JP7410834B2

JP7410834B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP7410834B2
Application number: JP2020166147A
Authority: JP
Inventors: 裕太金森
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Fine Device Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd; Citizen Fine Device Co Ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2024-01-10
Anticipated expiration: 2040-09-30
Also published as: JP2022057745A

Description

本発明は液晶表示装置に関するものである。

液晶ディスプレイは所定の外部機器と接続して使用される。液晶ディスプレイは接続される外部機器に応じた階調特性を有し、この階調特性はγ特性と言われている。液晶ディスプレイでは光の三原色であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）が組み合わされてカラー画像が表示され、例えば２５６階調が表現される。輝度の入力値を「x」、出力値を「y」と定義した場合に、γ値との関係性は「y＝x^γ」の式で表される。液晶ディスプレイのγ特性は、接続される外部機器に対して理想的なγ特性となるように調整される。この調整は一般的にγ補正と称される。γ補正の方法としては、例えば、光源の点灯時間の長さを変化させる方法や液晶の駆動時間の長さを変化させる方法が知られている。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１４－１８２１５７

図３（ａ）は、従来技術における補正後のγ特性と理論値との比較図である。図３（ｂ）は、従来技術における補正後のγ特性と理論値との比較図の高階調側の拡大図である。図３（ｃ）は、従来技術における補正後のγ特性と理論値との比較図の低階調側の拡大図である。図３（ａ）～（ｃ）は、光源の点灯時間の長さを変化させるγ補正のみを行った後のγ特性の測定結果を示している。ディスプレイとして用いられる液晶パネルに設定されるγ値は例えば２．１であるが、このγ値に基づく理論上の理想的なγ特性（図３（ａ）～（ｃ）の曲線１。以下、これを「理論値」と呼ぶ場合がある。）に対して、測定結果におけるγ特性（図３（ａ）～（ｃ）の例えば曲線２）は、低階調側では図３（ｃ）に示すように理論値から大きく乖離していないが、高階調側では図３（ｂ）に示すように理論値から大きく乖離している。特に低温の２４０～２５５階調では、輝度が大きく変化しておらず、いわゆる「階調潰れ」が発生している。このように実際の輝度が理論値から大きく外れていると、適切な階調を表現することができなくなり、観察者に違和感を与えてしまう。即ち、この測定結果からは、光源の点灯時間の長さを変化させるγ補正のみでは、適切なγ補正を行うことができない場合があることが分かる。

本発明は、適切なγ補正を行うことが可能な液晶表示装置を提供することを目的とする。

液晶パネルと、前記液晶パネルに光を供給する光源と、を備え、前記光源の点灯時間の長さを変化させることにより、前記液晶パネルに表示される画像の輝度の理論値からの誤差を補正する第一のγ補正と、前記液晶パネルの液晶駆動時間の長さを変化させることにより、前記液晶パネルに表示される画像の輝度の理論値からの誤差を補正する第二のγ補正と、を行うことが可能な液晶表示装置であって、前記画像の階調のうち所定の第一の階調では、前記第一のγ補正と前記第二のγ補正のうち前記第一のγ補正のみを行い、前記画像の階調のうち所定の第二の階調では、前記第一のγ補正と前記第二のγ補正の両方を行う、液晶表示装置とする。

前記第二の階調は、前記第一の階調よりも高階調である液晶表示装置とすることができる。

前記第二の階調毎の輝度補正は、前記第一の階調よりも低階調である液晶表示装置とすることができる。

本発明によれば、適切なγ補正を行うことが可能な液晶表示装置を提供することができる。

本発明の実施形態における補正後のγ特性と理論値との比較図。本発明の実施形態における補正後のγ特性と理論値との比較図の高階調側の拡大図。本発明の実施形態における補正後のγ特性と理論値との比較図の低階調側の拡大図。本発明の実施形態における液晶表示装置の駆動波形を示すタイミングチャート。従来技術における補正後のγ特性と理論値との比較図。従来技術における補正後のγ特性と理論値との比較図の高階調側の拡大図。従来技術における補正後のγ特性と理論値との比較図の低階調側の拡大図。

以下、図に基づき、本発明の実施形態を説明する。

図２は、本発明の実施形態における液晶表示装置の駆動波形を示すタイミングチャートである。本発明の実施形態における液晶表示装置は、ＬＥＤなどの光源と、強誘電性液晶パネルなどの液晶パネルと、光源と液晶パネルを駆動させる駆動回路とを備え、液晶パネルをフィールドシーケンシャル方式により駆動して画像を表示するように構成されている。カラー画像を表示する場合には、ＲＧＢの各色に対応する画像を表示する３つのフィールド期間が設けられ、それら３つのフィールド期間で１つのカラー画像が表示される。具体的には、ＲＧＢの各色の光を発する３つの光源を設け、これら３つの光源から発せられた各色の光により液晶パネルを前方又は後方から順次照明する。例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の順にそれぞれの色の光を液晶パネルに照射し、このサイクルを同様に繰り返す。液晶パネルは、このサイクルに同期して液晶の光変調状態を変化させる。

図２に示すフィールドシーケンシャル駆動では、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｒ、Ｐａｓｓｉｖｅ期間ｒ、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｇ、Ｐａｓｓｉｖｅ期間ｇ、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｂ、Ｐａｓｓｉｖｅ期間ｂの６つのフィールド期間で１フレーム期間が構成されている。

Ａｃｔｉｖｅ期間Ｒでは、ＲのＬＥＤに所定時間（ΔｔＲ＝ΔｔＲ_１＋ΔｔＲ_２＋ΔｔＲ_３＋・・・＋ΔｔＲ_ｎ）だけＯＮ電圧が印加されることでＲのＬＥＤが点灯し、液晶に所定時間（ΔｔＲ’）だけＯＮ電圧が印加されることで液晶がＯＮ状態となり、ＲのＬＥＤが点灯する時間（ΔｔＲ）と液晶がＯＮ状態となる時間（ΔｔＲ’）とが重なる期間において１つのＲ画像が表示される。それと同様に、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｇでは、ＧのＬＥＤが点灯する時間（ΔｔＧ＝ΔｔＧ_１＋ΔｔＧ_２＋ΔｔＧ_３＋・・・＋ΔｔＧ_ｎ）と液晶がＯＮ状態となる時間（ΔｔＧ’）とが重なる期間において１つのＧ画像が表示され、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｂでは、ＢのＬＥＤが点灯する時間（ΔｔＢ＝ΔｔＢ_１＋ΔｔＢ_２＋ΔｔＢ_３＋・・・＋ΔｔＢ_ｎ）と液晶がＯＮ状態となる時間（ΔｔＢ’）とが重なる期間において１つのＢ画像が表示される。

各ＬＥＤと液晶は、矩形波からなる駆動電圧のパルス幅変調により駆動され、液晶にＯＮ電圧が印加される時間（ΔｔＲ’、ΔｔＧ’、ΔｔＢ’）の長さを適宜変化させることにより画像の階調（例えば０～２５５階調）が表現される。

Ｐａｓｓｉｖｅ期間ｒでは、全てのＬＥＤが消灯し、直前のＡｃｔｉｖｅ期間Ｒにおいて液晶に印加されたＯＮ電圧とＯＦＦ電圧の極性がそれぞれ反転された反転電圧が液晶に印加され、液晶の焼き付きを防止するための反転駆動が行われる。それと同様に、Ｐａｓｓｉｖｅ期間ｇでは、全てのＬＥＤが消灯し、直前のＡｃｔｉｖｅ期間Ｇにおいて液晶に印加されたＯＮ電圧とＯＦＦ電圧の極性がそれぞれ反転された反転電圧が液晶に印加され、Ｐａｓｓｉｖｅ期間ｂでは、全てのＬＥＤが消灯し、直前のＡｃｔｉｖｅ期間Ｂにおいて液晶に印加されたＯＮ電圧とＯＦＦ電圧の極性がそれぞれ反転された反転電圧が液晶に印加される。

１フレーム期間の長さを非常に短くすることにより、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの画像の色はひとつずつの色とは認識されず、それぞれの色の混色として人間の目に認識される。

この実施形態において、液晶パネルに対するγ補正は、以下の２種類の方法を用いて行われる。

まず、１つ目の方法として、光源（ＬＥＤ）の点灯時間の長さを変化させることによりγ補正を行う方法（以下、光源γ補正と称する。）について説明する。この方法では、例えば、Ａｃｔｉｖｅ期間ＲにおいてＲのＬＥＤが点灯する時間（ΔｔＲ）は、ΔｔＲ_１～ΔｔＲ_ｎに分割され、ΔｔＲ_１～ΔｔＲ_ｎは、互いに所定の間隔を空けて設定されると共にＡｃｔｉｖｅ期間Ｒの始端から終端へ向かうにつれて相対的に少しずつ長くなるように設定されている。具体的には、ΔｔＲ_２は、ΔｔＲ_１から所定の間隔を空けて設定されると共にΔｔＲ_１よりも少しだけ長くなるように設定され、ΔｔＲ_３は、ΔｔＲ_２から所定の間隔を空けて設定されると共にΔｔＲ_２よりも少しだけ長くなるように設定され、このような関係性がΔｔＲ_ｎまで続いている。即ち、ΔｔＲ_１～ΔｔＲ_ｎには、ΔｔＲ_１＜ΔｔＲ_２＜ΔｔＲ_３＜・・・＜ΔｔＲ_ｎの関係性がある。それと同様に、Ａｃｔｉｖｅ期間ＧにおいてＧのＬＥＤが点灯する時間（ΔｔＧ）は、ΔｔＧ_１～ΔｔＧ_ｎに分割され、ΔｔＧ_１～ΔｔＧ_ｎは、互いに所定の間隔を空けて設定されると共にＡｃｔｉｖｅ期間Ｇの始端から終端へ向かうにつれて相対的に少しずつ長くなるように設定されている。また、Ａｃｔｉｖｅ期間ＢにおいてＢのＬＥＤが点灯する時間（ΔｔＢ）は、ΔｔＢ_１～ΔｔＢ_ｎに分割され、ΔｔＢ_１～ΔｔＢ_ｎは、互いに所定の間隔を空けて設定されると共にＡｃｔｉｖｅ期間Ｂの始端から終端へ向かうにつれて相対的に少しずつ長くなるように設定されている。

このようにＬＥＤの点灯時間が分割された状態において、例えば、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｒで低諧調のＲ画像を表示する場合には、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）と重なるＬＥＤの点灯時間は、ΔｔＲ_１のみとなり、それよりも僅かに高い諧調のＲ画像を表示する場合には、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）と重なるＬＥＤの点灯時間は、ΔｔＲ_１＋ΔｔＲ_２となり、それよりも僅かに高い諧調のＲ画像を表示する場合には、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）と重なるＬＥＤの点灯時間は、ΔｔＲ_１＋ΔｔＲ_２＋ΔｔＲ_３となり、このような関係性が高諧調のＲ画像を表示する場合まで続く。このことから、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）と重なるＬＥＤの点灯時間の長さは、表示するＲ画像の階調が高くなるにつれて二次関数的に増加するように変化する。ここで、ＬＥＤの点灯時間（ΔｔＲ）を分割する数（ｎ＝１、２、３・・・）や分割後の各点灯時間（ΔｔＲ_１、ΔｔＲ_２、ΔｔＲ_３・・・ΔｔＲ_ｎ）の長さを適宜調整し、Ｒ画像のγ特性の理論値からの誤差が小さくなるように、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）と重なるＬＥＤの点灯時間の長さを適宜変化させることにより、Ｒ画像に対するγ補正を行うことができる。それと同様に、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｇ、Ｂにおいて液晶のＯＮ時間（ΔｔＧ’、ΔｔＢ’）と重なるＬＥＤの点灯時間の長さを適宜変化させることにより、Ｇ画像とＢ画像に対するγ補正を行うことができる。

なお、光源γ補正は、ＬＥＤの点灯時間を複数に分割せずに単一の点灯時間の長さを変化させることにより行っても良い。

次に、２つ目の方法として、液晶のＯＮ時間の長さを変化させることによりγ補正を行う方法（以下、液晶γ補正と称する。）について説明する。この方法では、例えば、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｒにおいて液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）の始端は、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｒの始端と一致する位置に固定され、それに対して、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）の終端は、時間軸上で左右へ移動可能とされている。ここで、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）の終端を左側へ僅かに移動させると、その分だけ液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）が短くなり、ＬＥＤの点灯時間（ΔｔＲ）と液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）とが重なる期間の長さが短くなるため、Ｒ画像の輝度は低下する。それとは反対に、液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）の終端を右側へ僅かに移動させると、その分だけ液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）が長くなり、ＬＥＤの点灯時間（ΔｔＲ）と液晶のＯＮ時間（ΔｔＲ’）とが重なる期間の長さが長くなるため、Ｒ画像の輝度は上昇する。これらの動作をＲ画像のγ特性の理論値からの誤差が小さくなるように適宜行うことにより、Ｒ画像に対するγ補正を行うことができる。それと同様に、Ａｃｔｉｖｅ期間Ｇ、Ｂにおいて液晶のＯＮ時間（ΔｔＧ’、ΔｔＢ’）の長さを適宜変化させることにより、Ｇ画像とＢ画像に対するγ補正を行うことができる。

なお、液晶γ補正は、液晶のＯＮ時間の終端を一定の位置に固定して始端の位置を左右へ移動させることにより行っても良い。

フィールドシーケンシャル駆動を用いた液晶表示装置において光源γ補正のみを行った場合には、例えば、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、光源γ補正後のγ特性は高階調になるにつれて理論値から上方へ乖離していく傾向がある。そこで、高階調側では、光源γ補正と液晶γ補正の両方を行うことで、γ特性を下方へ補正して理論値に近似させる。これに対し、低階調側では、液晶γ補正を行わずに光源γ補正のみを行っても理論値から大きな乖離は無いため、光源γ補正のみを行う。

このようなγ補正を行う際の具体的な手順の一例としては、まず、光源γ補正と液晶γ補正の何れも行っていない初期状態の液晶パネルに所定の画像を表示させ、そこから一定距離だけ離れた位置に設置された輝度計により、各階調（例えば０～２５５階調）の輝度を測定し、初期のγ特性（γカーブ）を算出する。

次に、初期のγ特性を理論値と比較し、初期のγ特性が理論値から大きく乖離している部分に対して、γ特性が理論値に近づくように光源γ補正を行う。そして、光源γ補正を行った後の状態で各階調の輝度を測定し、光源γ補正後のγ特性（γカーブ）を算出する。

次に、光源γ補正後のγ特性を理論値と比較し、光源γ補正後のγ特性が理論値から大きく乖離している部分（高階調側）に対して、γ特性が理論値に近づくように追加で液晶γ補正を行う。そして、液晶γ補正を行った後の状態で各階調の輝度を測定し、液晶γ補正後のγ特性（γカーブ）を算出する。

次に、液晶γ補正後のγ特性を理論値と比較し、液晶γ補正後のγ特性が理論値から大きく乖離していなければ、その時の光源γ補正の補正値と液晶γ補正の補正値を液晶表示装置に内蔵されたメモリに記憶させる。メモリに記憶された補正値は、液晶パネルが画像を表示する際にその駆動回路により適時読み出されてγ補正に使用される。なお、補正値は、液晶パネルが実際に使用されることが想定される温度範囲内の所定の温度毎（例えば１０～７０℃の温度範囲内の５～１０℃毎）に算出され、温度毎の補正値としてメモリに記憶されても良い。

この実施形態では、高階調側のγ補正を光源γ補正と液晶γ補正の両方により行っているため、高階調側のγ特性を理論値に近似させることができ、また、低階調側のγ補正を光源γ補正のみにより行っているため、低階調側ではγ補正の回路動作を単純にすることができる。

図１（ａ）は、本発明の実施形態における補正後のγ特性と理論値との比較図である。図１(ｂ)は、本発明の実施形態における補正後のγ特性と理論値との比較図の高階調側の拡大図である。図１（ｃ）は、本発明の実施形態における補正後のγ特性と理論値との比較図の低階調側の拡大図である。図１（ａ）～（ｃ）は、液晶パネルの温度毎のγ特性（階調に対する輝度）の測定結果を示している。γ＝２．１に基づく理論上の理想的なγ特性（図１（ａ）～（ｃ）の曲線１。以下、これを「理論値」と呼ぶ場合がある。）に対して、測定結果におけるγ特性（図１（ａ）～（ｃ）の例えば曲線３）は、低階調側では図１（ｃ）に示すように理論値から大きく乖離しておらず、高階調側でも図１（ｂ）に示すように理論値から大きく乖離していない。特に低温の２４０～２５５階調では、図３（ｂ）に示すような「階調潰れ」は発生していない。即ち、この測定結果からは、本発明の実施形態によれば、光源γ補正のみを行う場合と比較して、より適切なγ補正を行うことができることが分かる。

上述の実施形態では、低階調側で光源γ補正のみを行い、高階調側で光源γ補正と液晶γ補正の両方を行っているが、例えば、光源γ補正を行った後のγ特性が、低階調側では理論値から大きく乖離し、高階調側では理論値から大きく乖離していない場合には、低階調側で光源γ補正と液晶γ補正の両方を行い、高階調側で光源γ補正のみを行っても良い。光源γ補正のみを行う階調と、光源γ補正と液晶γ補正の両方を行う階調は、それらに限定されず、適宜選択することが可能である。

本発明は、フィールドシーケンシャル駆動を用いた液晶表示装置に限らず、その他の駆動方式を用いた液晶表示装置にも適用することが可能である。

１ γ特性の理論値
２光源γ補正のみを行った後のγ特性の測定値
３光源γ補正と液晶γ補正の両方を行った後のγ特性の測定値

Claims

液晶パネルと、
前記液晶パネルに光を供給する光源と、を備え、
前記光源の点灯時間の長さを変化させることにより、前記液晶パネルに表示される画像の輝度の理論値からの誤差を補正する第一のγ補正と、前記液晶パネルの液晶駆動時間の長さを変化させることにより、前記液晶パネルに表示される画像の輝度の理論値からの誤差を補正する第二のγ補正と、を行うことが可能な液晶表示装置であって、
前記画像の階調のうち所定の第一の階調では、前記第一のγ補正と前記第二のγ補正のうち前記第一のγ補正のみを行い、
前記画像の階調のうち所定の第二の階調では、前記第一のγ補正と前記第二のγ補正の両方を行う、
ことを特徴とする液晶表示装置。
前記第二の階調は、前記第一の階調よりも高階調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。
前記第二の階調は、前記第一の階調よりも低階調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。