JPWO2006059695A1 - 液晶表示装置および表示制御方法 - Google Patents

Abstract

液晶表示装置は、複数の液晶画素ＰＸを有する表示パネルＤＰと、表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬとを備える。特にこの液晶表示装置は、映像信号が更新される１フレーム期間毎に所定デューティ比でバックライトＢＬを点灯させ消灯させる光源駆動部１４，ＬＤと、複数の液晶画素ＰＸの各々にバックライトＢＬの点灯制御期間より長い階調表示期間だけ映像信号に依存した可変画素電圧を保持させバックライトＢＬの消灯制御期間より短い非諧調表示期間だけこの映像信号に依存しない固定画素電圧を保持させるパネル駆動部ＹＤ，ＸＤとをさらに備える。

Description

本発明は、例えば１フレーム期間を階調表示期間および非階調表示期間に区分し、階調表示期間において映像信号に対応した可変階調の表示を行ない非階調表示期間において黒または中間調のような固定階調の表示を行う液晶表示装置および表示制御方法に関する。

液晶表示装置に代表される平面表示装置は、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の表示装置として広く利用されている。液晶表示装置は、一般に複数の液晶画素のマトリクスアレイを含む液晶表示パネル、この液晶表示パネルを照明するバックライト、並びにこれら表示パネルおよびバックライトを制御する表示制御回路を有する。液晶表示パネルはアレイ基板および対向基板間に液晶層を挟持した構造である。

アレイ基板は略マトリクス状に配置される複数の画素電極、複数の画素電極の行に沿って配置される複数のゲート線、複数の画素電極の列に沿って配置される複数のソース線、複数のゲート線および複数のソース線の交差位置近傍に配置される複数のスイッチング素子を有する。各スイッチング素子は例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなり、１ゲート線が駆動されたときに導通して１ソース線の電位を１画素電極に印加する。対向基板には、アレイ基板に配置された複数の画素電極に対向するように共通電極が設けられる。一対の画素電極および共通電極はこれら電極間に位置する液晶層の一部である画素領域と共に画素を構成し、画素領域において液晶分子配列を画素電極および共通電極間の電界によって制御する。表示制御回路は複数のゲート線を駆動するゲートドライバ、複数のソース線を駆動するソースドライバ、並びにこれらゲートドライバ、ソースドライバ、およびバックライトを制御するコントローラ回路等を含む。

液晶表示装置が主に動画を表示するテレビ受信機用である場合、液晶分子が良好な応答性を示すＯＣＢモードの液晶表示パネルを用いることが検討されている（特開２００２−２０２４９１号公報を参照）。この液晶表示パネルでは、液晶が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ほとんど寝ているスプレー配向になる。液晶表示パネルは、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をスプレー配向からベンド配向に転移させてから表示動作を行う。

液晶が電源投入前にスプレー配向となる理由は、スプレー配向が液晶駆動電圧の無印加状態でエネルギー的にベンド配向よりも安定であるためである。このような液晶は一旦ベンド配向に転移しても、スプレー配向のエネルギーとベンド配向のエネルギー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ー配向に逆転移してしまうという性質を有する。スプレー配向では、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。

従来、ベンド配向からスプレー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大きな電圧を液晶に印加する駆動方式がとられている。ノーマリホワイトの液晶表示パネルでは、この電圧が黒表示となる画素電圧に相当するため、黒挿入駆動と呼ばれる。

ところで、液晶表示パネルは画像データの更新まで表示状態を保持するホールド型表示デバイスであることから、動画表示において観察者の視覚に生じる網膜残像の影響から物体の動きを滑らかに見せることが難しい。上述の黒挿入駆動は画素輝度を擬似的に離散的な疑似インパルス応答の波形にして網膜残像をクリアすることになるため、観察者の視覚によって低下する動画視認性の改善に有効である。黒挿入率は上述の逆転移を防止するために１フレーム期間における黒挿入期間（非階調表示期間）の割合として通常２０％程度に設定されるが、この黒挿入率を５０％程度に増大すると、ＣＲＴに匹敵する違和感のない動画視認性を得ることができる。

階調表示期間において映像信号に対応して白表示を行っても、黒挿入期間において黒表示を行った場合、白表示の輝度が１フレーム期間の平均値として低下し、黒挿入率の増大によりさらに低下することになる。これに加えて、従来の黒挿入駆動はバックライトを常時点灯させて行われるため、このバックライトが黒挿入期間でも電力を消費し、さらに黒表示状態を輝度ゼロの完全な黒にする妨げにもなっている。実際にコントラストを測定してみると、黒挿入率２０％のときに５００であったものが、黒挿入率５０％のときに２８５まで大幅に低下していることが確認された。

通常、バックライトはバックライト光源（照明光源）となる単一の冷陰極管により構成される。例えば１フレーム期間の前半および後半をそれぞれ階調表示期間および黒挿入期間に設定し、バックライト光源を階調表示期間中に点灯させ黒挿入期間中に消灯させるようなブリンキング駆動を行えば、電力消費を低減して動画視認性を向上することが可能である。これにより、ある程度コントラストも改善できるが、液晶画素の光学応答性とバックライトの光学応答性との違いによる影響やバックライトとして並べた複数のバックライト光源を異なる位相で点滅させた場合に生じる影響のために良好なコントラストを得ることができなかった。

本発明の目的は、動画視認性の向上に伴うコントラストの低下を改善できる液晶表示装置および表示制御方法を提供することにある。

本発明の第１観点によれば、複数の液晶画素を有する表示パネルと、表示パネルを照明する照明光源部と、映像信号が更新される１フレーム期間毎に所定デューティ比で照明光源部を点灯させ消灯させる光源駆動部と、複数の液晶画素の各々に照明光源部の点灯制御期間より長い階調表示期間だけ映像信号に依存した可変画素電圧を保持させ照明光源部の消灯制御期間より短い非諧調表示期間だけこの映像信号に依存しない固定画素電圧を保持させるパネル駆動部とを備える液晶表示装置が提供される。

本発明の第２観点によれば、複数の液晶画素を有する表示パネルおよび表示パネルを照明する照明光源部を持つ液晶表示装置の表示制御方法であって、映像信号が更新される１フレーム期間毎に所定デューティ比で照明光源部を点灯させ消灯させることと、複数の液晶画素の各々に照明光源部の点灯制御期間より長い階調表示期間だけ映像信号に依存した可変画素電圧を保持させ照明光源部の消灯制御期間より短い非諧調表示期間だけこの映像信号に依存しない固定画素電圧を保持させることを備える表示制御方法が提供される。

これら液晶表示装置および表示制御方法では、映像信号に依存した可変画素電圧が複数の液晶画素の各々に照明光源部の点灯制御期間（すなわち、点灯のために駆動する期間）より長い階調表示期間だけ保持され、映像信号に依存しない固定画素電圧が照明光源部の消灯制御期間（すなわち、消灯のために駆動を停止する期間、またはほぼ消灯した状態にするためにわずかに駆動する期間）より短い非諧調表示期間だけ保持される。すなわち、液晶画素の最小階調輝度レベルを照明光源部のデューティ比を小さくすることにより低下させると、液晶画素の最大階調輝度レベルも低下させることになる恐れがあるが、非諧調表示期間を短くしたことにより諧調表示期間が照明光源部の消灯後も継続する。このため、照明光源部の消灯後に照明光源部からしばらく放出される残光を有効に利用して、最大階調に対する液晶画素の輝度レベルを高めることができる。また、照明光源部が複数の光源からなる場合には、隣接光源からの光を有効に利用してさらに最大階調に対する液晶画素の輝度レベルを高めることができる。従って、液晶画素の光学応答性と照明光源の光学応答性との違いによる影響や複数の照明光源を異なる位相で点滅させた場合に生じる影響を補償して、動画視認性の向上に伴うコントラストの低下を改善することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図である。 図２は、図１に示す液晶表示パネルの断面構造を示す図である。 図３は、図１に示す液晶表示装置において１．５倍速の垂直走査速度で黒挿入駆動を行う場合の動作を示すタイムチャートである。 図４は、図１に示すバックライトおよび表示パネルの関係を示す図である。 図５は、図１に示すインバータ制御回路、バックライト駆動部、およびバックライトの回路構成をさらに詳細に示す図である。 図６は、図５に示すインバータ制御回路の動作を示すタイムチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。

図１はこの液晶表示装置の回路構成を概略的に示す。液晶表示装置は液晶表示パネルＤＰ、表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬ、および表示パネルＤＰおよびバックライトＢＬを制御する表示制御回路ＣＮＴを備える。液晶表示パネルＤＰは一対の電極基板であるアレイ基板１および対向基板２間に液晶層３を挟持した構造である。液晶層３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ー配向からベンド配向に転移されると共にベンド配向からスプレー配向への逆転移が周期的に印加され黒表示となる電圧により阻止される液晶を液晶材料として含む。表示制御回路ＣＮＴはアレイ基板１および対向基板２から液晶層３に印加される液晶駆動電圧により液晶表示パネルＤＰの透過率を制御する。スプレー配向からベンド配向への転移は電源投入時に表示制御回路ＣＮＴにより行われる所定の初期化処理で比較的大きな電界を液晶に印加することにより得られる。

図２は液晶表示パネルＤＰの断面構造を詳細に示す。アレイ基板１は、ガラス板等からなる透明絶縁基板ＧＬ、この透明絶縁基板ＧＬ上に形成される複数の画素電極ＰＥ、およびこれら画素電極ＰＥ上に形成される配向膜ＡＬを含む。対向基板２はガラス板等からなる透明絶縁基板ＧＬ、この透明絶縁基板ＧＬ上に形成されるカラーフィルタ層ＣＦ、このカラーフィルタ層ＣＦ上に形成される共通電極ＣＥ、およびこの共通電極ＣＥ上に形成される配向膜ＡＬを含む。液晶層３は対向基板２とアレイ基板１の間隙に液晶を充填することにより得られる。カラーフィルタ層ＣＦは赤画素用の赤着色層、緑画素用の緑着色層、青画素用の青着色層、およびブラックマトリクス用の黒着色（遮光）層を含む。図２では、液晶分子１９がスプレイ配向した状態にある。また、液晶表示パネルＤＰはアレイ基板１および対向基板２の外側に配置される一対の位相差板ＲＴ、これら位相差板ＲＴの外側に配置される一対の偏光板ＰＬ、およびアレイ基板１側の偏光板ＰＬの外側に配置される光源用のバックライトＢＬを備える。アレイ基板１側の配向膜ＡＬおよび対向基板２側の配向膜ＡＬは互いに平行にラビング処理される。これにより、液晶分子のプレチルト角は約１０°に設定される。

アレイ基板１では、複数の画素電極ＰＥが透明絶縁基板ＧＬ上において略マトリクス状に配置される。また、複数のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）が複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置され、複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）が複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される。これらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍には、複数の画素スイッチング素子Ｗが配置される。各画素スイッチング素子Ｗは例えばゲートがゲート線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Ｘおよび画素電極ＰＥ間に接続される薄膜トランジスタからなり、対応ゲート線Ｙを介して駆動されたときに対応ソース線Ｘおよび対応画素電極ＰＥ間で導通する。

各画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥは例えばＩＴＯ等の透明電極材料からなり、それぞれ配向膜ＡＬで覆われ、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の一部である画素領域と共に液晶画素ＰＸを構成する。

複数の液晶画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有する。複数の補助容量線Ｃ１〜Ｃｍは各々対応行の液晶画素ＰＸの画素電極ＰＥに容量結合して補助容量Ｃｓを構成する。補助容量Ｃｓは画素スイッチング素子Ｗの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。

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Ｙ１〜Ｙｍを順次駆動するゲートドライバＹＤ、各行のスイッチング素子Ｗが対応ゲート線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Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ出力するソースドライバＸＤ、バックライトＢＬを駆動するバックライト駆動部ＬＤ、表示パネルＤＰの駆動用電圧を発生する駆動用電圧発生回路４、およびゲートドライバＹＤ、ソースドライバＸＤおよびバックライト駆動部（インバータ）ＬＤを制御するコントローラ回路５を備える。

駆動用電圧発生回路４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、および対向電極ＣＴ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を含む。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（ＶＳＹＮＣ，ＤＥ）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（ＶＳＹＮＣ，ＤＥ）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から入力される画像データについて例えば黒挿入２倍速変換を行う画像データ変換回路１３、および垂直タイミング制御回路１１から出力される制御信号ＣＴＸに基づいてバックライト駆動部（インバータ）ＬＤを制御するインバータ制御回路１４を含む。画像データは複数の液晶画素ＰＸに対する複数の画素データＤＩからなり、１フレーム期間（垂直走査期間Ｖ）毎に更新される。制御信号ＣＴＹはゲートドライバＹＤに供給され、制御信号ＣＴＸは画像データ変換回路１３から変換結果として得られる画素データＤＯと共にソースドライバＸＤに供給される。制御信号ＣＴＹは上述のように順次複数のゲート線Ｙを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、制御信号ＣＴＸは画像データ変換回路１３の変換結果として１行分の液晶画素ＰＸ単位に得られ直列に出力される画素データ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およびソースドライバＸＤは複数のゲート線Ｙおよび複数のソース線Ｘをそれぞれ選択するために例えばシフトレジスタ回路を用いて構成される。この場合、制御信号ＣＴＹは、階調表示開始タイミングを制御する第１スタート信号（階調表示開始信号）ＳＴＨＡ、黒挿入開始タイミングを制御する第２スタート信号（黒挿入開始信号）ＳＴＨＢ、シフトレジスタ回路においてこれらスタート信号ＳＴＨＡ，ＳＴＨＢをシフトさせるクロック信号、およびスタート信号ＳＴＨＡ，ＳＴＨＢの保持位置に対応してシフトレジスタ回路によって所定数ずつ順次または一緒に選択されるゲート線Ｙ１〜Ｙｍへの駆動信号の出力を制御する出力イネーブル信号等を含む。他方、制御信号ＣＴＸは１行分の画素データの取込開始タイミングを制御するスタート信号、シフトレジスタ回路においてこのスタート信号をシフトさせるクロック信号、スタート信号の保持位置に対応してシフトレジスタ回路によって１本ずつ選択されるソース線Ｘ１〜Ｘｎに対してそれぞれ取り込まれる１行分の画素データＤＯの並列出力タイミングを制御するロード信号、および画素データに対応する画素電圧Ｖｓの信号極性を制御する極性信号等を含む。

ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により１フレーム期間において複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを階調表示用および黒挿入用に順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間Ｈだけ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。画像データ変換回路１３が黒挿入２倍速変換を行う場合、１行分の入力画素データＤＩが１Ｈ毎に出力画素データＤＯとなる１行分の黒挿入用固定画素データＢおよび１行分の階調表示用可変画素データＳに変換される。階調表示用可変画素データＳは画素データＤＩと同じ階調値であり、黒挿入用固定画素データＢは黒表示の階調値である。１行分の黒挿入用固定画素データＢおよび１行分の階調表示用可変画素データＳの各々はそれぞれＨ／２期間において画像データ変換回路１３から直列に出力される。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を参照してこれら画素データＢ，Ｓをそれぞれ画素電圧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。２倍速の垂直走査速度で黒挿入駆動を行う場合には、例えばライン反転駆動およびフレーム反転駆動（１Ｈ１Ｖ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。また、補償電圧Ｖｅは１行分のスイッチング素子Ｗが非導通となるときにこれらスイッチング素子Ｗに接続されるゲート線Ｙに対応した補助容量線ＣにゲートドライバＹＤを介して印加され、これらスイッチング素子Ｗの寄生容量によって１行分の画素ＰＸに生じる画素電圧Ｖｓの変動を補償するために用いられる。

ゲートドライバＹＤが例えばゲート線Ｙ１をオン電圧により駆動してこのゲート線Ｙ１に接続された全ての画素スイッチング素子Ｗを導通させると、ソース線Ｘ１〜Ｘｎ上の画素電圧Ｖｓがこれら画素スイッチング素子Ｗをそれぞれ介して対応画素電極ＰＥおよび補助容量Ｃｓの一端に供給される。また、ゲートドライバＹＤはこのゲート線Ｙ１に対応した補助容量線Ｃ１に補償電圧発生回路６からの補償電圧Ｖｅを出力し、ゲート線Ｙ１に接続された全ての画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間だけ導通させた直後にこれら画素スイッチング素子Ｗを非導通にするオフ電圧をゲート線Ｙ１に出力する。補償電圧Ｖｅはこれら画素スイッチング素子Ｗが非導通になったときにこれらの寄生容量によって画素電極ＰＥから引き抜かれる電荷を低減して画素電圧Ｖｓの変動、すなわち突き抜け電圧ΔＶｐを実質的にキャンセルする。

ここで、図１に示す液晶表示装置の動作について図３を参照して説明する。図３では、Ｂが各行の画素ＰＸに共通な黒挿入用固定画素データを表し、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，…がそれぞれ１行目，２行目，３行目，…の画素ＰＸに対する階調表示用可変画素データを表す。＋，−はこれら画素データＢ，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…が画素電圧Ｖｓに変換されてソースドライバＸＤから出力されるときの信号極性を表す。

図３は２倍速の垂直走査速度で黒挿入駆動を行う場合について液晶表示装置の動作を示す。ここでは、第１スタート信号ＳＴＨＡおよび第２スタート信号ＳＴＨＢがいずれもＨ／２期間分のパルス幅でゲートドライバＹＤに入力されるパルスである。第１スタート信号ＳＴＨＡが最初に入力され、第２スタート信号ＳＴＨＢが黒挿入率に従って第１スタート信号ＳＴＨＡよりも遅れて入力される。黒挿入率は階調表示用である可変画素電圧の保持期間（すなわち、階調表示期間）に対する黒挿入用である固定画素電圧の保持期間（すなわち、黒挿入期間、いいかえれば非階調表示期間）の比率であるが、ここでは１フレーム期間（１Ｖ：垂直走査期間）における黒挿入期間の割合とする。

ゲートドライバＹＤは第１スタート信号ＳＴＨＡをシフトさせて複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを１水平走査期間Ｈ当たり１本ずつ選択し、１Ｈ期間の後半でゲート線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，…に駆動信号を出力する。これに対し、ソースドライバＸＤは階調表示用可変画素データＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…の各々を対応１Ｈ期間の後半において画素電圧Ｖｓに変換し、これらを１Ｈ毎に反転される極性でソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列出力する。これら画素電圧Ｖｓは、ゲート線Ｙ１〜Ｙｍの各々が対応１Ｈ期間の後半で駆動される間に１行目，２行目，３行目，４行目…の液晶画素ＰＸに供給される。

また、ゲートドライバＹＤは第２スタート信号ＳＴＨＢをシフトさせて複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを１水平走査期間Ｈ当たり１本ずつ選択し、１Ｈ期間の前半でゲート線Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，…に駆動信号を出力する。これに対し、ソースドライバＸＤは黒挿入用固定画素データＢ，Ｂ，Ｂ，…の各々を対応１Ｈ期間の前半において画素電圧Ｖｓに変換し、これらを１Ｈ毎に反転される極性でソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列出力する。これら画素電圧Ｖｓはゲート線Ｙ１〜Ｙｍの各々が対応１Ｈ期間の前半で駆動される間に１行目，２行目，３行目，…の液晶画素ＰＸに供給される。尚、図３では、第１スタート信号ＳＴＨＡと第２スタート信号ＳＴＨＢとが比較的短い間隔で入力されているが、実際には階調表示用可変画素電圧の保持期間と黒挿入用固定画素電圧の保持期間との関係が黒挿入率に適合するように離して入力される。また、最終行付近の画素ＰＸに対する黒挿入は例えば図３の左下部分に示すように先行フレームから連続することになる。

ちなみに、１．５倍速の垂直走査速度で黒挿入駆動を行う場合には、画像データ変換回路１３は外部信号源ＳＳから入力され画像データについて黒挿入１．５倍速変換を行うように構成される。さらに、ソースドライバＸＤは２ライン単位反転駆動およびフレーム反転駆動（２Ｈ１Ｖ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画素電圧Ｖｓをソース線Ｘ１〜Ｘｎに出力するように構成される。黒挿入１．５倍速変換では、２行分の入力画素データＤＩが２Ｈ期間毎に出力画素データＤＯとなる１行分の黒挿入用固定画素データＢおよび２行分の階調表示用可変画素データＳに変換される。階調表示用可変画素データＳは画素データＤＩと同じ階調値であり、黒挿入用固定画素データＢは黒表示の階調値である。１行分の黒挿入用固定画素データＢおよび２行分の階調表示用可変画素データＳの各々はそれぞれ２Ｈ／３期間において画像データ変換回路１３から直列に出力される。

１．５倍速の垂直走査速度で黒挿入駆動を行う場合、液晶表示装置の動作は次のようになる。この場合、第１スタート信号ＳＴＨＡが２Ｈ／３期間分のパルス幅でゲートドライバＹＤに入力されるパルスであり、第２スタート信号ＳＴＨＢがいずれも２Ｈ期間分のパルス幅でゲートドライバＹＤに入力されるパルスである。第２スタート信号ＳＴＨＢが黒挿入率に従って第１スタート信号ＳＴＨＡよりも遅れて入力される。

ゲートドライバＹＤは第１スタート信号ＳＴＨＡをシフトさせて、複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを２Ｈ期間当たり２本ずつ順次選択し、対応２Ｈ期間に含まれる２番目および３番目の２Ｈ／３期間にこれら選択ゲート線Ｙ１，Ｙ２；Ｙ３，Ｙ４；…に出力される。これに対し、ソースドライバＸＤは階調表示用可変画素データＳ１，Ｓ２；Ｓ３，Ｓ４；…を対応２Ｈ期間に含まれる第２および第３番目の２Ｈ／３期間に画素電圧Ｖｓに変換し、これらを２Ｈ毎に反転される極性でソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列出力する。これら画素電圧Ｖｓはゲート線Ｙ１〜Ｙｍの各々が対応２Ｈ期間に含まれる第２または第３番目の２Ｈ／３期間で駆動される間に１行目，２行目，３行目，４行目，…の液晶画素ＰＸに供給される。

また、ゲートドライバＹＤは第２スタート信号ＳＴＨＢをシフトさせて複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを２Ｈ期間当たり２本ずつ一緒に選択し、対応２Ｈ期間に含まれる１番目の２Ｈ／３期間にこれら選択ゲート線Ｙ１，Ｙ２；Ｙ３，Ｙ４；…に駆動信号を出力する。これに対し、ソースドライバＸＤは黒挿入用固定画素データＢ，Ｂ，Ｂ，…の各々を対応２Ｈ期間に含まれる第１番目の２Ｈ／３期間において画素電圧Ｖｓに変換し、これらを２Ｈ毎に反転される極性でソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列出力する。これら画素電圧Ｖｓはゲート線Ｙ１〜Ｙｍの各々が対応２Ｈ期間に含まれる第１番目の２Ｈ／３期間で駆動される間に１行目，２行目，３行目，４行目，…の液晶画素ＰＸに供給される。

図４は図１に示すバックライトＢＬおよび表示パネルＤＰの関係を示す。図４に示す表示画面ＤＳはマトリクス状に配置された複数の液晶画素ＰＸにより構成されている。バックライトＢＬは表示パネルＤＰの背面において複数の液晶画素ＰＸの行に平行に所定ピッチで並べられる例えばｋ個のバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋからなる。これらバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋは画面ＤＳを縦方向において等しく区分した複数の表示領域を主としてそれぞれ照明する。バックライト光源ＢＬ１〜ＢＫｋの各々は１本の冷陰極管で構成される。実際の表示パネルＤＰでは、画面ＤＳが例えば２４個の表示領域に区分され、各表示領域が約２５行（ライン）分の液晶画素ＰＸを含むように設定される。この場合、２４本の冷陰極管の各々が約２５行（ライン）分の液晶画素ＰＸを照明対象として照明する。

図５は図１に示すインバータ制御回路１４、バックライト駆動部ＬＤ、およびバックライトＢＬの回路構成をさらに詳細に示し、図６はインバータ制御回路１４の動作を示す。インバータ制御回路１４は、所定デューティ比で複数のバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋを順次点滅させる動作を第１スタート信号ＳＴＨＡに同期して開始させるようにバックライト駆動部ＬＤを制御する。バックライト駆動部ＬＤはバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋに対してそれぞれ駆動電圧を発生するｋ個のインバータＬＤ１〜ＬＤｋからり、インバータ制御回路１４はこれらインバータＬＤ１〜ＬＤｋをそれぞれ制御するために図５に示すｋ個のパルス幅変調信号ＰＷＭ（ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋ）を発生する。

パルス幅変調信号ＰＷＭ１は垂直タイミング制御回路１１から出力される制御信号ＣＴＸのうちの第１および第２スタート信号ＳＴＨＡ，ＳＴＨＢを用いて発生される。第１スタート信号ＳＴＨＡは１行目の液晶画素ＰＸに階調表示用可変画素電圧を保持させる基準タイミングであり、第２スタート信号ＳＴＨＢは１行目の液晶画素ＰＸに黒挿入用固定画素電圧を保持させる基準タイミングである。すなわち、階調表示用可変画素電圧の保持期間は第１スタート信号ＳＴＨＡのパルス入力から第２スタート信号ＳＴＨＢのパルス入力までの期間にほぼ等しく、黒挿入用固定画素電圧の保持期間は第２スタート信号ＳＴＨＢのパルス入力から次の第１スタート信号ＳＴＨＡのパルス入力までの期間にほぼ等しい。

インバータ制御回路１４は第１スタート信号ＳＴＨＡおよび第２スタート信号ＳＴＨＢから第１表示領域の第１ラインの液晶画素ＰＸによる階調表示用可変画素電圧の保持が開始される黒挿入期間終了タイミングおよび第１表示領域の第１ラインの液晶画素ＰＸによる黒挿入用固定画素電圧の保持が開始される黒挿入期間開始タイミングをそれぞれ検出し、黒挿入期間終了タイミングよりも後にパルス幅変調信号ＰＷＭ１を高レベルに立ち上げ、黒挿入期間開始タイミングよりも前にパルス幅変調信号ＰＷＭ１を低レベルに立ち下げるように構成される。このパルス幅変調信号ＰＷＭ１のデューティ比は３０％の黒挿入率に対して５０％という所定値に設定されている。

具体的には、インバータ制御回路１４が第１スタート信号ＳＴＨＡのパルスにより特定される黒挿入期間終了タイミングから所定期間Ｔ１に等しい期間が経過したときにパルス幅変調信号ＰＷＭ１を立ち上げ、この立ち上がりから第１スタート信号ＳＴＨＡおよび第２スタート信号ＳＴＨＢの間隔に等しい階調表示用可変画素電圧の保持期間よりも所定期間Ｔ２だけ短い期間が経過したときにパルス幅変調信号ＰＷＭ１を立ち下げる。所定期間Ｔ１，Ｔ２はＯＣＢモードの液晶およびバックライトＢＬの応答性を考慮して設定されることが好ましく、現状の応答性を基準にした場合には、所定期間Ｔ１，Ｔ２の各々を０より長くかつ１フレーム期間の約３０％よりも短く設定することにより輝度、コントラスト、応答性のバランスをほぼ最適にできる。さらに、光利用効率に着目して最適化を行う場合には、所定期間Ｔ１，Ｔ２の各々を５％〜１０％の範囲に設定することがより好ましい。経過時間の計測は、例えばクロックパルスをカウントするカウンタを設け、スタート信号ＳＴＨＡの遷移に伴ってこのクロックパルスのカウントを開始し、このカウント値に基づいて適切なタイミングでパルス幅変調信号ＰＷＭ１を遷移させればよい。この場合、スタート信号ＳＴＨＢはパルス幅変調信号ＰＷＭ１の立ち下がりに対して所定期間Ｔ１だけ遅れていることを確認し、もしずれていれば後続フレームでパルス幅変調信号ＰＷＭ１のデューティ比を修正するために用いられる。また、パルス幅変調信号ＰＷＭ２〜ＰＷＭｋはパルス幅変調信号ＰＷＭ１を遅延させて得られた同一デューティ比の信号であり、パルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋ−１に対してそれぞれ図６に示す位相差ＴＤだけずれている。この位相差ＴＤはバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋのピッチに対応して決定される。インバータＬＤ１〜ＬＤｋはインバータ制御回路１４からのパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋを駆動電圧にそれぞれ電圧変換してバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋに出力する。バックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋはそれぞれパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋが高レベルであるときに点灯し、パルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋが低レベルであるときに消灯する。

図６から明らかなように、パルス幅変調信号ＰＷＭ１の立ち上がりは第１表示領域の最終ラインの画素ＰＸの黒挿入期間終了タイミングよりも所定期間Ｔ１だけ遅れ、パルス幅変調信号ＰＷＭ１の立ち下がりは第１表示領域の第１ラインの画素ＰＸの黒挿入期間開始タイミングよりも所定期間Ｔ２だけ進んでいる。所定期間Ｔ１，Ｔ２は、バックライト光源ＢＬ１の照明対象でないが第１表示領域に隣接して照明光の入射する第２表示領域の第１ライン付近の画素ＰＸの黒挿入期間中にバックライト光源ＢＬ１を点灯させず、点灯後においては第１表示領域の第１ラインの画素ＰＸの黒挿入期間開始タイミングに先立ってバックライト光源ＢＬ１を消灯させて残光を放出させるように決定されている。パルス幅変調信号ＰＷＭ２〜ＰＷＭｋのデューティ比はパルス幅変調信号ＰＷＭ１のデューティ比に一致し、バックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋのピッチを反映した位相差ＴＤずつずれているため、バックライト光源ＢＬ２〜ＢＬｋについても上述したバックライト光源ＢＬ１と同様な形式で駆動されることになる。

本実施形態の液晶表示装置では、バックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々が照明対象の液晶画素ＰＸによる可変画素電圧の保持が開始される黒挿入期間終了タイミングよりも後に点灯し、照明対象の液晶画素ＰＸによる固定画素電圧の保持が開始される黒挿入期間開始タイミングよりも前に消灯する。すなわち、黒挿入期間がバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々の消灯制御期間より短く設定されるため、液晶画素ＰＸの光学応答性に比べて遅いバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの光学応答性による影響やこれらバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋを異なる位相で点滅させた場合に生じる影響を補償できる。従って、動画視認性の向上に伴うコントラストの低下を改善することができる。

比較例として、バックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋを順次点滅させる構成として、所定期間Ｔ１，Ｔ２を設けずに黒挿入率５０％でバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々の点灯制御期間を１フレームの５０％（デューティ比５０％）に一致させてみた。この場合、第ｉ番目のバックライト光源ＢＬｉおよび第ｉ＋１番目のバックライト光源ＢＬｉ＋１が順次点灯し順次消灯する。バックライト光源ＢＬｉおよびバックライト光源ＢＬｉ＋１は第ｉ表示領域および第ｉ＋１表示領域をそれぞれ照明対象とする。この結果、コントラストは通常の黒挿入率５０％の場合より良好であるが通常の黒挿入率２０％の場合に比べると不十分な３９０に留まる。

本実施形態の構成によれば、黒挿入期間が所定期間Ｔ１，Ｔ２を設けることによりバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々の消灯制御期間に対して短く設定される。この場合も、バックライト光源ＢＬｉおよびバックライト光源ＢＬｉ＋１が順次点灯し、順次消灯する。第ｉ表示領域の画素ＰＸは消灯後のバックライト光源ＢＬｉから放出される残光を無駄にせずに利用して階調表示を継続できる。さらに、第ｉ表示領域のバックライト光源ＢＬｉの消灯よりも遅れて黒挿入期間になるため、この間にバックライト光源ＢＬｉ＋１から放出される光を無駄にせずに利用して階調表示を継続できる。この結果、コントラストは５７５に向上した。さらに、動画視認性に関しても、バックライトＢＬのデューティ比を５０％として１フレームの半分で黒表示を行う場合と同等の効果が得られる。すなわち、黒挿入率を５０％に設定した場合と比較して遜色のない動画視認性を得ることができた。

従来の黒挿入率２０％で得られるコントラストは５００であり、黒挿入率５０％で得られるコントラストは２８５である。これに対し、本実施形態のように、所定期間Ｔ１，Ｔ２を設けて黒挿入率３０％およびバックライトのデューティ比５０％のような関係に設定することによりバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々の消灯制御期間に対して黒挿入期間を短くすれば、コントラストを５７５に大幅に向上させる一方で黒挿入率５０％と同等の動画視認性を得ることが可能であることが確認された。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。

上述の実施形態では、黒挿入率３０％およびデューティ比５０％という関係が用いられたが、この値は最適化のために任意に変更可能である。

また、上述の実施形態では、黒挿入駆動を必要とする液晶の配向形式を用いた液晶表示装置について説明したが、本発明は黒挿入駆動という限定的なものではなく周期的に画素電圧を画像の階調表示に関係ない一定値に固定するような駆動を必要とする液晶表示装置であれば適用することができる。従って、液晶の配向形式がＯＣＢである必要はない。さらに、画素電圧は例えば画像を表示したフレーム期間の次のフレーム期間等を利用して一定値に固定されてもよい。

また、上述の実施形態では、バックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋをそれぞれインバータＬＤ１〜ＬＤｋによって１つずつ駆動するように制御したが、例えばインバータ数を半分にしてバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋを隣接する２つずつ駆動するように制御してもよい。すなわち、バックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋは所定数の隣接バックライト光源単位に駆動されることができる。以下、駆動単位となる所定数の隣接バックライト光源を１相と称することにする。

また、上述の実施形態では、バックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々の点灯タイミングが対応表示領域内に位置する全液晶画素ＰＸの階調表示期間開始タイミングよりも遅らせるように制御された。しかし、従来よりも良好な効果を得るという観点からみれば、この制御はバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの少なくとも１相の点灯タイミングに対して行われてもよく、対応表示領域内に位置する任意行数の液晶画素ＰＸの階調表示期間開始タイミングに対して行われてもよい。

また、上述の実施形態では、複数のバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々の消灯タイミングが対応表示領域内に位置する全液晶画素ＰＸの非階調表示期間開始タイミングよりも早めるように制御された。しかし、従来よりも良好な効果を得るという観点からみれば、この制御はバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの少なくとも１相の消灯タイミングに対して行われてもよく、対応表示領域内に位置する任意行数の液晶画素ＰＸの非階調表示期間開始タイミングに対して行われてもよい。

また、上述の実施形態では、複数のバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々が対応表示領域において略中央に位置する行の液晶画素ＰＸに対向し、複数の表示領域においてそれぞれ略中央に位置する行の液晶画素ＰＸの動作を基準として複数のバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々を点灯および消灯させるように制御された。しかし、従来よりも良好な効果を得るという観点からみれば、複数のバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの少なくとも１相が対応表示領域において任意行数の液晶画素ＰＸに対向し、このバックライト光源の点灯および消灯制御がこの表示領域においてこの任意行数の液晶画素ＰＸの動作を基準として行われてもよい。

また、上述の実施形態では、複数のバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々が冷陰極管で構成されたが、本発明は例えばＬｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ）をこれらバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々として用いるＬＥＤバックライトを設けた場合にも適用できる。

本発明は、例えば１フレーム期間を階調表示期間および非階調表示期間に区分し、階調表示期間において映像信号に対応した可変階調の表示を行ない非階調表示期間において黒または中間調のような固定階調の表示を行う液晶表示装置に適用することができる。

Claims (19)

1. 複数の液晶画素を有する表示パネルと、
   前記表示パネルを照明する照明光源部と、
   映像信号が更新される１フレーム期間毎に所定デューティ比で前記照明光源部を点灯させ消灯させる光源駆動部と、
   前記複数の液晶画素の各々に前記照明光源部の点灯制御期間より長い階調表示期間だけ前記映像信号に依存した可変画素電圧を保持させ前記照明光源部の消灯制御期間より短い非諧調表示期間だけこの映像信号に依存しない固定画素電圧を保持させるパネル駆動部とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記複数の液晶画素は前記表示パネルにおいて略マトリクス状に配置され、
   前記照明光源部は各々複数行の液晶画素からなる複数の表示領域を順次照明する複数の光源を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光源駆動部は前記複数の光源のうちの少なくとも１相の点灯タイミングを対応表示領域内に位置する任意行数の液晶画素の階調表示期間開始タイミングよりも遅らせるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記光源駆動部は前記複数の光源のうちの少なくとも１相の各々の消灯タイミングを対応表示領域内に位置する任意行数の液晶画素の非階調表示期間開始タイミングよりも早めるように構成されることを特徴とする請求項２または３に記載の液晶表示装置。
5. 前記複数の光源のうちの少なくとも１相は対応表示領域において任意行数の液晶画素に対向し、前記光源駆動部は前記対応表示領域において前記任意行数の液晶画素の動作を基準として前記少なくとも１相の光源を点灯および消灯させるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
6. 前記パネル駆動部は前記１フレーム期間において階調表示開始信号および非諧調表示開始信号を発生し、階調表示開始信号の制御により前記複数の液晶画素を所定行数単位で順次駆動して駆動行の液晶画素に可変画素電圧を保持させ、非諧調表示開始信号の制御により前記複数の液晶画素を所定行数単位で一緒に駆動して駆動行の液晶画素に固定画素電圧を保持させるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
7. 前記光源駆動部は前記複数の光源に対する駆動電圧をそれぞれ発生する複数の電圧変換インバータ、および少なくとも前記階調表示開始信号を検出して前記所定デューティ比のパルス幅変調信号を発生しこのパルス幅変調信号を前記複数の光源のピッチに対応した位相差で前記複数の電圧変換インバータに出力するインバータ制御回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
8. 前記インバータ制御回路は、前記パルス幅変調信号を諧調表示期間開始タイミングから第１期間後に立ち上げ、この立ち上がりから前記諧調表示期間よりも短い第２期間後に立ち下げるように構成されることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記液晶画素はベンド配向された液晶分子を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
10. 複数の液晶画素を有する表示パネルおよび前記表示パネルを照明する照明光源部を持つ液晶表示装置の表示制御方法であって、
    映像信号が更新される１フレーム期間毎に所定デューティ比で前記照明光源部を点灯させ消灯させることと、
    前記複数の液晶画素の各々に前記照明光源部の点灯制御期間より長い階調表示期間だけ前記映像信号に依存した可変画素電圧を保持させ前記照明光源部の消灯制御期間より短い非諧調表示期間だけこの映像信号に依存しない固定画素電圧を保持させることを備えることを特徴とする表示制御方法。
11. 前記複数の液晶画素は前記表示パネルにおいて略マトリクス状に配置され、前記照明光源部は各々複数行の液晶画素からなる複数の表示領域を順次照明する複数の光源を含むことを特徴とする請求項１０に記載の表示制御方法。
12. 前記複数の光源のうちの少なくとも１相の点灯タイミングを対応表示領域内に位置する任意行数の液晶画素の階調表示期間開始タイミングよりも遅らせることを特徴とする請求項１１に記載の表示制御方法。
13. 前記複数の光源のうちの少なくとも１相の消灯タイミングを対応表示領域内に位置する任意行数の液晶画素の非階調表示期間開始タイミングよりも早めることを特徴とする請求項１１または１２に記載の表示制御方法。
14. 前記複数の光源のうちの少なくとも１つは対応表示領域において任意行数の液晶画素に対向し、前記対応表示領域において前記任意行数の液晶画素の動作を基準として前記少なくとも１つの光源を点灯および消灯させることを特徴とする請求項１１に記載の表示制御方法。
15. 前記１フレーム期間において階調表示開始信号および非諧調表示開始信号を発生し、階調表示開始信号の制御により前記複数の液晶画素を所定行数単位で順次駆動して駆動行の液晶画素に可変画素電圧を保持させ、非諧調表示開始信号の制御により前記複数の液晶画素を所定行数単位で一緒に駆動して駆動行の液晶画素に固定画素電圧を保持させることを特徴とする請求項１１に記載の表示制御方法。
16. 少なくとも前記階調表示開始信号を検出して前記所定デューティ比のパルス幅変調信号を発生しこのパルス幅変調信号を前記複数の光源のピッチに対応した位相差で複数の電圧変換インバータに出力することにより前記複数の光源に対する駆動電圧を得ることを特徴とする請求項１２に記載の表示制御方法。
17. 前記パルス幅変調信号を諧調表示期間開始タイミングから第１期間後に立ち上げ、この立ち上がりから前記諧調表示期間よりも短い第２期間後に立ち下げることを特徴とする請求項１６に記載の表示制御方法。
18. 前記液晶画素はベンド配向された液晶分子を含むことを特徴とする請求項１０に記載の表示制御方法。
19. 複数の液晶画素が略マトリクス状に配置され、所定タイミングで前記液晶画素を行毎に順次駆動して液晶画素に可変画素電圧を階調表示用に書き込み可変画素電圧を保持し、さらに前記所定タイミングからずれたタイミングで前記液晶画素を順次駆動して液晶画素に固定画素電圧を非階調表示用に書き込み固定画素電圧を保持し、これを繰り返して表示を行う表示パネルと、
    前記液晶画素の行に略平行に並べられた複数相の光源とを備え、
    複数行の前記液晶画素をグループとし、各グループに対し前記複数相の光源のうちの一つの相が主に対応して照明を行い、
    前記各グループ内には、前記固定画素電圧が非階調表示用に書き込まれるタイミングが異なる少なくとも２つの行、及び前記可変画素電圧が階調表示用に書き込まれるタイミングが異なる少なくとも２つの行が存在し、
    前記光源は、この光源が対応する前記グループ内で最も早く前記固定画素電圧が非階調表示用に書き込まれるタイミングより前に消灯し、この光源が対応する前記グループ内で最も遅く前記可変画素電圧が階調表示用に書き込まれるタイミングより後に点灯することを特徴とする液晶表示装置。

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