JP5093891B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

この発明は、液晶表示装置に係り、特に、複数のブロックから構成される導光板を備えた照明ユニットを備えた液晶表示装置に関する。
液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。
透過型の液晶表示パネルを備えた液晶表示装置は、液晶表示パネルを背面から照明する照明ユニットを備えている。このような透過型の液晶表示装置においては、液晶表示パネルの各画素が照明ユニットからの照明光を選択的に透過することにより画像を表示している。
このような液晶表示装置において、液晶表示パネルに動画を表示させたとき、画像の尾ひき(動画ボケ)が出現しやすい。このような課題に対して、例えば、特許文献1によれば、複数の導光板を並列に並べて配置し、各導光板のエッジにLEDを取り付け、LEDの点灯タイミングと液晶表示パネルへ印加する電圧のタイミングとの同期をとって画像を表示する技術が開示されている。
特開2001−92370号公報
上述したような複数の導光板を並べて配置した構成の照明ユニットを適用した場合、導光板が隣接する境界部分において、輝度差が生じることがある。このような輝度差は、表示画面において筋状に認識される。特に、画素全体が均一階調の映像信号により駆動された場合(白表示画面など)には、境界部分の輝度差が認識されやすい。
この発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することにある。
本実施形態によれば、
マトリクス状に配置された画素を備えた液晶表示パネルと、複数のブロックから構成される導光板を備え、前記液晶表示パネルに重ねて配置されるとともに前記液晶表示パネルを照明する照明ユニットと、各画素に対して映像信号を出力するとともに、前記ブロック間の境界に対向する画素のみに対して階調に応じて補正した映像信号を出力する信号出力部と、を備えたことを特徴とする液晶表示装置が提供される
この発明によれば、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。
以下、この発明の一実施の形態に係る液晶表示装置について図面を参照して説明する。ここでは、特に、照明ユニットからの照明光を選択的に透過することによって画像を表示する透過型の液晶表示装置を例に説明する。
図1に示すように、液晶表示装置は、透過型の液晶表示パネルDPと、液晶表示パネルDPを照明する照明ユニットすなわちバックライトBLと、を備えている。さらに、液晶表示装置は、液晶表示パネルDP及びバックライトBLを制御する表示制御回路CNTなどを備えて構成されている。
液晶表示パネルDPは、一対の基板すなわちアレイ基板1及び対向基板2の間に液晶層3を保持した構成であり、画像を表示するアクティブエリアACTを有している。アクティブエリアACTは、マトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成されている。
図2に示すように、アレイ基板1は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板GLを用いて形成されている。すなわち、このアレイ基板1は、絶縁基板GLの上においてマトリクス状に配置された複数の画素電極PE、画素電極PE上に形成される配向膜ALなどを含んでいる。
また、このアレイ基板1は、絶縁基板GLの上において、複数のゲート線Y(Y1〜Ym)、複数のソース線X(X1〜Xn)、複数の補助容量線C(C1〜Cm)、(m×n)個のスイッチング素子Wなどを備えている。
各ゲート線Yは、画素PXの行方向に沿って形成されており、画素PXの列方向に並列に並んで配置されている。各補助容量線Cは、ゲート線Yと略平行に形成され、列方向に並列に並んで配置されている。ゲート線Yと補助容量線Cとは、列方向に沿って交互に配置されている。
各ソース線Xは、画素PXの列方向に沿って形成されており、画素PXの行方向に並列に並んで配置されている。これらのゲート線Y及びソース線Xは、絶縁層を介して交差している。各スイッチング素子Wは、ゲート線Y及びソース線Xの交差位置の近傍において画素毎に配置されている。
各スイッチング素子Wは、例えばアモルファスシリコンやポリシリコンなどによって形成された半導体層を備えた薄膜トランジスタ(TFT;Thin Film Transistor)によって構成されている。スイッチング素子Wのゲートは、ゲート線Yに接続されている(あるいはゲート線Yと一体的に形成されている)。スイッチング素子Wのソースは、ソース線Xに接続されている(あるいはソース線Xと一体的に形成されている)。スイッチング素子Wのドレインは、画素電極PEに接続されている(あるいは画素電極PEと一体的に形成されている)。
このようなスイッチング素子Wにおいては、対応するゲート線Yを介して駆動されたときに対応するソース線Xと対応する画素電極PEとの間が導通し、画素電極PEにソース線Xを介してから供給された画素電圧が印加される。
各画素電極PEは、アルミニウム(Al)などの光反射性を有する導電材料や、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの光透過性を有する導電材料によって形成されている。この画素電極PEは、スイッチング素子Wと電気的に接続されている。このような構成の画素電極PEは、配向膜ALによって覆われている。
対向基板2は、ガラスなどの光透過性を有する絶縁基板GLを用いて形成されている。すなわち、この対向基板2は、絶縁基板GLの上に形成された共通電極CEや、この共通電極CE上に形成される配向膜ALなどを含んでいる。共通電極CEは、複数の画素PXに共通に配置され、例えばITO等の光透過性を有する導電材料によって形成されている。
カラー表示タイプの液晶表示装置は、各画素PXに対応して液晶表示パネルDPに設けられたカラーフィルタ層を備えている。カラーフィルタ層は、互いに異なる複数の色、例えば赤色、青色、緑色といった3原色にそれぞれ着色された着色樹脂によって形成されている。赤色着色樹脂、青色着色樹脂、及び緑色着色樹脂は、それぞれ赤色画素、青色画素、及び緑色画素に対応して配置されている。このようなカラーフィルタ層は、アレイ基板1側に配置しても良いし、対向基板2側に配置しても良い。
また、対向基板2は、画素間を遮光するブラックマトリクスや、アクティブエリアACTの周辺を遮光する遮光層を含んでいる。
上述したような構成のアレイ基板1と対向基板2とは、図示しないスペーサ(例えば一方の基板に一体的に形成された柱状スペーサ)を介して互いに所定のギャップを維持した状態で配置され、アクティブエリアACTの外側でシール材によって貼り合わせられている。
液晶層3は、これらのアレイ基板1と対向基板2との間のギャップに封入された液晶組成物によって構成されている。この実施の形態では、液晶表示パネルDPは、例えば、OCB(Optically Compensated Bend)モードを適用した構成であり、液晶層3は、正の誘電率異方性を有するとともに光学的に正の一軸性を有する液晶分子31を含む材料によって構成されている。
この液晶分子31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るとともに、ベンド配向からスプレイ配向への逆転移が、比較的高い電圧、例えば周期的に印加され黒表示となる黒電圧の印加により阻止される。図2に示した例では、画素PXにおいて、液晶層3に電圧を印加した所定の表示状態において、液晶分子31は、アレイ基板1と対向基板2との間でベンド配列している。
各画素PXは、画素電極PE及び共通電極CE間に液晶容量CLCを有している。補助容量線Cは、各々対応行の画素PXの画素電極PEに容量結合して補助容量Csを構成している。補助容量Csは、スイッチング素子Wの寄生容量に対して十分大きな容量値を有している。
液晶表示装置は、さらに、液晶層3に電圧を印加した所定の表示状態において、図2に示したようにベンド配列した液晶分子31を含む液晶層3のリタデーションを光学的に補償する光学補償素子40を備えている。透過型の液晶表示パネルDPに対しては、光学補償素子40は、例えば一対で構成されている。
すなわち、一方の光学補償素子40は、液晶表示パネルDPとバックライトBLとの間(すなわちアレイ基板10の外面)に配置され、また、他方の光学補償素子40は、液晶表示パネルDPの観察面側(すなわち対向基板20の外面)に配置されている。これらの光学補償素子40は、それぞれ偏光板や位相差板などを含んで構成されている。
表示制御回路CNTは、液晶表示パネルDPの各画素PXに対して映像信号を出力する信号出力部として機能する。これにより、アレイ基板1及び対向基板2から映像信号に基づいた液晶駆動電圧が液晶層3に印加され、液晶表示パネルDPの透過率が制御される。
すなわち、この表示制御回路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Y(Y1〜Ym)を順次駆動するゲートドライバYD、各画素行のスイッチング素子Wが対応するゲート線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X(X1〜Xn)にそれぞれ出力するソースドライバXD、及び、コントローラ回路5を備えている。
コントローラ回路5は、液晶表示パネルDPの駆動用電圧を発生するとともに、バックライトBL、ゲートドライバYD及びソースドライバXDを制御する。すなわち、コントローラ回路5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、共通電極CE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、バックライトBLの光源の駆動を制御する光源駆動回路10などを含んでいる。
また、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、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を処理する映像信号処理回路13などを含んでいる。
制御信号CTYは、ゲートドライバYDに供給され、複数のゲート線Yを順次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る。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、映像信号処理回路13の処理結果として1行分の画素PX単位(画素行単位)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、各画素行のスイッチング素子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をそれぞれ階調に応じた画素電圧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。
ところで、この実施の形態においては、バックライトBLは、複数のブロックから構成される導光板を備えている。すなわち、図3に示すように、導光板LGは、液晶表示パネルDPに対向する面内で行方向に長辺を有するとともに列方向に短辺を有する長方形状の複数のブロックLG1…によって構成されている。
ここに示した例では、導光板LGは、5個のブロックLG1〜LG5によって構成されている。各ブロックは、例えば、アクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂などの光透過性を有する樹脂材料によって形成されている。これらの各ブロックは、略同一形状であって、列方向に並列に配置されている。
バックライトBLは、各ブロックに対応して配置された光源を備えている。この光源は、各ブロックの端面に配置されても良いし、各ブロックの背面側(つまり液晶表示パネルDPと対向する面とは反対側)に配置されても良く、発光ダイオードや冷陰極管などで構成されている。
また、バックライトBLは、導光板LGと液晶表示パネルDPとの間に、集光機能を有する光学シートや、拡散機能を有する光学シート、複数の機能を兼ね備えたシートなど1枚以上の光学シートを備えている。また、バックライトBLは、必要に応じて導光板LGの背面側に反射機能を有する光学シートや反射体を備えている。
このような構成のバックライトBLは、液晶表示パネルDPに重ねて配置されている。すなわち、図4に示すように、バックライトBLは、その導光板LGを構成するブロックの長辺が液晶表示パネルDPの行方向に平行となるように配置されている。このため、2つのブロック間の境界は、液晶表示パネルDPの画素行を構成する各画素PXaと対向する。
液晶表示パネルDPは、アクティブエリアACTにおいて、例えば、480本の画素行を有している。このとき、バックライトBLのブロックLG1−LG2間の境界は、例えば、液晶表示パネルDPの100行目の画素行L(100)の各画素PXaと対向する。また、ブロックLG2−LG3間の境界は、例えば、液晶表示パネルDPの200行目の画素行L(200)の各画素PXaと対向し、同様に、ブロックLG3−LG4間の境界は、例えば、液晶表示パネルDPの300行目の画素行L(300)の各画素PXaと対向し、ブロックLG4−LG5間の境界は、例えば、液晶表示パネルDPの400行目の画素行L(400)の各画素PXaと対向する。
バックライトBLの各ブロックLG1〜LG5に対向する画素PXと、ブロック間の境界に対向する画素PXaとでは、同一階調の映像信号が供給された(つまり、全ての画素電極PEに同一の画素電圧Vsが印加された)にも拘わらず、輝度差を生ずる場合がある。例えば、各ブロックLG1〜LG5に対向する画素PXについては、光源からの照明光が十分に導かれるのに対して、ブロック間の境界に対向する画素PXaについては、光源からの照明光が十分に導かれない場合、後者の画素PXaは前者の画素PXより低輝度となる。
このような課題に対して、本実施形態においては、表示制御回路CNTは、アクティブエリアACTの各画素PXに対して映像信号を出力するとともに、ブロック間の境界に対向する画素PXaに対しては階調に応じて補正した映像信号を出力するように構成されている。これにより、ブロック間の境界に対向する画素PXaに対して、輝度差を打ち消すように補正した映像信号に基づいた電圧が印加される。このため、全体としてブロック間の境界が認識されにくくなり、表示品位を改善することが可能となる。
より具体的には、表示制御回路CNTは、信号補正部として機能する映像信号処理回路13に加えて、画素PXaに対して出力される映像信号の補正に必要な補正値を階調毎に設定したテーブルを記憶したメモリ部Mを備えている。
図5に示すように、映像信号処理回路13は、ブロック間の境界に対向する画素PXaに対応した映像信号DIの入力に基づいて、メモリ部Mに記憶したテーブルを参照し、入力された映像信号の階調に応じた補正値を取得する。そして、映像信号処理回路13は、入力された映像信号DIを、その階調に応じて補正値に基づき補正する。つまり、映像信号の階調値が補正される。そして、映像信号処理回路13は、補正した映像信号DOをソースドライバXDに出力する。
ソースドライバXDは、ブロック間の境界に対向する画素行L(100、200、300、400)が選択されたタイミングで、選択された画素行の各画素PXaに対して補正した映像信号を出力する。
すなわち、ゲートドライバYDが各ゲート線Yを順次選択する信号を出力し、画素行L(100、200、300、400)に対応したゲート線Y100、Y200、Y300、Y400を選択する信号を出力したタイミングでは、各画素行のスイッチング素子Wがオンしてソース−ドレイン間が導通状態となる。このとき、ソースドライバXDは、映像信号処理回路13から入力された映像信号DOに基づき、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を参照して補正後の映像信号DOを階調に応じた画素電圧Vsに変換し、複数のソース線X1〜Xnに並列的に出力する。これにより、画素行L(100、200、300、400)の各画素PXaの画素電極PEには、補正した映像信号に基づく画素電圧が印加される。
このような駆動により、実質的に同一階調の全画面表示を行うとき、均一輝度での表示が可能となる。
より具体的な例として、階調数が256であり、階調値「0」は黒表示に対応し、また、階調値「255」は白表示に対応する場合を例に挙げる。メモリ部Mに記憶されるテーブルには、映像信号処理回路13に入力される映像信号DIの階調値「32」に対して、補正値として「5」が設定されているものとする。
図6に示すように、全画面において、階調値「32」の映像信号DIが映像信号処理回路13に入力された場合、画素行L(1〜99)(つまり、ゲート線Y1〜Y99)が選択されたタイミングでは、映像信号処理回路13は、階調値「32」に対応した映像信号DOを出力する。そして、画素行L(100)(つまり、ゲート線Y100)が選択されたタイミングでは、映像信号処理回路13は、階調値「32」に対してテーブルの補正値「5」を加算してより高輝度な階調値「37」に補正した後、対応する映像信号DOとして出力する。
同様にして、画素行L(101〜199)(つまり、ゲート線Y101〜Y199)が選択されたタイミングでは、階調値「32」に対応した映像信号DOを出力する。そして、画素行L(200)(つまり、ゲート線Y200)が選択されたタイミングでは、映像信号DIを補正して階調値「37」に対応した映像信号DOを出力する。
同様にして、画素行L(201〜299)に対しては階調値「32」に対応した映像信号DOを出力し、画素行L(300)に対しては階調値「37」に対応した映像信号DOを出力する。そして、画素行L(301〜399)に対しては階調値「32」に対応した映像信号DOを出力し、画素行L(400)に対しては階調値「37」に対応した映像信号DOを出力する。画素行L(401〜480)に対しては階調値「32」に対応した映像信号DOを出力する。
このように、同一階調の映像信号が入力されたにも拘らず、ブロック間の境界に対向する画素行Lの画素PXaの輝度がブロックに対向する画素PXより低輝度となるような課題に対しては、補正後の映像信号DOの階調での輝度が補正前の映像信号DIの階調での輝度より高くなるように補正することで対応可能となる。これにより、画素PXaが暗線となって認識されにくくなり、表示品位を向上することが可能となる。
黒表示(階調値ゼロ)に近い階調よりも、白表示(階調値255)に近い階調で表示を行った場合の方が、画素PXaと画素PXとの輝度差が認識されやすい。このため、特に、中間調においては、低輝度の階調(第1階調)での補正値は、高輝度の階調(第1階調より高輝度の第2階調)での補正値より小さく設定されることが望ましい。
なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の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。
上述した実施の形態では、ブロック間の境界に対向する画素行が1行である場合について説明したが、複数の画素行と対向していてもよい。例えば、画素行L(100)を中心として99行目から101行目など、3行の画素行がブロック間の境界に対向していてもよい。
また、ブロック間の境界に対向する複数の画素行が不均一な輝度となる場合、例えば、中心の画素行が最も低輝度となるような場合には、輝度分布にあわせて補正値を設定しても良い。
図1は、この発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図2は、図1に示した液晶表示装置における液晶表示パネルの断面を概略的に示す図である。 図3は、図1に示した液晶表示装置に適用されるバックライトの導光板の構成を概略的に示す斜視図である。 図4は、図3に示した導光板を備えたバックライトと図1に示した液晶表示パネルとを重ねて配置したときのブロック間の境界と対向する画素を説明するための図である。 図5は、ブロック間の境界と対向する画素に出力する映像信号を補正するための構成を概略的に示す図である。 図6は、補正前の映像信号と、補正後の映像信号と、補正値との関係の一例を示す図である。
符号の説明
DP…液晶表示パネル
1…アレイ基板 2…対向基板
3…液晶層 31…液晶分子
ACT…アクティブエリア PX…画素
PXa…画素(バックライトのブロック間の境界に対向する画素)
Y(1〜m)…ゲート線 X(1〜n)…ソース線
C…補助容量線 W…スイッチング素子
PE…画素電極 CE…共通電極
YD…ゲートドライバ XD…ソースドライバ
BL…バックライト
LG…導光板 LG1〜LG5…ブロック
CNT…表示制御回路
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 10…光源駆動回路
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 M…メモリ部

Claims (7)

  1. マトリクス状に配置された画素を備えた液晶表示パネルと、
    複数のブロックから構成される導光板を備え、前記液晶表示パネルに重ねて配置されるとともに前記液晶表示パネルを照明する照明ユニットと、
    各画素に対して映像信号を出力するとともに、前記ブロック間の境界に対向する画素のみに対して階調に応じて補正した映像信号を出力する信号出力部と、
    を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記信号出力部は、
    前記ブロック間の境界に対向する画素に出力される映像信号の補正に必要な補正値を階調毎に設定したテーブルを記憶したメモリ部と、
    前記ブロック間の境界に対向する画素に対応した映像信号の入力に基づいて、入力された映像信号を、階調に応じて前記メモリ部に記憶した前記テーブルの補正値に基づき補正する信号補正部と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記信号補正部は、中間調の階調について、補正後の映像信号の階調での輝度が補正前の映像信号の階調での輝度より高くなるように補正することを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 中間調の階調について、第1階調の補正値は、第1階調より高輝度の第2階調の補正値より小さいことを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  5. 前記液晶表示パネルは、一対の基板間に保持された前記液晶層に含まれる液晶分子が所定の表示状態においてベンド配列したOCBモードを適用したことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  6. 前記ブロック間の境界は、前記液晶表示パネルの行方向に沿って延びており、前記液晶表示パネルの1行以上の画素行と対向することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  7. 前記信号出力部は、前記ブロック間の境界に対向する画素行が選択されたタイミングで、選択された画素行の各画素に対して補正した映像信号を出力することを特徴とする請求項6に記載の液晶表示装置。
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