走査する際の表示品質の低下を防止することを目的とする。

本発明の液晶表示装置は、複数の液晶画素をマトリクス状に配し上下２つの表示領域に分割された表示パネルと、前記表示パネルを照明する照明部と、前記それぞれの表示領域において、入力される映像信号の１フレーム期間よりも短い第１サブフレーム期間で前記映像信号を２分割した分割映像信号に対応した階調表示と、前記第１サブフレーム期間と異なる第２サブフレーム期間で前記分割映像信号に対応しない非階調表示とを制御する表示制御部と、前記階調表示及び非階調表示それぞれの周期に対応して前記照明部の点消灯を制御する照明制御部とを備え、前記表示制御部は、前記上表示領域に対しては、上端から下端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御し、前記下表示領域に対しては、下端から上端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御する液晶表示装置である。

また本発明の液晶表示装置は、複数の液晶画素をマトリクス状に配し上下２つの表示領域に分割された表示パネルと、前記表示パネルを照明する照明部と、前記それぞれの表示領域において、入力される映像信号の１フレーム期間よりも短い第１サブフレーム期間で前記映像信号を２分割した分割映像信号に対応した階調表示と、前記第１サブフレーム期間と異なる第２サブフレーム期間で前記分割映像信号に対応しない非階調表示とを制御する表示制御部と、前記階調表示及び非階調表示それぞれの周期に対応して前記照明部の点消灯を制御する照明制御部とを備え、前記表示制御部は、前記上表示領域に対しては、下端から上端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御し、前記下表示領域に対しては、上端から下端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御する液晶表示装置である。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図。 液晶表示パネルの解像度を示す図。 従来の駆動方法を示すタイムチャート。 画素に電圧を印加したときの透過率の推移を模式的に示す図。 第１の実施の形態の駆動方法を示すタイムチャート。 第１の実施の形態のバリエーションの駆動方法を示すタイムチャート。 第２の実施の形態の駆動方法を示すタイムチャート。 第２の実施の形態のバリエーションの駆動方法を示すタイムチャート。

図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
液晶表示装置は、映像を表示する液晶表示パネル１、液晶表示パネル1を照明するバックライト２及び表示動作を制御するコントローラＣＮＴで構成されている。
そして、液晶表示パネル１は、上下２画面に分割され、上画面である第１液晶表示パネル１ａ及び下画面である第２液晶表示パネル１ｂを備えている。バックライト２は、第１液晶表示パネル１ａ及び第２液晶表示パネル１ｂを同時に照明する。

液晶表示パネル１は一対の電極基板であるアレイ基板（不図示）および対向基板（不図示）間に液晶層を挟持した構造である。

ＯＣＢモードの液晶表示パネル１では、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液晶分子はほとんど寝ているスプレイ配向になる。液晶表示パネル１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分子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。

このようなＯＣＢモードの液晶では、一旦ベンド配向に転移しても、スプレイ配向のエネルギとベンド配向のエネルギ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、再びスプレイ配向に逆転移してしまうという性質を有する。スプレイ配向では、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。

ベンド配向からスプレイ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逆転移を防止する程度に大きな電圧をＯＣＢ液晶に印加する駆動方式や、スプレイ配向のエネルギとベンド配向のエネルギとが拮抗するレベル以下の電圧を用いない駆動方式が知られている。ノーマリホワイトの液晶表示パネルでは、前者の駆動方式として、逆転移防止電圧として黒表示電圧を用いることで、逆転移を効果的に防止できると共に、動画の表示性能を向上することができ、黒挿入駆動と呼ばれる。

本実施の形態で使用する液晶層はＯＣＢモードの液晶であり、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、周期的に黒表示となる電圧を印加する黒挿入駆動を採用することによりベンド配向からスプレイ配向への逆転移が阻止されている。

アレイ基板にはマトリクス状に配された複数の画素電極が設けられ、対向基板には光漏れを防止するブラックマトリクスと対向電極が設けられている。そして各画素電極および対向電極および液晶層とで各画素を構成する。
コントローラＣＮＴはアレイ基板および対向基板を介して画素電極及び対向電極間の液晶層に液晶駆動電圧を印加し、発生した電界によって各画素の透過率を制御する。

コントローラＣＮＴは、ゲートドライバ１１、ソースドライバ１２、フレームメモリ１３、映像信号変換部１４、及び駆動制御部１６を備えている。

そして、ゲートドライバ１１は、第１液晶表示パネル１ａに対応して設けられた第１ゲートドライバ１１ａ、第２液晶表示パネル１ｂに対応して設けられた第２ゲートドライバ１１ｂを備えている。ソースドライバ１２は、第１液晶表示パネル１ａに対応して設けられた第１ソースドライバ１２ａ、第２液晶表示パネル１ｂに対応して設けられた第２ソースドライバ１２ｂを備えている。

フレームメモリ１３は、第１液晶表示パネル１ａに対応して設けられた第１フレームメモリ１３ａ、第２液晶表示パネル１ｂに対応して設けられた第２フレームメモリ１３ｂを備えている。映像信号変換部１４は、第１液晶表示パネル１ａに対応して設けられた第１映像信号変換部１４ａ、第２液晶表示パネル１ｂに対応して設けられた第２映像信号変換部１４ｂを備えている。駆動制御部１６は、第１液晶表示パネル１ａに対応して設けられた第１駆動制御部１６ａ、第２液晶表示パネル１ｂに対応して設けられた第２駆動制御部１６ｂを備えている。

ゲートドライバ１１は、行単位で複数の画素を選択するゲート線（不図示）を順次駆動する。選択された行単位の画素は、表示信号に対応する画素電圧が書込み可能な状態になる。ソースドライバ１２は、選択された各行の画素に書込む画素電圧を複数のソース線（不図示）にそれぞれ出力する。

第１フレームメモリ１３ａは、デジタル映像信号から抽出した第１液晶表示パネル１ａに表示する信号を保存する。第２フレームメモリ１３ｂは、デジタル映像信号から抽出した第２液晶表示パネル１ｂに表示する信号を保存する。
第１及び第２映像信号変換部１４ａ、１４ｂは、それぞれ第１及び第２フレームメモリ１３ａ、１３ｂに格納されているデジタル映像信号から第１及び第２液晶表示パネル１ａ、１ｂに表示する信号を生成する。

第１及び第２駆動制御部１６ａ、１６ｂは、外部信号源（不図示）から入力される同期信号に基づいて第１及び第２映像信号変換部１４ａ、１４ｂの変換結果として得られた表示信号から画素電圧を生成してソース信号として順次出力する。また、第１及び第２駆動制御部１６ａ、１６ｂは、外部信号源から入力される同期信号に基づいてそれぞれ第１及び第２ゲートドライバ１１ａ、１１ｂに対する制御信号であるゲート信号を発生する。さらに第１駆動制御部１６ａは、外部信号源から入力される同期信号に基づいてバックライト２の点消灯を制御する信号を出力する。

続いて、液晶表示装置を従来の駆動方法で動作させたときに発生する表示品質の低下について説明する。
図２は、液晶表示パネルの解像度を示す図である。液晶表示パネル１の解像度をＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００）とし、上下２つの画面に分割する。従って、第１及び第２液晶表示パネル１ａ，１ｂのサイズはそれぞれ１９２０×６００である。

図３は、従来の駆動方法を示すタイムチャートである。この駆動方法は、ＯＣＢモード液晶を用いた高速走査型のデバイスで用いられている駆動方法でＯＣＢIIIと呼ばれる。図１乃至図３を参照して従来の駆動方法を説明する。
図３では、１フレームは２つのサブフレームで構成されている。ここで、それぞれのサブフレームの期間を時間経過に従って第１期間、第２期間、・・・と称する。

第１期間において、映像信号としてデータＡがコントローラＣＮＴに入力される。データＡの内、上画面に表示される映像信号が抽出されて、第１フレームメモリ１３ａに格納され第１映像信号変換部１４ａで変換される。データＡの内、下画面に表示される映像信号が抽出されて、第２フレームメモリ１３ｂに格納され第２映像信号変換部１４ｂで変換される。

第２期間において、第１及び第２駆動制御部１６ａ、１６ｂは、黒書込み（黒挿入駆動）動作を実行する。即ち、第１駆動制御部１６ａは第１ゲートドライバ１１ａを制御してゲートラインを００１本目から６００本目まで順次選択させる。それと共に、第１ソースドライバ１２ａに対して黒信号を出力する。
第２駆動制御部１６ｂも同時に、第２ゲートドライバ１１ｂを制御してゲートラインを６０１本目から１２００本目まで順次選択させ、それと共に、第２ソースドライバ１２ｂに対して黒信号を出力する。
図３の「黒書込み」期間に示す黒い斜め線が、上述の黒書込みのための走査を表している。

黒書込みの終了に続いて第１及び第２駆動制御部１６ａ、１６ｂは、映像書込み動作を実行する。即ち、第１駆動制御部１６ａは第１ゲートドライバ１１ａを制御してゲートラインを００１本目から６００本目まで順次選択させる。それと共に、第１ソースドライバ１２ａに対して第１映像信号変換部１４ａが変換した上画面の映像信号を出力する。
第２駆動制御部１６ｂも同時に、第２ゲートドライバ１１ｂを制御してゲートラインを６０１本目から１２００本目まで順次選択させ、それと共に、第２ソースドライバ１２ｂに対して下画面の映像信号を出力する。
図３の「映像書込み」期間に示す黒い斜め線が、上述の映像書込みのための走査を表している。

映像書込みの終了に続いて第１駆動制御部１６ａは、バックライト点灯（ＨＯＬＤ）動作を実行する。なお、第２駆動制御部１６ｂがバックライト２の点消灯動作を制御しても良い。

図３の「バックライト」の信号が立ち上がっている部分が、点灯を継続する状態を表している。

一方、第２期間においては、映像信号としてデータＢがコントローラＣＮＴに入力される。データＢの内、上画面に表示される映像信号が抽出されて、第１フレームメモリ１３ａに格納され第１映像信号変換部１４ａで変換される。データＢの内、下画面に表示される映像信号が抽出されて、第２フレームメモリ１３ｂに格納され第２映像信号変換部１４ｂで変換される。
このデータＢの映像信号は、次の第３期間において使用される。この第３期間での動作は第２期間での動作と同様であるためその詳細の説明は省略する。

次に、従来の駆動動作で表示品質の低下が発生する原因について説明する。

上述のように液晶表示パネル１の解像度をＷＵＸＧＡ（１９２０×１２００）とし、１画面を２つに分割しているため、１つの画面のサイズは１９２０×６００である。１つのフレームを６０Ｈｚで書き換える場合、書き換え期間は、１／６０秒＝１６．７ｍｓである。ここで、マルチビュー表示では１フレームは２つのサブフレームで構成されているため、１サブフレームの書き換え期間は、１６．７／２ｍｓ≒８．３５ｍｓとなる。

一方、ＯＣＢIIIでこの表示を実現する場合は、例えば、１サブフレームの内の映像書込み期間に相当する時間で書き換える必要があるため、書き換え時間は更にこの値の１／３となり、約２．８ｍｓ以内で画面全体を走査する必要がある。
従って、ゲート線６００本を走査する場合は、１本のゲート線を選択する期間は、最大２．８ｍｓ／６００＝約４．７μｓと短くなるが、ＯＣＢモード液晶を使用することで各画素に対する書込み時間を確保することが可能である。
しかしながら、バックライトが点灯する「ＨＯＬＤ」期間では、分割された画面上部の画素と画面下部の画素とでは、表示期間に差が生じるために輝度が異なっている。

図４は、画素に電圧を印加したときの透過率の推移を模式的に示す図である。
図４（１）は、６００本目のゲートラインに接続する画素の透過率の推移を示し、図４（２）は、６０１本目のゲートラインに接続する画素の透過率の推移を示している。即ち、図４（１）は、上画面の下端の画素の透過率の推移を示し、図４（２）は、下画面の上端の画素の透過率の推移を示している。

現在時刻をＴとすると、図４（１）では、画素に電圧が印加されてから時間ｔａ経過しているのに対し、図４（２）では、画素に電圧が印加されてから時間ｔａよりも短い時間ｔｂしか経過していない。この結果、透過率に差が生じていることがわかる。

図５は、第１の実施の形態の駆動方法を示すタイムチャートである。
この駆動方法では、上画面では上端から下端に向けて走査し、下画面では下端から上端に向けて走査する。バックライトは、画面中央部の走査が完了した時点で点灯し、次のサブフレーム期間における黒書込み開始直前に消灯する。この駆動方法によれば、画面に大きな輝度変化をもつ部分が生じないため、表示品位の低下を防止することができる。

図６は、第１の実施の形態のバリエーションの駆動方法を示すタイムチャートである。
この駆動方法では、バックライトの点灯期間が図５に示す駆動方法と異なっている。即ち、画面中央部の走査が完了した時点から所定時間経過後にバックライトを点灯し、次のサブフレーム期間における画面中央部の黒書込みが開始する前に消灯する。
ここで、点灯タイミングは、中央部における画素の透過率が電圧印加後所定値に到達した以降の時間に設定する。消灯タイミングは、次のサブフレーム期間において黒輝度分布が悪化しない時間に設定する。なお、これらのタイミングの設定は中央部の走査が完了した時点から中央部の黒挿入が開始するまでの間で任意に設定することができる。

[第２の実施の形態]
第２の実施の形態では、バックライトの走査方法が第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明を省略する。

図７は、第２の実施の形態の駆動方法を示すタイムチャートである。
この駆動方法では、上画面では下端から上端に向けて走査し、下画面では上端から下端に向けて走査する。バックライトは、映像書込み完了で点灯し、次のサブフレーム期間における黒書込み開始直前に消灯する。この駆動方法によれば、画面中央部分においては、画面に大きな輝度変化をもつ部分が生じず、さらに主として視認される画面中央部分において、正しいコントラスト特性が得られるため、表示品位の低下を防止することができる。

図８は、第２の実施の形態のバリエーションの駆動方法を示すタイムチャートである。
この駆動方法では、バックライトの点灯期間が図７に示す駆動方法と異なっている。即ち、画面中央部における映像書込み完了から所定時間経過後にバックライトを点灯し、次のサブフレーム期間における画面中央部の黒書込み開始前に消灯する。
ここで点灯タイミングは、中央部における画素の透過率が電圧印加後所定値に到達した以降の時間で、かつ、このサブフレーム期間における黒輝度分布が悪化しない時間に設定する。消灯タイミングは、次のサブフレーム期間において黒書込みが開始されるまでの時間に設定する。なお、これらのタイミングの設定は中央部の映像書込みが完了した時点から中央部の黒挿入が開始するまでの間で任意に設定することができる。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…液晶表示パネル、１ａ…第１液晶表示パネル、１ｂ…第２液晶表示パネル、２…バックライト、１１…ゲートドライバ、１１ａ…第１ゲートドライバ、１１ｂ…第２ゲートドライバ、１２…ソースドライバ、１２ａ…第１ソースドライバ、１２ｂ…第２ソースドライバ、１３…フレームメモリ、１３ａ…第１フレームメモリ、１３ｂ…第２フレームメモリ、１４…映像信号変換部、１４ａ…第１映像信号変換部、１４ｂ…第２映像信号変換部、１６…駆動制御部、１６ａ…第１駆動制御部、１６ｂ…第２駆動制御部、ＣＮＴ…コントローラ。

Claims (10)

1. 複数の液晶画素をマトリクス状に配し上下２つの表示領域に分割された表示パネルと、
   前記表示パネルを照明する照明部と、
   前記それぞれの表示領域において、入力される映像信号の１フレーム期間よりも短い第１サブフレーム期間で前記映像信号を２分割した分割映像信号に対応した階調表示と、前記第１サブフレーム期間と異なる第２サブフレーム期間で前記分割映像信号に対応しない非階調表示とを制御する表示制御部と、
   前記階調表示及び非階調表示それぞれの周期に対応して前記照明部の点消灯を制御する照明制御部とを備え、
   前記表示制御部は、
   前記上表示領域に対しては、上端から下端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御し、前記下表示領域に対しては、下端から上端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記サブフレーム期間は、１フレーム期間内に連続した期間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。
3. 前記液晶画素は、ＯＣＢモード液晶で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記照明制御部は、前記第１サブフレーム期間における前記階調表示のための走査が完了した以降、次のサブフレーム期間における前記非階調表示のための走査が開始されるまでの任意の期間に前記照明部を点灯状態に制御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. 前記照明制御部は、前記第１サブフレーム期間における前記階調表示のための走査が完了した以降、次のサブフレーム期間における前記非階調表示のための走査が終了するまでの任意の期間に前記照明部を点灯状態に制御することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
6. 複数の液晶画素をマトリクス状に配し上下２つの表示領域に分割された表示パネルと、
   前記表示パネルを照明する照明部と、
   前記それぞれの表示領域において、入力される映像信号の１フレーム期間よりも短い第１サブフレーム期間で前記映像信号を２分割した分割映像信号に対応した階調表示と、前記第１サブフレーム期間と異なる第２サブフレーム期間で前記分割映像信号に対応しない非階調表示とを制御する表示制御部と、
   前記階調表示及び非階調表示それぞれの周期に対応して前記照明部の点消灯を制御する照明制御部とを備え、
   前記表示制御部は、
   前記上表示領域に対しては、下端から上端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御し、前記下表示領域に対しては、上端から下端に向けて階調表示及び非階調表示のための走査動作を制御することを特徴とする液晶表示装置。
7. 前記サブフレーム期間は、１フレーム期間内に連続した期間であることを特徴とする請求項６に記載の液晶表示装置。
8. 前記液晶画素は、ＯＣＢモード液晶で構成されていることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記照明制御部は、前記第１サブフレーム期間における前記階調表示のための走査が完了した以降、次のサブフレーム期間における前記非階調表示のための走査が開始されるまでの任意の期間に前記照明部を点灯状態に制御することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。
10. 前記照明制御部は、前記第１サブフレーム期間における前記階調表示のための走査が開始した以降、次のサブフレーム期間における前記非階調表示のための走査が開始されるまでの任意の期間に前記照明部を点灯状態に制御することを特徴とする請求項８に記載の液晶表示装置。

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