JP5003767B2 - Display device and display method - Google Patents
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本願は、複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示装置及び表示方法に関する。 The present application provides a display device that performs color display by synchronizing incidence of white light to a display element provided with a plurality of color filters and light control in the display element by display data of each color according to a display image; It relates to the display method.
近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ,PDA(Personal Digital Assistants)等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。このような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。 With the progress of the so-called information society in recent years, electronic devices represented by personal computers, PDA (Personal Digital Assistants) and the like are widely used. With the spread of such electronic devices, there is a demand for portable devices that can be used both in the office and outdoors, and there is a demand for reduction in size and weight. Liquid crystal display devices are widely used as one of means for achieving such an object. A liquid crystal display device is an indispensable technology for reducing power consumption of a battery-driven portable electronic device as well as reducing the size and weight.
液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源(バックライト)からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しなくて視認性に劣るため、特に、マルチカラーまたはフルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に、カラーフィルタを用いた透過型のカラー液晶表示装置が使用されている。 Liquid crystal display devices are roughly classified into a reflection type and a transmission type. The reflective type is a configuration in which light incident from the front of the liquid crystal panel is reflected on the back of the liquid crystal panel and the image is visually recognized by the reflected light. The transmissive type is from a light source (backlight) provided on the back of the liquid crystal panel. In this configuration, an image is visually recognized with transmitted light. Since the reflective type does not have a constant amount of reflected light depending on environmental conditions and is inferior in visibility, in particular, as a display device such as a personal computer for performing multi-color or full-color display, a transmissive color liquid crystal using a color filter is generally used. A display device is in use.
カラー液晶表示装置は、現在、TFT(Thin Film Transistor)などのスイッチング素子を用いたTN(Twisted Nematic)型のものが広く使用されている。このTFT駆動のTN型液晶表示装置は、STN(Super Twisted Nematic)型に比して表示品質は高いが、液晶パネルの光透過率が現状では4%程度しかないので、高い画面輝度を得るためには高輝度のバックライトが必要になる。このため、バックライトによる消費電力が大きくなってしまう。また、カラーフィルタを用いたカラー表示であるため、1画素を3個の副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であり、その表示色純度も十分ではない。 Currently, color liquid crystal display devices of a TN (Twisted Nematic) type using a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) are widely used. This TFT-driven TN type liquid crystal display device has a higher display quality than the STN (Super Twisted Nematic) type, but the liquid crystal panel currently has a light transmittance of only about 4%. Requires a high-brightness backlight. For this reason, the power consumption by a backlight will become large. In addition, since color display using a color filter is used, one pixel must be composed of three sub-pixels, and it is difficult to achieve high definition, and the display color purity is not sufficient.
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している(例えば非特許文献1,2参照)。このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性(2ms以下)が必須である。
In order to solve such a problem, the present inventors have developed a field sequential type liquid crystal display device (see, for example, Non-Patent
そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて100〜1000倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のTFT等のスイッチング素子による駆動を研究開発している。強誘電性液晶は、図13に示すように、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向がチルト角θだけ変化する。強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した2枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。 Therefore, the present inventors have established a field-sequential type liquid crystal display device or a color filter type liquid crystal display device having excellent advantages as described above in order to increase the response speed by 100 to 1000 as compared with the prior art. We are researching and developing driving of switching devices such as TFTs for liquid crystals such as ferroelectric liquid crystals having spontaneous polarization that can be expected to achieve double the speed response. As shown in FIG. 13, in the ferroelectric liquid crystal, the major axis direction of the liquid crystal molecules changes by the tilt angle θ when a voltage is applied. A liquid crystal panel sandwiching a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between two polarizing plates whose polarization axes are orthogonal to each other, and the transmitted light intensity is changed using birefringence due to a change in the major axis direction of liquid crystal molecules.
図14は、従来のフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートの一例であり、図14(a)は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図14(b)はバックライトの赤,緑,青各色の点灯タイミングを示す。1フレームを3つのサブフレームに分割し、例えば図14(b)に示すように第1番目のサブフレームにおいて赤色を発光させ、第2番目のサブフレームにおいて緑色を発光させ、第3番目のサブフレームにおいて青色を発光させる。 FIG. 14 is an example of a time chart showing display control in a conventional field-sequential liquid crystal display device. FIG. 14A is a scanning timing of each line of the liquid crystal panel, and FIG. Indicates the lighting timing of red, green, and blue colors. One frame is divided into three subframes. For example, as shown in FIG. 14B, red is emitted in the first subframe, green is emitted in the second subframe, and the third subframe is emitted. Blue light is emitted in the frame.
一方、図14(a)に示すとおり、液晶パネルに対しては赤,緑,青の各色のサブフレーム中に、画像データの書込み走査と消去走査とを行う。但し、書込み走査の開始タイミングが各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また消去走査の終了タイミングが各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整し、書込み走査及び消去走査に要する時間はそれぞれ各サブフレームの半分に設定する。書込み走査,消去走査にあっては、同じ画像データに基づく大きさが等しくて極性が異なる電圧が液晶パネルに印加される。また各色の発光時間は、サブフレームの時間に等しい(例えば特許文献1参照)。 On the other hand, as shown in FIG. 14A, image data writing scanning and erasing scanning are performed on the liquid crystal panel in each of the sub-frames of red, green, and blue. However, the timing is adjusted so that the start timing of the write scan coincides with the start timing of each subframe, and the end timing of the erase scan coincides with the end timing of each subframe, and is required for the write scan and the erase scan. Each time is set to half of each subframe. In writing scanning and erasing scanning, voltages having the same magnitude and different polarities based on the same image data are applied to the liquid crystal panel. The light emission time of each color is equal to the time of the subframe (see, for example, Patent Document 1).
フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、光利用効率が高くて、消費電力の低減化が可能であるという利点を有してはいるが、携帯機器への搭載のためには更なる消費電力の低減化が求められている。このような消費電力の低減化の要求は、表示素子として液晶表示素子を用いるフィールド・シーケンシャル方式の表示装置だけでなく、デジタルマイクロデバイス(DMD)などの他の表示素子を用いるフィールド・シーケンシャル方式の表示装置においても、更には、カラーフィルタ方式の表示装置についても同様である。 Field sequential liquid crystal display devices have the advantages of high light utilization efficiency and reduced power consumption. Reduction is required. Such a demand for reduction in power consumption is not limited to a field sequential display device using a liquid crystal display element as a display element, but a field sequential method using another display element such as a digital microdevice (DMD). The same applies to the display device, and also to the color filter type display device.
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、表示画質の劣化、特に輝度の低下を招くことなく、消費電力の低減化を図れる表示装置及び表示方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a display device and a display method capable of reducing power consumption without causing deterioration of display image quality, particularly luminance.
本願は、複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示装置において、所定期間における前記表示データの最大の明るさの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、前記最大の明るさを得る際に、前記表示素子における入射光の透過率または反射率が最大となるように前記表示素子での光制御量を調整し、調整した光制御量に応じて、入射される白色光の強度を調整する調整手段とを備え、前記カラーフィルタの複数の色は、赤色、緑色及び青色であり、前記表示データの各色は、赤色、緑色、青色及び白色であることを特徴とする表示装置及び表示方法を開示する。 The present application relates to a display device that performs color display by synchronizing white light incident on a display element provided with a plurality of color filters and light control in the display element by display data of each color corresponding to a display image. Detecting means for detecting a gradation level of the maximum brightness of the display data in a predetermined period, and when obtaining the maximum brightness based on a detection result of the detection means, Adjusting the light control amount in the display element so as to maximize the transmittance or the reflectance, and adjusting means for adjusting the intensity of the incident white light according to the adjusted light control amount, the color a plurality of color filters, red, a green and blue, each color of said display data discloses red, green, the display device and a display method wherein the blue and white der Rukoto.
本願は、表示素子へ入射される光に対応する表示データの階調レベルを検出し、その検出結果に基づいて、表示素子へ入射される光の強度及び表示素子での光制御量を調整するようにしたので、表示データに応じて表示素子への入射光の強度と表示素子での光制御量とを調整することが可能となり、例えば、最も明るい表示を必要としない表示データにあっては、表示素子へ入射される光の強度を抑え、表示素子による入射光の透過率または反射率が高まるように光制御量を調整することにより、入射光の強度及び光制御量を調整しない場合と同等の画面の明るさを維持して、表示画質の劣化、特に輝度の低下を招くことなく、消費電力の低減化を図ることができる。 The present application detects the gradation level of display data corresponding to light incident on the display element, and adjusts the intensity of light incident on the display element and the light control amount in the display element based on the detection result. As a result, it is possible to adjust the intensity of light incident on the display element and the light control amount in the display element according to the display data. For example, for display data that does not require the brightest display, The intensity of incident light and the amount of light control are not adjusted by suppressing the intensity of light incident on the display element and adjusting the light control amount so that the transmittance or reflectance of incident light by the display element is increased. By maintaining the same screen brightness, power consumption can be reduced without degrading the display image quality, in particular, lowering the luminance.
本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、以下では、表示素子が透過型の液晶表示素子であり、光源がLEDアレイであるフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を例として説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。 The present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof. Hereinafter, a field-sequential liquid crystal display device in which the display element is a transmissive liquid crystal display element and the light source is an LED array will be described as an example. However, the present invention is limited to the following embodiments. It is not a thing.
(第1実施の形態)
図1は第1実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図2は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、図3は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図、並びに、図4はバックライトの光源であるLEDアレイの構成例を示す図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of the liquid crystal display device according to the first embodiment, FIG. 2 is a schematic sectional view of a liquid crystal panel and a backlight, and FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of the liquid crystal display device. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of an LED array that is a light source of a backlight.
図1において、21,22は図2に断面構造が示されている液晶パネル,バックライトを示している。バックライト22は、図2に示されているように、赤,緑,青の各色を発光するLEDアレイ7と導光及び光拡散板6とで構成されている。
In FIG. 1,
図2及び図3で示されているように、液晶パネル21は上層(表面)側から下層(背面)側に、偏光フィルム1,ガラス基板2,共通電極3,ガラス基板4,偏光フィルム5をこの順に積層して構成されており、ガラス基板4の共通電極3側の面にはマトリクス状に配列された画素電極(ピクセル電極)40,40…が形成されている。
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
これら共通電極3及び画素電極40,40…間にはデータドライバ32及びスキャンドライバ33等よりなる駆動部50が接続されている。データドライバ32は、信号線42を介してTFT41と接続されており、スキャンドライバ33は、走査線43を介してTFT41と接続されている。TFT41はデータドライバ32及びスキャンドライバ33によりオン/オフ制御される。また個々の画素電極40,40…は、TFT41に接続されている。そのため、信号線42及びTFT41を介して与えられるデータドライバ32からの信号により、個々の画素の透過光強度が制御される。
A driving
ガラス基板4上の画素電極40,40…の上面には配向膜12が、共通電極3の下面には配向膜11がそれぞれ配置され、これらの配向膜11,12間に液晶物質が充填されて液晶層13が形成される。なお、14は液晶層13の層厚を保持するためのスペーサである。
An
バックライト22は、液晶パネル21の下層(背面)側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板6の端面に臨ませた状態でLEDアレイ7が備えられている。このLEDアレイ7は図4に示されているように、導光及び光拡散板6と対向する面に3原色、即ち赤(R),緑(G),青(B)の各色を発光するLEDが順次的且つ反復して配列されている。そして、赤,緑,青の各サブフレームにおいては赤,緑,青のLEDをそれぞれ点灯させる。導光及び光拡散板6はこのLEDアレイ7の各LEDから発光される光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。
The
この液晶パネル21と、赤,緑,青の時分割発光が可能であるバックライト22とを重ね合わせる。このバックライト22の点灯タイミング及び発光色は、液晶パネル21の画像データの書込み走査/消去走査に同期して制御される。
The
図1において、23は外部の例えばパーソナルコンピュータから表示画像に応じた画像データPDを入力し、各色(赤,緑,青)毎にその階調レベルを検出する階調レベル検出回路である。階調レベル検出回路23は、各色(赤,緑,青)毎に検出した画像データPDの階調レベルを表す階調レベル信号GLを制御信号発生回路31へ出力する。制御信号発生回路31は、パーソナルコンピュータから同期信号SYNが入力され、表示に必要な各種の制御信号CSを生成する。画像メモリ部30からは画像データPDが画素単位で、データドライバ32へ出力される。画像データPD、及び印加電圧の極性を変えるための制御信号CSに基づき、データドライバ32を介して液晶パネル21には、極性が異なり大きさが略等しい電圧が、データ書込み走査時とデータ消去走査時とにそれぞれ印加される。
In FIG. 1,
基準電圧発生回路34は、基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ32へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ33へそれぞれ出力する。データドライバ32は、画像メモリ部30からの画像データPDと制御信号発生回路31からの制御信号CSとに基づいて、画素電極40の信号線42に対して信号を出力する。この信号の出力に同期して、スキャンドライバ33は、画素電極40の走査線43をライン毎に順次的に走査する。またバックライト制御回路35は、駆動電圧をバックライト22に与えバックライト22のLEDアレイ7が有している赤,緑,青の各色のLEDを時分割してそれぞれ発光させる。
The reference
階調レベル検出回路23からの階調レベル信号GLに基づいて制御信号発生回路31で生成された制御信号CSが、バックライト制御回路35及びデータドライバ32へ送られ、その制御信号CSに応じて、光源であるバックライト22から表示素子である液晶パネル21へ入射される光の強度と、液晶パネル21での光制御量(スイッチング量)とが調整される。
A control signal CS generated by the control
次に、本発明に係る液晶表示装置の動作について説明する。パーソナルコンピュータから階調レベル検出回路23へ表示用の画像データPDが入力され、その赤色,緑色,青色における階調レベルが検出され、その検出結果を示す階調レベル信号GLが制御信号発生回路31へ送られる。画像メモリ部30は、この画像データPDを一旦記憶した後、制御信号発生回路31から出力される制御信号CSを受け付けた際に、この像データPDを画素単位で出力する。制御信号発生回路31で発生された制御信号CSは、データドライバ32と、スキャンドライバ33と、基準電圧発生回路34と、バックライト制御回路35とに与えられる。基準電圧発生回路34は、制御信号CSを受けた場合に基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ32へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ33へそれぞれ出力する。
Next, the operation of the liquid crystal display device according to the present invention will be described. The image data PD for display is input from the personal computer to the gradation
データドライバ32は、制御信号CSを受けた場合に、画像メモリ部30から出力された画像データPDに基づいて、画素電極40の信号線42に対して信号を出力する。スキャンドライバ33は、制御信号CSを受けた場合に、画素電極40の走査線43をライン毎に順次的に走査する。データドライバ32からの信号の出力及びスキャンドライバ33の走査に従ってTFT41が駆動し、画素電極40に電圧が印加され、画素の透過光強度が制御される。この際の透過率は、画像データの階調レベルに基づいて調整される。
When receiving the control signal CS, the
バックライト制御回路35は、制御信号CSを受けた場合に、画像データの階調レベルに基づいて調整された駆動電圧をバックライト22に与えてバックライト22のLEDアレイ7が有している赤,緑,青の各色のLEDを時分割して発光させて、経時的に赤色光,緑色光,青色光を順次発光させる。
When the
以下、具体例について説明する。画素電極40,40…(画素数640×480,対角3.2インチ)を有するTFT基板と共通電極3を有するガラス基板2とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して200℃で1時間焼成することにより、約200Åのポリイミド膜を配向膜11,12として成膜した。更に、これらの配向膜11,12をレーヨン製の布でラビングし、ラビング方向が平行となるようにこれらの2枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径1.8μmのシリカ製のスペーサ14でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜11,12間に、TFT駆動時に図5に示すようなハーフV字型の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶材料を封入して液晶層13とした。封入した液晶材料の自発分極の大きさは8nC/cm2 であった。作製したパネルをクロスニコル状態の2枚の偏光フィルム1,5で挟んで液晶パネル21とし、電界を印加しないときに暗状態になるようにした。
Hereinafter, specific examples will be described. After the TFT substrate having the
このようにして作製した液晶パネル21と、赤,緑,青の単色面発光スイッチングが可能なLEDアレイ7を光源としたバックライト22とを重ね合わせ、後述するような駆動シーケンスに従って、フィールド・シーケンシャル方式によるカラー表示を行った。
The
前述した図16に示す本発明の概念に基づき、赤,緑,青の画像データの階調レベルを各サブフレーム毎に検出し、その検出結果に基づいて、バックライト22から液晶パネル21への入射光の強度と、液晶パネル21の透過率とを調整した。具体的には、赤,緑,青の各サブフレームにおいて最大の透過光量を必要とする画像データについて液晶パネル21の透過率が最大になるようにその透過率を調整し、この透過率の調整結果に応じて入射光の強度を低減させた。
Based on the concept of the present invention shown in FIG. 16 described above, the gradation levels of the red, green and blue image data are detected for each subframe, and the
図6は、表示制御を示すタイムチャートであり、図6(a)は液晶パネル21の各ラインの走査タイミング、図6(b)はバックライト22(LED)の赤,緑,青各色の点灯タイミングを示す。1フレーム(1/60s)を3つのサブフレームに分割し、例えば1フレーム内の第1番目のサブフレームにおいて赤のLEDを点灯させて赤色の画像データの書込み/消去走査を行い、次の第2番目のサブフレームにおいて緑のLEDを点灯させて緑色の画像データの書込み/消去走査を行い、最後の第3番目のサブフレームにおいて青のLEDを点灯させて青色の画像データの書込み/消去走査を行う。即ち、各サブフレームで2回ずつ画像データの走査を行い、その色と強度とを各サブフレーム期間毎に切り換える。
FIG. 6 is a time chart showing display control. FIG. 6A shows scanning timing of each line of the
なお、書込み走査と消去走査とにおいて各画素の液晶に印加される電圧は、極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧とした。これにより、封入されている液晶材料が図5に示すような特性を有しているため、1回目の走査(データ書込み走査)においては高い透過率の画像が表示され、2回目の走査(データ消去走査)においては1回目の走査時より透過率が低い(略0)画像が得られる。よって、表示ムラがない画像を得ることが可能となり、印加電圧の偏りも抑制できるので、表示の焼付きを防止できる。 The voltage applied to the liquid crystal of each pixel in the writing scan and the erasing scan is a voltage having opposite polarities and substantially the same magnitude. As a result, since the sealed liquid crystal material has the characteristics shown in FIG. 5, an image with high transmittance is displayed in the first scan (data writing scan), and the second scan (data In the erasure scan, an image having a lower transmittance (substantially 0) than that in the first scan is obtained. Therefore, an image having no display unevenness can be obtained, and the bias of the applied voltage can be suppressed, so that display burn-in can be prevented.
以上のように、赤,緑,青の画像データの階調レベルを各サブフレーム毎に検出し、その検出結果に基づいて、液晶パネル21への入射光の強度及び液晶パネル21の透過率を調整することにより、以下に述べる比較例に比べて、バックライト22の消費電力を抑えることができ、消費電力の低減化を実現できた。なお、表示特性は、比較例と同等であり、画質劣化は見られなかった。
As described above, the gradation levels of the red, green, and blue image data are detected for each subframe, and based on the detection result, the intensity of incident light on the
(比較例)
上述した第1実施の形態と同様の液晶パネル及びバックライトを使用して、第1実施の形態と同様の図6に示す駆動シーケンスに従って、カラー表示を行った。但し、前述した図15に示すように、液晶パネルへの各色における入射光の強度は、各色毎で常に一定とした。
(Comparative example)
Using the same liquid crystal panel and backlight as in the first embodiment described above, color display was performed according to the drive sequence shown in FIG. 6 as in the first embodiment. However, as shown in FIG. 15 described above, the intensity of incident light in each color on the liquid crystal panel is always constant for each color.
この結果、ほとんどの表示画像において、第1実施の形態と比べて大きい消費電力を必要とした。これは、バックライトの各色における発光強度が、画像データの階調レベルに関係なく一定であるため、つまり、非常に暗い画像においても明るい画像表示と同じ発光強度としているため、無駄が多いことに起因している。 As a result, most of the display images require higher power consumption than the first embodiment. This is because the light emission intensity of each color of the backlight is constant regardless of the gradation level of the image data, that is, even in a very dark image, the light emission intensity is the same as that of a bright image display, which is wasteful. Is attributed.
(第2実施の形態)
第2実施の形態では、バックライトの発光領域を複数の領域に分割し、分割した各領域毎に、本発明による画像データの階調レベルに基づく入射光強度及び透過率の調整を行う。なお、使用する液晶パネルの構成及び液晶表示装置の回路構成は、前述した第1実施の形態と同様であるので、それらの説明は省略する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the light emission area of the backlight is divided into a plurality of areas, and the incident light intensity and transmittance are adjusted based on the gradation level of the image data according to the present invention for each of the divided areas. The configuration of the liquid crystal panel to be used and the circuit configuration of the liquid crystal display device are the same as those in the first embodiment described above, and a description thereof will be omitted.
バックライト22の領域を、図7に示すように、4個の小領域22a〜22dに分割することにより、液晶パネル21への光入射領域を4個の小入射領域に分割する。そして、赤,緑,青の画像データの階調レベルを各サブフレーム内の各小領域毎に検出し、その検出結果に基づいて、バックライト22から液晶パネル21への入射光の強度と、液晶パネル21の透過率とを調整した。具体的には、赤,緑,青の各サブフレーム内の各小領域において最大の透過光量を必要とする画像データについて液晶パネル21の透過率が最大になるようにその透過率を調整し、この透過率の調整結果に応じて入射光の強度を低減させた。
As shown in FIG. 7, the region of the
図8は、表示制御を示すタイムチャートであり、図8(a)は液晶パネル21の各ラインの走査タイミング、図8(b)はバックライト22(LED)の赤,緑,青各色の点灯タイミングを示す。1つのサブフレーム内において4個の小領域毎にバックライト22の点灯を制御している。そして、各サブフレームで2回ずつ画像データの走査を行い、液晶パネル21への入射光の強度と液晶パネル21の透過率とを各サブフレーム内の各小領域毎に切り換えている。各サブフレームにおける2回のデータ走査の内容は、図6に示した第1実施の形態の場合と同じである。なお、この第2実施の形態における2回の画像データの走査では、1回目の走査終了タイミングと2回目の走査開始タイミングとを一致させている。
FIG. 8 is a time chart showing display control. FIG. 8A shows scanning timing of each line of the
以上のように、赤,緑,青の画像データの階調レベルを各サブフレーム内の分割した小領域毎に検出し、その検出結果に基づいて、液晶パネル21への入射光の強度及び液晶パネル21の透過率を調整することにより、第1実施の形態に比べて、バックライト22の消費電力を更に抑えることができ、消費電力の更なる低減化を実現できた。なお、表示特性は、第1実施の形態及び比較例と同等であり、画質劣化は見られなかった。
As described above, the gradation levels of the red, green, and blue image data are detected for each divided small area in each subframe, and based on the detection result, the intensity of the incident light on the
(第3実施の形態)
第3実施の形態では、入力される赤,緑,青の3色の画像データを赤,緑,青,白の4色の画像データに変換し、変換した4色の画像データを用いてフルカラー表示を行う。まず、この変換の手法について説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, input red, green, and blue color image data is converted into red, green, blue, and white four-color image data, and the converted four-color image data is used for full color. Display. First, this conversion method will be described.
図9(a)は各フレームにおける元の赤(r),緑(g),青(b)の階調レベルを示しており、図9(b)は各フレームにおける変換後の赤(r′),緑(g′),青(b′),白(w)の階調レベルを示している。各フレームにおいて、赤,緑,青の画素データの階調レベルを比較して最低階調レベルを検出する。例えば、図9(a)に示す最初のフレームにおいては、緑表示のデータの階調レベルが最も低い。この場合、赤表示,青表示のサブフレームにおいては、比較前の赤,青の階調レベル(r,b)から緑の階調レベル(g)を差し引いた階調レベル(r′=r−g,b′=b−g)に応じた赤表示,青表示を行う。 9A shows the original red (r), green (g), and blue (b) gradation levels in each frame, and FIG. 9B shows the converted red (r ′) in each frame. ), Green (g ′), blue (b ′), and white (w). In each frame, the gradation levels of red, green, and blue pixel data are compared to detect the lowest gradation level. For example, in the first frame shown in FIG. 9A, the gradation level of the green display data is the lowest. In this case, in the red and blue display sub-frames, the gradation level (r ′ = r−) obtained by subtracting the green gradation level (g) from the red and blue gradation levels (r, b) before comparison. g, b ′ = b−g), red display and blue display are performed.
赤,緑,青の混合色である白表示のサブフレームにおいては、緑の階調レベル(g)に応じた白表示(w=g)を行う。なお、緑表示のサブフレームにおいても、比較前の緑の階調レベル(g)から緑の階調レベル(g)を差し引いた階調レベル(g′=g−g)に応じた緑表示を行うことになるが、その差し引いた階調レベル(g′)は0となるので、これは一般的に”黒”表示となる。このような変換処理により、各サブフレームにおける最大の透過光量が、このような変換処理を行わない場合に比べて小さくなるので、消費電力の更なる低減化を図れる。 In the white display subframe which is a mixed color of red, green and blue, white display (w = g) corresponding to the green gradation level (g) is performed. In the green display sub-frame, green display corresponding to the gradation level (g ′ = g−g) obtained by subtracting the green gradation level (g) from the green gradation level (g) before comparison is also performed. However, since the subtracted gradation level (g ′) is 0, this is generally “black” display. With such a conversion process, the maximum amount of transmitted light in each subframe becomes smaller than when such a conversion process is not performed, so that the power consumption can be further reduced.
図10は、第3実施の形態における液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。図10において、図1と同一または同様の部材には同一番号を付している。液晶パネル21の構成は第1実施の形態と同様であり、また、バックライト22を第2実施の形態と同様に4個の小領域に分割している。なお、白色のサブフレームにおいては、LEDアレイ7における赤,緑,青のLEDを同時に点灯させる。
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of the liquid crystal display device according to the third embodiment. In FIG. 10, the same or similar members as those in FIG. The configuration of the
図10において、24は、外部の例えばパーソナルコンピュータから入力される3色の画像データPDを、上述した手法に従って表示用の4色の画像データPD′に変換する画像データ変換回路24であり、画像データ変換回路24は、変換した画像データPD′を階調レベル検出回路23へ出力する。階調レベル検出回路23は、各色(赤,緑,青,白)毎に検出した画像データPD′の階調レベルを表す階調レベル信号GLを制御信号発生回路31へ出力する。そして、階調レベル検出回路23からの階調レベル信号GLに基づいて制御信号発生回路31で生成された制御信号CSが、バックライト制御回路35及びデータドライバ32へ送られ、その制御信号CSに応じて、バックライト22から液晶パネル21へ入射される光の強度と液晶パネル21の透過率とが、各サブフレーム内の各小領域毎に調整される。
In FIG. 10,
なお、データドライバ32,スキャンドライバ33,基準電圧発生回路34等の他の部材の構成及び動作は、画像データPDが変換画像データPD′に変わるだけであって、第1実施の形態と基本的に同様であるので、その説明は省略する。
Note that the configuration and operation of other members such as the
図11は、表示制御を示すタイムチャートであり、図11(a)は液晶パネル21の各ラインの走査タイミング、図11(b)はバックライト22(LED)の赤,緑,青,白各色の点灯タイミングを示す。1つのサブフレーム内において4個の小領域毎にバックライト22の点灯を制御している。そして、各サブフレームで2回ずつ画像データの走査を行い、液晶パネル21への入射光の強度と液晶パネル21の透過率とを各サブフレーム内の各小領域毎に切り換えている。
FIG. 11 is a time chart showing display control. FIG. 11A shows scanning timing of each line of the
なお、各サブフレームにおける2回のデータ走査の内容と各データ走査のタイミングとは、図8に示した第2実施の形態の場合と同じである。 The contents of the two data scans in each subframe and the timing of each data scan are the same as those in the second embodiment shown in FIG.
以上のように、赤,緑,青の画像データを赤,緑,青,白の画像データに変換した後、この変換した画像データの階調レベルを各サブフレーム内の分割した小領域毎に検出して、その検出結果に基づいて、液晶パネル21への入射光の強度及び液晶パネル21の透過率を調整することにより、第1,第2実施の形態に比べて、バックライト22の消費電力を更に抑えることができ、消費電力の更なる低減化を実現できた。なお、表示特性は、第1,第2実施の形態及び比較例と同等であり、画質劣化は見られなかった。
As described above, after converting red, green, and blue image data into red, green, blue, and white image data, the gradation level of the converted image data is set for each divided small area in each subframe. By detecting and adjusting the intensity of the incident light to the
なお、上述した各実施の形態では、表示素子として透過型の液晶表示素子を用いるフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を例として説明したが、他の表示素子、例えばディジタルマイクロミラーデバイス(DMD)等を用いた他の表示装置であっても、本発明を同様に適用できることは勿論である。このDMDを用いる場合には、検出した表示データの階調レベルに基づいて、表示素子への入射光の強度と表示素子における反射率とを調整する。また、使用する光源は、LED光源としたが、EL等のスイッチング可能な光源であれば特にLED光源に限定されることはない。 In each of the above-described embodiments, a field-sequential liquid crystal display device using a transmissive liquid crystal display element as a display element has been described as an example. However, other display elements such as a digital micromirror device (DMD), etc. Of course, the present invention can be similarly applied to other display devices using the. When this DMD is used, the intensity of incident light on the display element and the reflectance at the display element are adjusted based on the detected gradation level of the display data. Further, although the light source used is an LED light source, it is not particularly limited to an LED light source as long as it is a switchable light source such as an EL.
更に、カラーフィルタを用いたカラー表示装置においても同様の効果が得られることは言うまでもない。なぜならば、カラーフィルタ方式においては、上述した第1,第2実施の形態における赤,緑,青の発光色を白として、液晶パネルにカラーフィルタを設ければ、本発明を同様に適用できるからである。 Further, it goes without saying that the same effect can be obtained in a color display device using a color filter. This is because, in the color filter system, if the red, green, and blue emission colors in the first and second embodiments are set to white and a color filter is provided on the liquid crystal panel, the present invention can be similarly applied. It is.
図12は、カラーフィルタを用いる液晶表示装置における液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。図12において、図2と同一部分には、同一番号を付してそれらの説明を省略する。各画素電極(ピクセル電極)40,40…の下部には、3原色(R,G,B)のカラーフィルタ60,60…が設けられている。あるいは、各画素電極(ピクセル電極)40,40…に対向する共通電極3とガラス基板2との間にカラーフィルタが設けられている。また、バックライト22は、白色光を出射する白色光源70と導光及び光拡散板6とから構成されている。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal panel and a backlight in a liquid crystal display device using a color filter. In FIG. 12, the same parts as those in FIG. Three color filters 60, 60,... Of three primary colors (R, G, B) are provided below the respective pixel electrodes (pixel electrodes) 40, 40,. Alternatively, a color filter is provided between the
このようなカラーフィルタ方式の表示装置にあっては、上述したフィールド・シーケンシャル方式での各サブフレームにおける表示データの階調レベルに基づく表示素子への入射光の強度及び表示素子での光制御量の調整と同様の調整を各フレームにおいて実行することにより、表示画質(輝度)の劣化を招くことなく、消費電力の低減化を図れる。 In such a color filter type display device, the intensity of incident light on the display element based on the gradation level of the display data in each subframe in the field-sequential system and the light control amount in the display element. By performing the same adjustment as the above adjustment in each frame, it is possible to reduce the power consumption without causing deterioration of the display image quality (brightness).
(付記1)表示素子へ入射される複数の色の光の順次的な切換えと表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させて表示を行うフィールド・シーケンシャル方式の表示装置において、前記表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする表示装置。
(付記2)前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記表示素子へ入射される各色の光毎に行うようにしたことを特徴とする付記1記載の表示装置。
(付記3)前記検出手段は、所定期間における表示データの最大の明るさの階調レベルを検出し、該最大の明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子における入射光の透過率または反射率が最大となるように前記表示素子での光制御量を調整し、調整した光制御量に応じて、入射される光の強度を調整するようにしたことを特徴とする付記1または2記載の表示装置。
(付記4)最大の明るさの階調レベル以外の階調レベルにおける明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子での光制御量を調整するようにしたことを特徴とする付記3記載の表示装置。
(付記5)前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を行った後の前記表示素子へ入射される光の強度が、前記調整を行わない場合に前記表示素子へ入射される光の強度より小さいことを特徴とする付記1〜4のいずれかに記載の表示装置。
(付記6)前記表示素子へ入射される光の入射領域が分割されており、前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記各入射領域毎に行うようにしたことを特徴とする付記1〜5のいずれかに記載の表示装置。
(付記7)前記表示素子は液晶表示素子であることを特徴とする付記1〜6のいずれかに記載の表示装置。
(付記8)前記液晶表示素子に用いられる液晶材料は自発分極を有することを特徴とする付記7記載の表示装置。
(付記9)前記表示素子はデジタルマイクロデバイスであることを特徴とする付記1〜6のいずれかに記載の表示装置。
(付記10)前記表示素子へ入射される複数の色の光は、赤色光,緑色光及び青色光であることを特徴とする付記1〜9のいずれかに記載の表示装置。
(付記11)前記表示素子へ入射される複数の色の光は、赤色光,緑色光,青色光及び白色光であることを特徴とする付記1〜9のいずれかに記載の表示装置。
(付記12)赤,緑,青の画像データを赤,緑,青,白の画像データに変換する変換手段を備えており、前記検出手段は、該変換手段で得られる画像データの階調レベルを検出するようにしたことを特徴とする付記11記載の表示装置。
(付記13)複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示装置において、前記表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする表示装置。
(付記14)表示素子へ入射される複数の色の光の順次的な切換えと表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてフィールド・シーケンシャル方式の表示を行う表示方法において、前記表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする表示方法。
(付記15)複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示方法において、前記表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする表示方法。
(Supplementary note 1) Field sequential method in which display is performed by synchronizing sequential switching of light of a plurality of colors incident on a display element and light control on the display element by display data of each color corresponding to a display image In the display device, the detection means for detecting the gradation level of the display data, and the intensity of light incident on the display element and the light control amount in the display element are adjusted based on the detection result of the detection means And a display unit.
(Appendix 2) The detection of the gradation level by the detection means and the adjustment of the light intensity and the light control amount by the adjustment means are performed for each color light incident on the display element. The display device according to
(Additional remark 3) The said detection means detects the gradation level of the maximum brightness of the display data in a predetermined period, and when the said maximum brightness is obtained, the said adjustment means transmits the incident light in the said display element. The light control amount in the display element is adjusted so that the reflectance or the reflectance is maximized, and the intensity of incident light is adjusted in accordance with the adjusted light control amount. Or the display apparatus of 2.
(Supplementary Note 4) The supplementary note is characterized in that, when obtaining brightness at a gradation level other than the gradation level having the maximum brightness, the adjustment means adjusts a light control amount in the display element. 3. The display device according to 3.
(Supplementary Note 5) The intensity of light incident on the display element after the adjustment of the light intensity and the light control amount by the adjusting means is the intensity of the light incident on the display element when the adjustment is not performed. The display device according to any one of
(Additional remark 6) The incident area of the light incident on the display element is divided, and the gradation level is detected by the detection means, and the light intensity and the light control amount are adjusted by the adjustment means. The display device according to any one of
(Supplementary note 7) The display device according to any one of
(Additional remark 8) The liquid crystal material used for the said liquid crystal display element has spontaneous polarization, The display apparatus of
(Supplementary note 9) The display device according to any one of
(Supplementary note 10) The display device according to any one of
(Supplementary note 11) The display device according to any one of
(Additional remark 12) It is provided with the conversion means which converts red, green, and blue image data into red, green, blue, and white image data, The said detection means has the gradation level of the image data obtained by this conversion means The display device according to appendix 11, wherein the display device is detected.
(Additional remark 13) Display apparatus which performs color display by synchronizing incidence of white light to a display element provided with a plurality of color filters and light control on the display element by display data of each color corresponding to a display image And detecting the gray level of the display data, and adjusting the intensity of white light incident on the display element and the light control amount in the display element based on the detection result of the detection means And a display device.
(Supplementary Note 14) Field sequential display is performed by synchronizing the sequential switching of the light of a plurality of colors incident on the display element and the light control on the display element by the display data of each color corresponding to the display image. In the display method, the gradation level of the display data is detected, and the intensity of light incident on the display element and the light control amount in the display element are adjusted based on the detection result of the gradation level. A display method characterized by.
(Supplementary Note 15) A display method for performing color display by synchronizing white light incident on a display element provided with a plurality of color filters and light control on the display element by display data of each color corresponding to a display image And detecting the gradation level of the display data and adjusting the intensity of white light incident on the display element and the light control amount in the display element based on the detection result of the gradation level. Display method.
3 共通電極
7 LEDアレイ
21 液晶パネル
22 バックライト
23 階調レベル検出回路
24 画像データ変換回路
31 制御信号発生回路
32 データドライバ
35 バックライト制御回路
60 カラーフィルタ
70 白色光源
3
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