JP2009294499A - 液晶表示装置及び液晶表示制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】どのような照明方式を採用していても輝度調整が可能な液晶表示装置及び液晶表示制御装置を得る。
【解決手段】液晶を挟んで画素電極と対向する位置に配置する対向電極２６を、画像表示領域を複数の小領域に分割したときの各小領域に対応して複数設ける。画像を表示する際には、ディミング処理部３６が、表示する画像の画像データに基づいて、該複数の小領域で表示する画像の明るさを示す値を各小領域毎に求め、該求めた数値の各々に応じて、対向電極２６の各々に供給するコモン信号の各々の電位を求め、該電位に応じた補正信号を、複数の対向電極２６に対応した複数のバッファ回路４０の各々に出力する。各バッファ回路４０は、対向電極駆動インバータ３８から入力した基準電圧を、ディミング処理部３６から入力された補正信号に応じて補正し、これをコモン信号として各対向電極２６に印加する。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶を用いて画像を表示する液晶表示装置及び液晶表示装置の表示を制御する液晶表示制御装置に関するものである。

液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display））の高画質化対応の一つとして、コントラストの向上が要求されている。コントラストの向上には、グラフィックエンジンでのデータ処理技術の他、ディミング（輝度調整）と呼ばれる方法が知られている。ディミング方法としては、液晶パネルを照明するＬＥＤバックライトの照明範囲を複数に分割し、その範囲の画像の明暗に応じてバックライトの輝度を調整する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このディミング方法をより詳述すると、まず、グラフィックプロセッサ（エンジン）内にて画像データを解析して明るさの情報（輝度データ或いは三原色に変換した後のそれぞれの階調レベル）を取り出し、画像メモリに保存する。そして、該画像メモリから画面の分割範囲ごとに明るさの情報を取り出し、これに基づいて分割範囲を駆動するＬＥＤバックライトドライバの電流、駆動時間（パルス幅）を制御して、バックライトの照度を調整する。
特開２００７−１８３６０８号公報

しかしながら、図６に示すようにＣＣＦＬ（冷陰極管）を用いてＬＣＤ画面全面を照明したり、光源をＬＣＤの端に置いて導光板で光を画面全面に照射する方式では、前述したようなディミング処理は出来ない。前述したようなディミング処理を行うには、ＬＥＤバックライトのように画像表示部分を直接、且つ分割して個々に照射できるライティング方式が必須である。現在普及しているＬＣＤのライティングシステムで用いられる光源は、ＣＣＦＬなどの陰極管を用いてＬＣＤ画面全体に光を照射する方式が多く、画面を分割して照射範囲を制御するディミングは不可能である。また、ＣＣＦＬは完全ＯＦＦ（暗）状態からＯＮ（明）のピーク状態への時間や、その立ち上り、下り特性のＣＣＦＬ間の特性のばらつきもあり、前述のディミング処理には不向きである。

一方で、ＬＥＤバックライトは、寿命、価格など、まだまだ改善が必要であり、特に画面サイズの大きな液晶ＴＶでの採用は極めて困難な状況である。これに対してＣＣＦＬは液晶ＴＶにおいてかなり広く採用されており、このようなＬＣＤでディミング処理ができれば理想的である。従って、どのような照明方式を採用していても、実行可能なディミング処理が望まれている。

本発明は上記事実を考慮して成されたもので、どのような照明方式を採用していても輝度調整が可能な液晶表示装置及び液晶表示制御装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の液晶表示装置は、画像表示領域にマトリクス状に配置され、画像データに応じた交流電圧が印加される複数の画素電極と、液晶を挟んで前記複数の画素電極と対向する位置に、前記画像表示領域を複数の小領域に分割したときの各小領域に対応して設けられた複数の対向電極と、前記画像データに基づいて、前記複数の小領域で表示する画像の明るさを示す値を各小領域毎に求める演算手段と、前記演算手段で求めた数値の各々に応じて、前記複数の対向電極の各々の電位を制御する制御手段と、を備えている。

また、本発明の液晶表示制御装置は、画像表示領域にマトリクス状に配置され、画像データに応じた交流電圧が印加される複数の画素電極と、液晶を挟んで前記複数の画素電極と対向する位置に、前記画像表示領域を複数の小領域に分割したときの各小領域に対応して設けられた複数の対向電極と、を備えた液晶表示装置で前記画像データに応じた画像を表示する際、前記画像データに基づいて、前記複数の小領域で表示する画像の明るさを示す値を各小領域毎に求める演算手段と、前記演算手段で求めた数値の各々に応じて、前記複数の対向電極の各々の電位を制御する制御手段と、を備えている。

このように、画像表示領域を複数の小領域に分割したときの各小領域に対応して対向電極を複数設け、該対向電極の各々の電位を調整することにより、画素電極と対向電極との間の液晶に印加される電圧の大きさを制御することができ、照明方式によらず輝度調整ができる。

なお、上記液晶表示装置及び液晶表示制御装置に、明るさを示す値と対向電極の電位を示す値とを対応付けて記憶した記憶手段を更に設け、前記制御手段は、前記演算手段で求めた明るさを示す値の各々に対応して前記記憶手段に記憶された前記電位を示す値の各々を読み出し、該読み出した値の各々が示す電位の電圧を前記対向電極毎に生成して、対応する対向電極に印加するように構成してもよい。

以上説明したように本発明によれば、どのような照明方式を採用していても輝度調整ができる、という効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る液晶表示装置の等価回路をの一例を示す図である。

本実施の形態に係る液晶表示装置（ＬＣＤ）は、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をスイッチング素子として用いたアクティブマトリクス型液晶ディスプレイであり、液晶パネル１０、ソースドライバ１２、及びゲートドライバ１６を備えている。

液晶パネル１０には、ソースドライバ１２に接続された複数のソース線１４と、ゲートドライバ１６に接続された複数のゲート線１８とが互いに交差配置され、この交差部分にＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２０が接続されている。ここでは、スイッチング素子としてＴＦＴを用いたが、これに限られるものではない。

各ＴＦＴ２０のドレイン電極には蓄積容量２４及び個々の画素と同程度の大きさの画素電極２８が接続されており、液晶２２を挟んで画素電極２８と対向する側には対向電極２６が設けられている。なお、対向電極２６は、ＩＴＯなどの導電性透明電極により構成される。

液晶パネル１０に画像を表示する場合には、ゲートドライバ１６が、ゲート線１８にゲート信号を供給して高電位にする。ソースドライバ１２は、これに同期して表示する画像の画像データに応じたソース信号をソース線１４に供給する。液晶２２には、ＴＦＴ２０を介して画素電極２８に供給されるソース信号と、対向電極２６に供給されるコモン信号との電位差だけの電圧が印加される。これにより液晶２２が駆動され、不図示のバックライトにより照射された光の透過率が変化し、画像が表示される。

ここで、液晶２２の駆動方法について説明する。図２は、ＬＣＤがノーマリホワイト（液晶に電圧を印加しない状態で光を透過する）の場合の液晶２２に対する印加電圧と透過率との関係（ＶＴ特性）を示すグラフである。図２に示すように、バックライトからの光の透過率は、印加電圧が大きいほど小さく、印加電圧が小さいほど大きくなる。なお、ＬＣＤがノーマリブラック（液晶に電圧を印加しない状態で光を遮断する）の場合には、透過率は、印加電圧が大きいほど大きく、印加電圧が小さいほど小さくなる。このように、液晶２２に対する印加電圧に応じて明るさが変化する。

また、一般的には、液晶分子の焼き付きを防ぐため、液晶２２は交流駆動される。図３は、従来のＬＣＤの液晶に対する印加電圧波形を示す図である。従来の対向電極は液晶パネルの領域と同等の大きさで一体に形成されており、図３に示すように、該対向電極に一定電位のコモン信号を与え、これをゼロ電位とみなし、正極側と負極側とに一定時間ごとに交互に極性反転させたソース信号をソース線に与えることにより交流駆動を行なっている。すなわち、一定電位のコモン信号と正極側、負極側のソース信号との電位差が液晶に印加される。この例では、１フレーム（映像を構成する１枚の画像）毎に極性が切替えられている。

これに対して、本実施の形態では、従来一体形成していた面積の大きな対向電極を、図４に示すように、面積の小さな複数の対向電極２６で構成し、複数の対向電極２６の各々に与えるコモン信号の電位（コモン電位）を対向電極毎に制御することで、ディミング処理を行なう。

例えば、ＬＣＤがノーマリホワイトの場合には、前述したように、ソース信号の電位とコモン信号の電位との電位差（液晶２２に印加する印加電圧）を小さくすることにより、透過率が大きくなり、より明るく表示することができ、該印加電圧を大きくすることにより、透過率が小さくなり、より暗く表示することができるが、この印加電圧の大きさをコモン電位を調整することで調整するのである。

図４は、本実施の形態に係る対向電極２６を駆動する駆動装置の構成を示す構成図である。同図に示すように、液晶パネル１０の表示領域を複数の小領域（図４では４つの小領域）に分割したときの各小領域に対応して複数の対向電極２６が設けられている。各対向電極２６に印加されるコモン信号は、各々独立に制御される。

なお、各対向電極２６の数や面積は特に限定されないが、各対向電極２６をディミング処理において必要とされる大きさで形成することが好ましく、例えば、要求されるＬＣＤの品質に応じて各対向電極２６の数や面積を定めることができる。

対向電極２６の駆動装置は、ＲＧＢ変換部３０、画像メモリ３２、データ切出部３４、複数の対向電極２６に対応して設けられた複数のディミング処理部３６、対向電極駆動インバータ３８、及び複数の対向電極２６に対応して設けられた複数のバッファ回路４０、及びＬＵＴ（ルックアップテーブル）４２を備えている。複数の対向電極２６と複数のバッファ回路４０の各々は、コモン線４４を介して互いに接続されている。

ＲＧＢ変換部３０は、１フレーム分のＹＵＶの画像データ（Ｙ（輝度）Ｕ（青み）Ｖ（赤み）を示すデータ）をＲＧＢの画像データ（Ｒ（レッド）Ｇ（グリーン）Ｂ（ブルー）の階調値を示す階調データ）に変換して、画像メモリ３２に書込む。

データ切出部３４は、画像メモリ３２から、画像メモリ３２に書込まれたＲＧＢ各々の階調データを、複数の対向電極２６に対応する複数の小領域に分割して切り出して、対応するディミング処理部３６の各々に入力する。

ディミング処理部３６の各々は、対応する小領域の階調データがデータ切出部３４から入力されると、該階調データに基づいて明るさを示す値を算出する。各ディミング処理部３６で算出する明るさを示す値は、例えば、入力された全階調データの平均値であってもよいし、独自のアルゴリズムで算出した値であってもよい。

更に、ディミング処理部３６の各々は、算出した明るさを示す値とＬＵＴ４２とに基づいて、対応する対向電極２６に供給するコモン信号の電位を求める。

ここで、ＬＵＴ４２は、明るさを示す値と対向電極２６に印加するコモン電位Vcomを示す値とを対応付けて記憶したルックアップテーブルであり、液晶２２のＶＴ特性や、要求される表示特性（見かけのコントラストの度合い等）等に応じて予め生成しておいたものである。ＬＵＴ４２は、書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ等に記憶しておいてもよいし、書き換え不可能なメモリや、揮発性メモリにより構成してもよい。ここで、揮発性メモリにより構成する場合は、液晶表示装置の起動時等、所定のタイミングでＬＵＴ４２のデータを別途該メモリに書き込む機構が必要となる。なお、表示特性をユーザの要求に応じて変更する場合には、ＬＵＴ４２の内容も変更する必要があるため、この場合には、書き換え可能なメモリを用いることが好適である。

ディミング処理部３６の各々は、ＬＵＴ４２から明るさを示す値に対応して記憶されたコモン電位Vcomを示す値を読み出し、該コモン電位Vcomを示す値に応じた補正信号を生成してバッファ回路４０に出力する。ここで生成される補正信号は、後述の対向電極駆動インバータ３８から出力される基準電圧の電位を該ＬＵＴ４２から読み出した値が示すコモン電位Vcomに補正するための補正信号であって、例えば、該コモン電位Vcomを示す信号であってもよいし、該コモン電位Vcomと、対向電極駆動インバータ３８から出力される基準電圧の電位との電位差（以下、補正電圧Δｖ）を示す信号としてもよい。

これにより、例えば見かけのコントラストを向上させる場合は、明るい領域（明るさを示す値が予め定められた値より明るい値である領域）はより明るくなるように（液晶２２の透過率が上がるように）補正信号が生成され、暗い領域（明るさを示す値が予め定められた値より暗い値である領域）はより暗くなるように（液晶２２の透過率が下がるように）補正信号が生成され出力される。

なお、ここでは、ＬＵＴ４２を、明るさを示す値と対向電極２６に印加するコモン電位Vcomを示す値とを対応付けて記憶したルックアップテーブルとしたが、明るさを示す値と補正電圧Δｖを示す値とを対応付けて記憶したルックアップテーブルとし、ディミング処理部３６が該明るさを示す値に対応付けて記憶された補正電圧Δｖを読み出し、該補正電圧Δｖに基づいて補正信号を生成して出力するようにしてもよい。

バッファ回路４０の各々には、対向電極駆動インバータ３８から一定の直流電圧（基準電圧）が入力される。バッファ回路４０の各々は、図５に示すように、対応するディミング処理部３６から入力された補正信号に応じてインピーダンスを調整して基準電圧の電位を補正し、該補正した基準電圧をコモン信号として対応する対向電極２６に印加する。

以上の動作をフレーム単位、あるいは複数フレームごとに繰り返す。

以上説明したように、複数の対向電極２６毎に画像の明暗に応じてコモン電位を調整して液晶２２にかかる実効電圧を変化させるようにしたため、照明方式によらずディミング処理（輝度調整）ができる。

すなわち、照明方式がＣＣＦＬなどのランプを用いているＬＣＤや、バックライトを用いない反射型のＬＣＤにおいてもディミング処理が可能となる。また、ノート型（ラップトップ）ＰＣのように、一、二本のＣＣＦＬなどを液晶表示部の端に設け、光導板などを用いて画面全体を照明するシステムにおいても有効である。さらにまた、ＬＥＤバックライトを用いるＬＣＤでも本方式は適応可能である。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で様々な設計上の変更を行うことができる。

例えば、上記実施の形態では、ＹＵＶの画像データをＲＧＢの画像データに変換して、このＲＧＢの画像データから明るさを示す値を求めてディミング処理を行なう例について説明したが、これに限定されず、例えば、ＲＧＢ変換前のＹＵＶの画像データが示す輝度値から明るさを示す値を求めてもよい。この場合も、上記と同様に、ディミング処理部３６の各々に対応する各領域の輝度値を入力し、ディミング処理部３６で該入力された輝度値の平均値を明るさを示す値として算出してもよい。また、入力された輝度値から独自のアルゴリズムで算出した値を明るさを示す値として算出してもよい。

また、上記実施の形態では、ＴＦＴ方式等のアクティブ・マトリクス方式のＬＣＤを例に挙げて説明したが、これに限らず、ＳＴＮ方式、ＤＳＴＮ方式等の単純マトリクス方式等の他の方式のＬＣＤに適用することもできる。

本実施の形態に係る液晶表示装置の等価回路をの一例を示す図である。 液晶に対する印加電圧と透過率との関係（ＶＴ特性）を示すグラフである。 従来の液晶パネルの交流駆動を説明する説明図である。 本実施の形態に係る対向電極を駆動する駆動装置の構成を示す構成図である。 本実施の形態に係る液晶パネルの交流駆動を説明する説明図である。 ＣＣＦＬ（冷陰極管）を用いて液晶パネルを照明するＬＣＤを模式的に示した図である。

符号の説明

１０ 液晶パネル
１２ ソースドライバ
１４ ソース線
１６ ゲートドライバ
１８ ゲート線
２０ 平成
２２ 液晶
２４ 蓄積容量
２６ 対向電極
３０ 変換部
３２ 画像メモリ
３４ データ切出部
３６ ディミング処理部
３８ 対向電極駆動インバータ
４０ バッファ回路
４２ ＬＵＴ
４４ コモン線

Claims (4)

1. 画像表示領域にマトリクス状に配置され、画像データに応じた交流電圧が印加される複数の画素電極と、
   液晶を挟んで前記複数の画素電極と対向する位置に、前記画像表示領域を複数の小領域に分割したときの各小領域に対応して設けられた複数の対向電極と、
   前記画像データに基づいて、前記複数の小領域で表示する画像の明るさを示す値を各小領域毎に求める演算手段と、
   前記演算手段で求めた値の各々に応じて、前記複数の対向電極の各々の電位を制御する制御手段と、
   を備えた液晶表示装置。
2. 明るさを示す値と対向電極の電位を示す値とを対応付けて記憶した記憶手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記演算手段で求めた明るさを示す値の各々に対応して前記記憶手段に記憶された前記電位を示す値の各々を読み出し、該読み出した値の各々が示す電位の電圧を前記対向電極毎に生成して、対応する対向電極に印加する
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 画像表示領域にマトリクス状に配置され、画像データに応じた交流電圧が印加される複数の画素電極と、液晶を挟んで前記複数の画素電極と対向する位置に、前記画像表示領域を複数の小領域に分割したときの各小領域に対応して設けられた複数の対向電極と、を備えた液晶表示装置で前記画像データに応じた画像を表示する際、前記画像データに基づいて、前記複数の小領域で表示する画像の明るさを示す値を各小領域毎に求める演算手段と、
   前記演算手段で求めた値の各々に応じて、前記複数の対向電極の各々の電位を制御する制御手段と、
   を備えた液晶表示制御装置。
4. 明るさを示す値と対向電極の電位を示す値とを対応付けて記憶した記憶手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記演算手段で求めた明るさを示す値の各々に対応して前記記憶手段に記憶された前記電位を示す値の各々を読み出し、該読み出した値の各々が示す電位の電圧を前記対向電極毎に生成して、対応する対向電極に印加する
   請求項３に記載の液晶表示制御装置。

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