JP5204268B2

JP5204268B2 - 液晶表示装置

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Publication number: JP5204268B2
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Inventors: 智治能年; 基行鬼木
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Description

本発明は、液晶表示装置に関し、より詳細には、液晶パネルの上下端に設けられた光源の点灯／消灯を交互に行なうことができる液晶表示装置に関する。

動画像を具現する用途に従来から主として用いられてきた陰極線管（ＣＲＴ：Cathode Ray Tube）に対して、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）は、動きのある画像を表示した場合に、見るものに動き部分の輪郭がぼけて知覚されてしまうという、所謂、動きぼけの欠点がある。この動きぼけは、ＬＣＤの表示方式そのものに起因することが知られている。

電子ビームを走査して蛍光体を発光させて表示を行うＣＲＴでは、各画素の発光は蛍光体の若干の残光はあるものの概ねインパルス状になる。一方、ＬＣＤでは、液晶に電界を印加することにより蓄えられた電荷が、次に電界が印加されるまで比較的高い割合で保持される。特に、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）方式の場合、画素を構成するドット毎にＴＦＴスイッチが設けられており、さらに通常は各画素に補助容量が設けられており、蓄えられた電荷の保持能力が極めて高い。このため、画素が次のフレーム（或いはフィールド）の映像信号に基づく電界印加により書き換えられるまで発光し続ける。これをホールド型表示方式という。

上記のようなホールド型表示方式においては、画像表示光のインパルス応答が時間的な広がりを持つため、時間周波数特性が劣化して、それに伴い空間周波数特性も低下し、動きぼけが生じる。すなわち、人の視線は動くものに対して滑らかに追従するため、ホールド型のように発光時間が長いと、時間積分効果により画像の動きがぎくしゃくして不自然に見えてしまう。

また、液晶ディスプレイを用いて立体映像（３Ｄ映像）を表示させることが行われている。液晶ディスプレイで３Ｄ表示する際に、例えば、６０Ｈｚの映像信号が入力された場合、これをフレームレート変換し、１２０Ｈｚで液晶パネルに左眼用、右眼用の映像を交互に表示させる。そして、左眼用映像の表示時には３Ｄメガネで右眼をマスクし、右眼用映像の表示時には３Ｄメガネで左眼をマスクして視聴する。この際、実際の液晶の応答速度は、オーバードライブ込みで平均８〜１５ｍｓｅｃ程度となるため、１２０Ｈｚでの表示に対して、液晶の応答が完全には追いつかないという問題がある。

この３Ｄ映像表示を高画質で視聴するためには、上記のホールド動きぼけと液晶の応答速度に起因したクロストークを軽減する必要がある。このため、液晶パネルに定期的に黒データを書き込む黒挿入や、液晶の応答が鈍っている期間バックライトを消灯するバックライトスキャンなどの技術が用いられている。

例えば、特許文献１には、３Ｄ表示用映像信号が入力された場合に、２フレーム同じ画像を繰り返すことで２倍のフレームレートに変換し、フォーマット変換により右眼用画像と左眼用画像をフレーム毎に交互に生成し、画像表示部で表示するタイミングに合わせて、光源の点灯／消灯及び３Ｄメガネの液晶シャッタの開閉を制御することで、クロストークのない３Ｄ映像を表示できる画像表示装置が記載されている。

特開２０１０−６１１０５号公報

上記のように、液晶の応答速度が追いつかないことと、液晶駆動方式に起因するホールド動きぼけとに起因して、クロストークを発生させるため、画像品質の低下につながる。これを低減するために、（１）２４０Ｈｚで黒データを書き込み、不得意な中間調−中間調の応答をなくす、（２）１２０Ｈｚでバックライトスキャンを行い、応答が収束していない時間バックライトをオフする、という２つの技術が用いられている。この中で（２）のバックライトスキャンは、液晶パネルへの映像信号の書き込みに合わせてバックライトの点灯／消灯を繰り返すものである。

図７は、２４０Ｈｚ黒書き込み及び１２０Ｈｚバックライトスキャンを行った場合のタイミングチャートを示した図である。ここでは、図８に示すように、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)を光源とするバックライトを画面の上部、中央部、下部の３箇所に配置した場合について説明する。なお、図８中、１００はバックライトモジュール、１０１はＬＥＤ基板、１０２はバックライトシャーシ、１０３は導光板を示す。液晶パネルの書き込み方向、バックライトスキャン方向は下から上とする。

図７（Ａ）は、上、中、下の３つのバックライトの発光タイミングを示すものであり、横方向が時間軸、縦方向がＬＥＤ電流値であり、ＬＥＤの輝度値とほぼ同等である。実線が全体の２５％Ｄｕｔｙ発光の場合であり、点線が全体の５０％Ｄｕｔｙ発光の場合である。３Ｄ表示でのクロストークを改善するために、最大発光率（Ｄｕｔｙ）は５０％となる。上、中、下のバックライトの点灯タイミングはずれているが、これは後述する液晶パネルのＶ方向の駆動に同期させるためである。図中ａのタイミングが左眼用の映像が表示されている期間であり、液晶シャッタメガネ等を用いる場合は、この期間に液晶シャッタメガネの左眼用シャッタが開き、左眼で映像がみられる。また、図中ｂのタイミングは右眼用の映像が表示されている期間であり同じように右眼で映像が見られる。

図７（Ｂ）は、図８の点線にあたるラインの液晶の応答波形である。横方向が時間軸、縦方向が液晶の応答量であり、最大が液晶オン、最小が液晶オフとも表現し、液晶オンの場合に白１００％、液晶オフの場合に黒（白０％）の表示となる。上部が上下方向１／６程度の位置、中央部が同じく３／６程度の位置、下部が５／６程度の位置のラインの液晶の応答波形を示す。液晶駆動の例として、駆動周波数２４０Ｈｚであり、左眼用映像も右眼用映像も白１００％であり、その間に黒（白０％）映像が挿入されている場合としている。黒映像を挿入するのは、３Ｄ時のクロストークを軽減するためである。左右の映像を１００％映像としているのは、黒映像との関係で最も液晶の応答遅延、クロストークによる光漏れがわかるからである。

図７（Ｂ）において、点線は液晶を駆動するためにパネルの各画素にチャージさせる電位であり、実線はそれに応じた液晶の応答量である。説明の便宜上、２４０Ｈｚで液晶がチャージされた電位に対応する応答を完了する波形としている。上部の波形で説明すると、まず、チャージ０で始まり、左目用にチャージが最大（以下１００％ともいう）になり、液晶の応答はそれに応じて、徐々に大きくなりチャージに対応するレベルに達する。次に、黒映像とするためチャージは最小（以下０％ともいう）に設定される。液晶の応答は、それに応じて徐々に小さくなる。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）で説明したラインについての画面上の輝度レベルである。横方向は他のグラフと同じ時間軸、縦方向は該当するラインの輝度を表している。実線は図７（Ａ）のバックライトが２５％（実線）の場合の輝度、点線はバックライトが５０％（点線）の場合の輝度である。左目での輝度は上記ａの範囲の積算となり、右目での輝度は上記ｂの範囲の積算となる。

ここで、バックライトと輝度の関係であるが、バックライトの光は、領域外にも漏れることから、その漏れ分も含めて輝度を推定している。バックライトが上中下の３つから構成されている場合は、上部ライン（上下方向１／６程度）についてはバックライト上のレベルを１．０とすると、バックライト中のレベルは０．５、バックライト下のレベルは０．２５と換算し、合計した輝度レベルを表示している。中央ラインについても同様に、上０．５、中１．０、下０．５として換算している。視聴者に認識される輝度は、例えば、上記ａの範囲の領域間の積算である。したがって、輝度の波形は視聴者から見た輝度には無関係である。また、一般的に映像において輝度差が２倍以上あると輝度のばらつきが目立つと考えられる。

ここで、図７（Ｂ）に示すように、液晶パネルへの書き込みが画面下部から順にライン数分行われ、１２０Ｈｚで左眼用映像と右眼用映像とが交互に書き込まれていく。本例では、映像が１００％白の場合について示すものとする。例えば図７（Ｂ）の上部の例では、次のチャージが開始されるタイミングで、液晶の応答が完了している例で説明している。黒データが液晶上にチャージされ、それに応じて液晶の素子が黒方向に応答する。次に左眼用の白１００％のデータがチャージされ、それに応じて液晶が白１００％方向に応答し、最終的にチャージの値と同じ値に液晶が応答する。

本例の場合、黒データを挿入するため、２４０Ｈｚで左眼用映像、２４０Ｈｚで黒データが順に書き込まれ、次に、２４０Ｈｚで右眼用映像、２４０Ｈｚで黒データが順に書き込まれる。なお、図７（Ｂ）では、液晶パネルの上部、中央部、下部それぞれについて映像の書き込み及び液晶応答の状態を代表的に示しているが、実際には液晶パネルのライン数（例えば、１０８０ライン）分の書き込み処理が実行される。

図７（Ｂ）において、液晶パネルに対する映像信号の書き込みに同期させて、液晶パネルの各ライン毎に液晶のオンとオフとを間欠的に繰り返す。例えば、左眼用映像の書き込みに応じて、液晶がオンされ、黒データの書き込みに応じて、液晶がオフされる。同様に、右眼用映像の書き込みに応じて、液晶がオンされ、黒データの書き込みに応じて、液晶がオフされる。このように左眼用映像，黒データ，右眼用映像の書き込みに応じて、液晶のオンとオフを繰り返す。

また、図７（Ａ）に示すように、図７（Ｂ）に示す液晶の駆動制御に応じて、液晶パネルの上部、中央部、下部に設けられた各バックライト毎に点灯と消灯とを間欠的に繰り返すバックライトスキャンを行う。ここでは１２０Ｈｚでバックライトスキャンを行う。

例えば、液晶パネルの下部では、左眼用映像の書き込み（液晶オン）から黒データの書き込み（液晶オフ）に切り替わるタイミングで、バックライトを点灯させ、黒データの書き込み中に、バックライトを消灯させる。つまり、液晶の応答が収束していない間はバックライトを消灯させる。右眼用映像についても同様のタイミングでバックライトの点灯／消灯が制御される。また、液晶パネルの中央部、上部についても、左眼用映像，黒データ，右眼用映像の書き込みに応じて、液晶パネルの下部の場合と同じタイミングで、バックライトの点灯／消灯が制御される。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の液晶パネルへの黒書き込み処理、図７（Ａ）のバックライトスキャン処理に基づいて、画面上の輝度をモデル化して示したものである。画面上の輝度はバックライト輝度×液晶開口率で表すことができる。なお、図７（Ｃ）の点線は、バックライトのデュティ最大（ユーザ調光最大）時における状態を示す。この画面輝度のモデル化のルールについては後述の図３で説明する。

図７（Ｃ）の波形の時間的な積分が画面上の各部分での輝度を示す。実線がバックライト２５％Ｄｕｔｙ，点線がバックライト５０％Ｄｕｔｙの場合である。すなわち、バックライトの画面上の輝度は、図７（Ｃ）のハッチング部分の面積に相当し、上部、中央部、下部で大きな差がないことがわかる。このようにバックライトを画面の上部、中央部、下部の３ヶ所に配置した場合、上記の黒書き込み及びバックライトスキャンを用いることで、クロストークを抑えつつ、画面上の輝度を均一にすることができる。

上記では、バックライトの配置領域を画面の上部、中央部、下部としたが、このバックライトの配置領域が多いほど、画面全体を通じて、液晶パネルへの映像信号の書き込みタイミングと、バックライト光源の点灯タイミングとが合うため望ましい。また、バックライト光を拡散させる直下式よりもエッジライト式のほうが、隣接バックライトの余分な光の影響を受け難いため望ましい。

しかしながら、バックライトの配置領域、すなわち、バックライトの数を増やすことはコストアップにつながり、また、一方向からのエッジライト式とした場合、輝度ムラを生じやすいという問題がある。このため、図９のような低コストで、ある程度輝度ムラを抑えつつ、クロストークを低減するためには、バックライトを画面上下に２つ配置した上下エッジ式として、黒書き込み及びバックライトスキャンを行うことが考えられる。図９中、１００′はバックライトモジュール、１０１′はＬＥＤ基板、１０２′はバックライトシャーシ、１０３′は導光板を示す。実際に、上下エッジ式で、２４０Ｈｚ黒書き込み、１２０Ｈｚバックライトスキャンを行う３Ｄ表示機能を搭載した液晶テレビが製品化されている。

図１０は、バックライトを液晶パネルの上下端に設けた上下エッジ式の液晶ディスプレイにおいて、２４０Ｈｚ黒書き込み及び１２０Ｈｚバックライトスキャンを行った場合のタイミングチャートを示した図である。基本的な考え方は、図７の場合と同様であるが、図１０の場合、バックライト光源を画面上下に配置する上下エッジ式としたため、液晶パネルへの映像信号の書き込みタイミングと、バックライト光源の点灯タイミングとが合わず、必ず画面のどこかが暗くなり、画面上の輝度を均一に維持できないという問題がある。例えば、図１０（Ｃ）の場合、画面中央部の画面輝度が相対的に低く、暗くなっていることがわかる。

図７と同様に説明すると、図１０（Ｃ）の上部は、バックライト上に対応する部分が表示され、バックライトの下部に当たる部分も若干表示される。中央部はバックライト上からの光源輝度が半分程度、バックライト下からの光源輝度が半分程度となり、暗くなってしまう。下部については上部と同様に十分明るい。

図１１は、バックライトを液晶パネルの上下端に設けた上下エッジ式の液晶ディスプレイにおいて、２Ｄ表示モードで通常のバックライトスキャンを行った場合のタイミングチャートを示した図である。２Ｄ表示の場合も基本的な考え方は図７の場合と同様であるが、２Ｄ表示では、図１１（Ｂ）に示すように、液晶が黒書き込みなしの１２０Ｈｚで駆動され、また、図１１（Ａ）に示すように、１２０Ｈｚでバックライトスキャンが行われる。このように２Ｄ表示の場合には、黒書き込みをしないために、図１１（Ｃ）に示すように、画面上の輝度の均一性が大きく崩れることがなく、画面の上下で輝度が大きく変わることがない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、３Ｄ表示等を行う際に、低コストで、クロストークを低減しつつ、画面上の輝度差を小さくできる液晶表示装置を提供すること、を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、入力映像信号を表示する液晶パネルと、該液晶パネルの上下端に設けられた光源と、該光源の発光を制御する光源発光制御部と、前記液晶パネルを構成する液晶の駆動を制御する液晶駆動制御部とを備えた液晶表示装置であって、前記液晶駆動制御部は、前記液晶パネルに対する映像信号の書き込みに同期させて、前記液晶パネルの各ライン毎に間欠的に単一色信号の挿入を繰り返す駆動制御を行い、前記光源発光制御部は、前記液晶駆動制御部による液晶の駆動制御に応じて、前記液晶パネルの上下端に設けられた各光源毎に点灯と消灯とを間欠的に繰り返す発光制御を行い、前記各光源に同一電流を供給し該各光源を同一輝度で発光させた場合に、前記液晶パネルにおける、任意の時刻の画面輝度を所定の時間で積分した積分画面輝度が低くなる部分が画面上部あるいは画面下部になるように、前記液晶駆動制御部による単一色信号の挿入タイミングと前記光源発光制御部による光源の点灯／消灯のタイミングとが調整された状態において、前記光源発光制御部は、前記液晶パネルの積分画面輝度の差が小さくなる方向に、前記各光源に供給する電流を異ならせることを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記各光源の点灯／消灯のタイミングは、該各光源の対応する表示部分における時間的に隣接する映像とのクロストークを軽減するタイミングであることを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記各光源に設定可能なデュティと該各光源に供給する電流値とを対応付けたデータテーブルを備え、該各光源に供給する電流値は、該各光源のデュティ毎に、前記液晶パネルの積分画面輝度を測定した結果に基づいて設定され、前記光源発光制御部は、前記各光源のデュティの変化に応じて、前記データテーブルを参照することにより、前記各光源に供給する電流値を決定することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記液晶パネルの積分画面輝度が低くなる部分が画面下部である場合、前記光源発光制御部は、画面下部の積分画面輝度と画面上部の積分画面輝度との差が小さくなる方向に、前記液晶パネルの下端側の光源に供給する電流を上げることを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第１〜第３のいずれか１の技術手段において、前記液晶パネルの積分画面輝度が低くなる部分が画面上部である場合、前記光源発光制御部は、画面上部の積分画面輝度と画面下部の積分画面輝度との差が小さくなる方向に、前記液晶パネルの上端側の光源に供給する電流を上げることを特徴としたものである。

本発明によれば、液晶パネルの上下端にバックライト光源を設け、単一色書き込み及びバックライトスキャンを行うと共に、画面輝度が低くなる画面上部あるいは画面下部に対してバックライト光源に供給する電流を制御することにより、３Ｄ表示等を行う際に、低コストで、クロストークを低減しつつ、画面上の輝度差を小さくすることができる。

本発明に係る液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。本発明に係る制御ＣＰＵ及び光源駆動部による光源制御の一例を説明するための図である。本発明の液晶表示装置による画面輝度の状態をモデル化した一例を説明するための図である。図３でモデル化した結果に基づく画面上の輝度の状態を示す図である。バックライト下部を２５％Ｄｕｔｙから５０％Ｄｕｔｙまで全て２．５倍にした場合の画面上の輝度の一例を示す図である。画面下部が暗くなる場合に、バックライト電流を制御して画面輝度を補正したときの結果の一例を示す図である。２４０Ｈｚ黒書き込み及び１２０Ｈｚバックライトスキャンを行った場合のタイミングチャートを示した図である。バックライト光源を上部、中央部、下部の３ヶ所に配置したバックライトモジュールを示す図である。バックライト光源を上部、下部の２ヶ所に配置したバックライトモジュールを示す図である。バックライトを液晶パネルの上下端に設けた上下エッジ式の液晶ディスプレイにおいて、２４０Ｈｚ黒書き込み及び１２０Ｈｚバックライトスキャンを行った場合のタイミングチャートを示した図である。バックライトを液晶パネルの上下端に設けた上下エッジ式の液晶ディスプレイにおいて、２Ｄ表示モードで通常のバックライトスキャンを行った場合のタイミングチャートを示した図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の液晶表示装置に係る好適な実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る液晶表示装置の概略構成を示すブロック図で、図中、１は液晶表示装置を示す。液晶表示装置１は、バックライト１０ａ，１０ｂ、フレーム周波数変換部１１、液晶駆動部１２、液晶パネル１３、同期抽出部１４、制御ＣＰＵ１５、光源駆動部１６、メモリ１７、リモコン受光部１８、及び同期信号送信部１９を備える。この液晶表示装置１は、３Ｄメガネ２０による３Ｄ表示を行う機能を備えており、バックライト１０ａ，１０ｂとしては、例えば、ＬＥＤを用いることができる。

同期抽出部１４は、入力映像信号（例えば、６０Ｈｚのプログレッシブスキャン信号）から垂直／水平同期信号を抽出する。制御ＣＰＵ１５は、同期抽出部１４で抽出された垂直／水平同期信号等に基づいて、各部の動作制御を行う。

フレーム周波数変換部１１は、制御ＣＰＵ１５からの制御信号に基づいて、入力映像信号のフレーム周波数をｎ倍（ｎは２以上の自然数）に変換し、右眼用映像及び左眼用映像を生成する。例えば、立体視用の映像表示の際には、左右映像がそれぞれ１２０Ｈｚにて表示されるが、黒データを挿入するため、２４０Ｈｚで左眼用映像、２４０Ｈｚで黒データが順に書き込まれ、次に、２４０Ｈｚで右眼用映像、２４０Ｈｚで黒データが順に書き込まれる。

液晶駆動部１２は、フレーム周波数変換部１１から入力された映像信号に基づいて、液晶パネル１３を構成する液晶の駆動を制御し、液晶パネル１３に対して１フレーム周期で書込走査を行う。制御ＣＰＵ１５は、同期抽出部１４で抽出された垂直同期信号に基づいて、バックライト１０の点灯・消灯を制御する制御信号を光源駆動部１６に出力する。バックライト１０ａ，１０ｂは、入力映像信号を表示する液晶パネル１３の上下端から液晶パネル１３を照射する光源である。光源駆動部１６は、制御ＣＰＵ１５から出力された制御信号に従って、バックライト１０ａ，１０ｂの点灯を制御する。

リモコン受光部１８は、ユーザが操作するリモコンＲから操作信号を受光し、この操作信号を制御ＣＰＵ１５に出力する。例えば、ユーザはリモコンＲを操作して、液晶表示装置１に対して調光レベルの調整を行うことができる。メモリ１７は、各種のプログラムやデータを記憶させる例えば不揮発性メモリなどで構成される。

同期信号送信部１９は、液晶パネル１３で表示させる左右映像のタイミングに同期させた赤外線信号等の同期信号を３Ｄメガネ２０に送信する。３Ｄメガネ２０は、同期信号送信部１９から送信された同期信号に基づいて、左眼用及び右眼用それぞれに設けられた液晶シャッタを駆動させる。具体的には、右眼用映像の同期信号の場合には左眼側の液晶シャッタを閉じ、左眼用映像の同期信号の場合には右眼側の液晶シャッタを閉じる。

本発明の主たる特徴部分は、３Ｄ表示等を行う際に、低コストで、クロストークを低減しつつ、画面上の輝度差を小さくできる液晶表示装置を提供することにある。このための構成として、液晶表示装置１は、液晶パネル１３に対する映像信号の書き込みに同期させて、液晶パネル１３の各ライン毎に間欠的に単一色信号の挿入を繰り返す駆動制御（例えば、黒書き込み制御）を行う液晶駆動制御部と、液晶駆動制御部による液晶の駆動制御に応じて、液晶パネル１３の上下に分割された各光源毎に点灯と消灯とを間欠的に繰り返す発光制御（すなわち、バックライトスキャン制御）を行う光源発光制御部とを備える。本例の場合、上記の液晶駆動制御部は制御ＣＰＵ１５と液晶駆動部１２とで構成され、光源発光制御部は制御ＣＰＵ１５と光源駆動部１６とで構成される。

なお、液晶駆動制御において、液晶パネル１３の各ライン毎に間欠的に繰り返し挿入される単一色信号は、黒に限定されるものではない。例えば、１６階調からの遷移が応答として速い場合には、１６階調グレーを挿入してもよい。

図２は、本発明に係る制御ＣＰＵ及び光源駆動部による光源制御の一例を説明するための図である。光源駆動部１６は、バックライト１０ａ，１０ｂそれぞれを独立して制御するために２系統のドライバ回路で構成される。すなわち、液晶パネル１３の上端側バックライト１０ａの点灯／消灯を制御するために、ＦＥＴ(Field Effect Transistor)１６１ａ、定電流回路１６２ａ、及び電圧管理用フィードバック回路１６３ａで構成される。同様に、液晶パネル１３の下端側バックライト１０ｂの点灯／消灯を制御するために、ＦＥＴ１６１ｂ、定電流回路１６２ｂ、及び電圧管理用フィードバック回路１６３ｂで構成される。

液晶表示装置１は、同じ電流で駆動した場合に、液晶パネル１３の画面輝度が低くなる部分が画面上部あるいは画面下部になるように、液晶のオン／オフのタイミングとバックライト１０ａ，１０ｂの点灯／消灯のタイミングとが調整された状態において、液晶パネル１３の画面輝度の差が小さくなる方向に、液晶パネル１３の上下に分割された各バックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流を異ならせる。ここで、画面上部あるいは画面下部の画面輝度が低くなるためには、液晶とバックライトについて、（１）液晶駆動方法として単一色挿入を行っていること、（２）上下のバックライト駆動のタイミングが０．５Ｖ（画面半分）ずれていること、（３）上のバックライト点灯時に画面上部の液晶の応答が最も飽和しているか、あるいは、下のバックライト点灯時に画面下部の液晶の応答が最も飽和していること、などの条件が必要となる。

上記において、各バックライト１０ａ，１０ｂの点灯／消灯のタイミングは、各バックライト１０ａ，１０ｂの対応する表示部分における時間的に隣接する映像とのクロストークを軽減するタイミングとなる。

ここで、例えば、液晶パネル１３の画面輝度が低くなる部分が画面下部である場合、画面下部の画面輝度と画面上部の画面輝度との差が小さくなる方向に、液晶パネル１３の下端側のバックライト１０ｂに供給する電流を上げるように制御される。また、逆に、液晶パネル１３の画面輝度が低くなる部分が画面上部である場合、画面上部の画面輝度と画面下部の画面輝度との差が小さくなる方向に、液晶パネル１３の上端側のバックライト１０ａに供給する電流を上げるように制御される。

具体的には、液晶パネル１３の画面輝度が均一になるように、各バックライト１０ａ，１０ｂに設定可能なデュティと各バックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流値とを対応付けたデータテーブル１７１をメモリ１７に記憶しておく。そして、各バックライト１０ａ，１０ｂのデュティの変化に応じて、データテーブル１７１を参照することにより、各バックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流値を決定する。

データテーブル１７１としては、ユーザがメニュー上で設定できる調光レベル毎にデュティを変化させるため、調光レベルとデュティとを対応付けたテーブルを持つ。また、周囲の明るさを検出して自動的にデュティを変化させるＯＰＣ(Optical Picture Control)機能を備える場合、ＯＰＣレベルとデュティとを対応付けたテーブルを持つようにしてもよい。ここで、各調光レベル（あるいは各ＯＰＣレベル）のときの各デュティに対する画面上の輝度を、例えば、画面の上部、中央部、下部毎に実際に測定し、この測定結果より、画面上の輝度を略均一にする（画面上の輝度差を小さくする）ために必要な電流値をバックライト１０ａ，１０ｂそれぞれについて求める。なお、画面輝度を測定する際には、実際に全画面に例えば２５５階調の白を表示して測定する。そして、バックライト１０ａ，１０ｂそれぞれについて求めた電流値を、各バックライト１０ａ，１０ｂに設定可能なデュティに対応付けて、データテーブル１７１を生成する。

図２のデータテーブル１７１の場合、電流１がバックライト１０ａに供給すべき電流であり、電流２がバックライト１０ｂに供給すべき電流である。ユーザが例えば調光レベル１を選択指示した場合、データテーブル１７１からデュティは１５％となる。制御ＣＰＵ１５は、このときの調光レベルに基づいてデータテーブル１７１を参照し、バックライト１０ａ，１０ｂそれぞれに供給すべき電流１，電流２の電流値を決定し、この電流値を定電流回路１６２ａ，１６２ｂに出力する。定電流回路１６２ａ，１６２ｂでは電流値に応じた電流１，電流２を生成する。また、制御ＣＰＵ１５は、このときのデュティに基づいて、ＦＥＴ１６１ａ，１６１ｂによるＰＷＭ(Pulse Width Modulation)制御を行い、定電流回路１６２ａ，１６２ｂで生成された電流１，電流２に基づく調光制御を行う。

図３は、本発明の液晶表示装置１による画面輝度の状態をモデル化した一例を説明するための図である。本例では、前述の図１０の場合と同様に、バックライトを液晶パネルの上下端に設けた上下エッジ式の液晶ディスプレイにおいて、２４０Ｈｚ黒書き込み及び１２０Ｈｚバックライトスキャンを行うものとする。図１０と異なる点は、液晶パネル１３の画面輝度が低くなる部分が画面上部あるいは画面下部になるように、液晶のオン／オフのタイミングとバックライト１０ａ，１０ｂの点灯／消灯のタイミングとが調整されている。図３の例では、図３（Ｃ）に示すように、画面下部側の画面輝度が低くなるようにタイミングが調整されている。なお、液晶パネルの書き込み方向、バックライトスキャン方向は下から上としているが、上から下の向きにしてもよいことは言うまでもない。

前述の図１０の場合、液晶パネル１３の画面輝度が低くなる部分が画面中央部であるため、液晶パネル１３の上下端に設けられたバックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流を制御しても、画面輝度を均一にすることができない。しかし、本発明のように、液晶パネル１３の画面輝度が低くなる部分を画面上部あるいは画面下部になるようにタイミングを調整することで、バックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流を制御し、画面輝度を略均一にすることができる。

ここで、図３（Ｃ）は、図３（Ｂ）の液晶パネルへの黒書き込み処理、図３（Ａ）のバックライトスキャン処理に基づいて、画面上の輝度をモデル化して示したものである。前述したように、画面上の輝度はバックライト輝度×液晶開口率で表すことができる。この画面輝度のモデル化のルールについて以下に説明する。なお、このモデル化ルールは、前述の図７、図１０の場合も同様である。

（画面輝度のモデル化ルール）
図３（Ａ）において、バックライトの点灯時を“１”、消灯時を“０”とする。図３（Ｂ）において、液晶パネルの液晶応答時を“１”、液晶半応答時を“１／２”、液晶未答時を“０”とする。また、液晶パネルの下部は、上側バックライトの影響を受けるため、この影響を“１／４”とする。液晶パネルの中央部は、上側バックライト及び下側バックライトの影響を受けるため、それぞれの影響を“１／２”とする。液晶パネルの上部は、下側バックライトの影響を受けるため、この影響を“１／４”とする。以下、図３（Ｃ）のａ８を基準“１”とする。

図３（Ｃ）の画面下部の場合、ａ１について、液晶パネル下部の液晶応答が“１／２”、下側バックライトが“１”、上側バックライトが“０”である。よって、ａ１は“１／２”となる。ａ２について、液晶パネル下部の液晶応答が“０”である。よって、ａ２は“０”となる。ａ３について、液晶パネル下部の液晶応答が“１／２”、下側バックライトが“０”、上側バックライトが“１”であるため、その影響が“１／４”となる。よって、ａ３は“１／８”となる。

図３（Ｃ）の画面中央部の場合、ａ４について、液晶パネル中央部の液晶応答が“１”、下側バックライトが“１”であるため、その影響が“１／２”、上側バックライトが“０”である。よって、ａ４は“１／２”となる。ａ５について、液晶パネル中央部の液晶応答が“１／２”、下側バックライトが“０”、上側バックライトが“１”であるため、その影響が“１／２”となる。よって、ａ５は“１／４”となる。ａ６について、液晶パネル中央部の液晶応答が“０”である。よって、ａ６は“０”となる。

図３（Ｃ）の画面上部の場合、ａ７について、液晶パネル上部の液晶応答が“１／２”、下側バックライトが“１”であるため、その影響が“１／４”、上側バックライトが“０”である。よって、ａ７は“１／８”となる。ａ８について、液晶パネル上部の液晶応答が“１”、下側バックライトが“０”、上側バックライトが“１”である。よって、ａ８は“１”となる。ａ９について、液晶パネル上部の液晶応答が“１／２”、下側バックライトが“０”、上側バックライトが“１”である。よって、ａ９は“１／２”となる。

上記のようにしてモデル化した結果に基づく画面上の輝度の状態を図４に示す。図中、Ｘはあるデュティ（≠最大）における画面輝度、Ｙは最大デュティにおける画面輝度を示す。図中Ｘの場合、バックライトの画面上の輝度は、図４のハッチング部分の面積に相当し、画面上部に対して画面下部が暗いことがわかる。また、図中Ｙの場合、デュティを最大としたため、画面上部と画面下部の輝度差が変化する。

上記のルールに従って、バックライト２５％時と５０％時の下部バックライトの輝度を算出した。２５％時のバックライトでの１００％時を１として換算した結果を以下に示す。なお、上下比率とは上部輝度に対する下部輝度の比率を示す。

図５は、バックライト下部を２５％Ｄｕｔｙから５０％Ｄｕｔｙまで全て２．５倍にした場合の画面上の輝度の一例を示す図である。２．５倍程度にバックライト下部の輝度をアップすると２５％時は輝度比（上下比率）が０．３８から０．７５程度まで改善する。一般的に映像において映像の輝度差が２倍以上あると輝度の差が目立つと考えられる。上下の差が０．３８から０．７５に改善されているので、輝度差は問題の少ないレベルに軽減されたといえる。

また、上記の表からわかるように、５０％Ｄｕｔｙ時は、下側のバックライトの輝度が逆に高くなる。２５％から５０％にＤｕｔｙが大きくなると、それに応じて、下側バックライトの輝度が大きくなる。対応として、調光レベル(Duty比)に応じて上部と下部の輝度比を解消するための下部のバックライト輝度のアップ量を計算しておき、実際のＤｕｔｙ比に応じて輝度アップ量を調節するようにすれば、より好適である。

液晶表示装置１は、前述の図４に示すように、あるデュティ（≠最大）において、液晶パネル１３の画面輝度が低くなる部分が画面上部あるいは画面下部になるように、液晶のオン／オフのタイミングとバックライト１０ａ，１０ｂの点灯／消灯のタイミングとが調整されている。そして、液晶パネル１３の画面輝度が略均一になるように、液晶パネル１３の上下端に設けられた各バックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流を異ならせる。具体的には、各バックライト１０ａ，１０ｂに設定可能なデュティと各バックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流値とを対応付けたデータテーブル１７１をメモリ１７に記憶しておく。そして、各バックライト１０ａ，１０ｂのデュティの変化に応じて、データテーブル１７１を参照することにより、各バックライト１０ａ，１０ｂに供給する電流値を決定する。

上記において、具体的に画面輝度を補正した結果の一例を図６に示す。図６（Ｃ）は、Ｄｕｔｙ２５％としたときの画面輝度の状態（波形）を示すが、画面上部と画面下部で面積が略同じになるようにバックライトに供給する電流が調整されている。図６（Ａ）に示すタイミングの場合、下端側のバックライト輝度が上端側のバックライト輝度の約１１倍になるように、下端側のバックライトに供給するバックライト電流を調整することで、上部と下部の画面輝度が略同じになるように補正できる。

以上説明したように、本発明によれば、バックライト光源を画面の上部、下部の２ヶ所に配置する上下エッジ式とし、単一色書き込み及びバックライトスキャンを行うと共に、画面輝度が低く（画面が暗く）なる画面上部あるいは画面下部に対してバックライト光源に供給する電流を制御することにより、３Ｄ表示等を行う際に、低コストで、クロストークを抑えつつ、画面上の輝度を略均一にすることができる。

１…液晶表示装置、１０ａ，１０ｂ…バックライト、１１…フレーム周波数変換部、１２…液晶駆動部、１３…液晶パネル、１４…同期抽出部、１５…制御ＣＰＵ、１６…光源駆動部、１７…メモリ、１８…リモコン受光部、１９…同期信号送信部、２０…３Ｄメガネ。

Claims

入力映像信号を表示する液晶パネルと、該液晶パネルの上下端に設けられた光源と、該光源の発光を制御する光源発光制御部と、前記液晶パネルを構成する液晶の駆動を制御する液晶駆動制御部とを備えた液晶表示装置であって、
前記液晶駆動制御部は、前記液晶パネルに対する映像信号の書き込みに同期させて、前記液晶パネルの各ライン毎に間欠的に単一色信号の挿入を繰り返す駆動制御を行い、
前記光源発光制御部は、前記液晶駆動制御部による液晶の駆動制御に応じて、前記液晶パネルの上下端に設けられた各光源毎に点灯と消灯とを間欠的に繰り返す発光制御を行い、
前記各光源に同一電流を供給し該各光源を同一輝度で発光させた場合に、前記液晶パネルにおける、任意の時刻の画面輝度を所定の時間で積分した積分画面輝度が低くなる部分が画面上部あるいは画面下部になるように、前記液晶駆動制御部による単一色信号の挿入タイミングと前記光源発光制御部による光源の点灯／消灯のタイミングとが調整された状態において、前記光源発光制御部は、前記液晶パネルの積分画面輝度の差が小さくなる方向に、前記各光源に供給する電流を異ならせることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１に記載の液晶表示装置において、前記各光源の点灯／消灯のタイミングは、該各光源の対応する表示部分における時間的に隣接する映像とのクロストークを軽減するタイミングであることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１または２に記載の液晶表示装置において、前記各光源に設定可能なデュティと該各光源に供給する電流値とを対応付けたデータテーブルを備え、該各光源に供給する電流値は、該各光源のデュティ毎に、前記液晶パネルの積分画面輝度を測定した結果に基づいて設定され、前記光源発光制御部は、前記各光源のデュティの変化に応じて、前記データテーブルを参照することにより、前記各光源に供給する電流値を決定することを特徴とする液晶表示装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、前記液晶パネルの積分画面輝度が低くなる部分が画面下部である場合、前記光源発光制御部は、画面下部の積分画面輝度と画面上部の積分画面輝度との差が小さくなる方向に、前記液晶パネルの下端側の光源に供給する電流を上げることを特徴とする液晶表示装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置において、前記液晶パネルの積分画面輝度が低くなる部分が画面上部である場合、前記光源発光制御部は、画面上部の積分画面輝度と画面下部の積分画面輝度との差が小さくなる方向に、前記液晶パネルの上端側の光源に供給する電流を上げることを特徴とする液晶表示装置。