JP4424323B2 - 液晶パネルの制御方法と装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルの制御に関し、詳しくは、対向する基板間に封入された液晶分子が電圧非印加状態で基板と垂直の配向となって光を遮断し、印加された電圧に応じて基板と水平となる側に配向を変えることで光を透過する液晶パネルの制御に関する。

液晶はその液晶配向の特徴によって分類して称され、上記の液晶配向の液晶はＶＡ（Vertical Alignment）液晶と称されている。このＶＡ液晶は、電圧印加に伴って起きる液晶の配向にいわゆるねじれが起きないことから、レスポンス時間も短く視野角も比較的広くなるので、急速に普及している。

ＶＡ液晶で映像を描画するには、液晶の画素に対応した画像データの階調に応じた電圧を印可することで、液晶の透過率を変えている。そして、この印加電圧の制御が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献では、階調変化時の印加電圧を制御することで、レスポンスの改善がなされている。

特開２００５−９１４５４号公報

ところで、ＶＡ液晶では、印加電圧の上昇に伴い透過率は上昇するが、透過率には最大値と最小値が存在し、最大透過率に対応する印加電圧（上限電圧）を超える電圧範囲、最小透過率に対応する印加電圧（下限電圧）を下回る電圧範囲では、印加電圧の上昇に伴い透過率が低下する特性を有することが知られている。こうした電圧・透過率の特性に拘わらず画像データの階調に応じた電圧印加を行うと、上限電圧を超える電圧印加、あるいは下限電圧を下回る電圧印加が行われることがあるので、こうした場合には、液晶パネルのパネル面での輝度バラツキが生じる。よって、上記のような電圧・透過率特性を有するＶＡ液晶では、印加電圧に一律に制限を設け、印加電圧の上昇に伴い透過率が上昇する限られた範囲の電圧しか印可しないようにする手法が取られていた。

印加電圧にこうした一律な制限を課した場合、上限電圧を超える電圧の印加や下限電圧を下回る電圧の印加を行わないことから輝度バラツキを液晶パネルのパネル面内のどの表示箇所でも改善できると予想されるが、パネル面において一律な輝度バラツキ改善が得られるものではないことが判明した。また、印加される電圧が一律に制限されることから、表示画像の輝度はこの制限される電圧の範囲に限られ、明るさやダイナミックレンジも低下してしまうことが危惧されていた。

本発明は、ＶＡ液晶に画像データの階調に応じた電圧を印可して画像を表示する際の更なる表示品質の向上を図ることをその目的とする。

かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の液晶パネルの制御方法では、複数の画素を有し、各画素において対向する基板間に封入された液晶分子が電圧非印加状態で基板と垂直の配向となって光を遮断し、印加された電圧に応じて基板と水平となる側に配向を変えることで光を透過する液晶パネル（ＶＡ液晶）を制御するに当たり、印加電圧と透過率との特性は、ＶＡ液晶のパネル面内における表示箇所で相違するという新たな知見に立ち、次のように構成した。つまり、本発明の液晶パネルの制御方法では、前記画素での表示対象となる描画データの階調に応じた印加電圧を液晶パネルの各画素に対して一律に制限して印加するのではなく、前記画素での表示対象となる描画データの階調に応じた印加電圧を、該印加電圧の印加対象となる画素の前記液晶パネルにおける配設位置に応じた電圧と透過率との特性に基づいて制限することとした。

このため、本発明の液晶パネルの制御方法によれば、液晶パネルのパネル面の表示箇所の特性に合わせて当該表示箇所の画素に電圧印加を行うことで、パネル面のほぼ全域に亘って輝度バラツキの改善、明るさやダイナミックレンジの確保と言った表示品質の向上を図ることができる。

上記の構成において、前記印加電圧を前記特性に基づいて制限する際には、前記印加電圧が前記特性における前記透過率の上下限ピーク値の間の透過率範囲に対応するピーク値間電圧範囲から逸脱していると、前記印加電圧を前記ピーク値間電圧範囲内の電圧に制限するようにすることができる。こうすれば、パネル面のほぼ全域に亘る輝度バラツキの改善の実効性、明るさやダイナミックレンジの確保の実効性が高まるので、表示品質の向上により寄与できる。

また、かかる課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の液晶パネルの制御装置では、
複数の画素を有し、各画素において対向する基板間に封入された液晶分子が電圧非印加状態で基板と垂直の配向となって光を遮断し、印加された電圧に応じて基板と水平となる側に配向を変えることで光を透過する液晶パネルの制御装置であって、
前記複数の画素の前記液晶パネルにおける配設位置に応じた電圧と透過率との特性における前記透過率の上下限ピークに対応するピーク値電圧を記憶する記憶部と、
前記画素での表示対象となる描画データの階調に応じた印加電圧を該描画データに対応した画素に印加するに当たり、前記印加電圧が、該印加電圧の印加対象となる画素に対応した前記特性の前記ピーク値電圧の範囲から逸脱していると、前記ピーク値電圧を制限電圧として前記印加電圧を該制限電圧に制限する制限部とを備える。

こうした構成を有する本発明の制御装置であっても、液晶パネルのパネル面の表示箇所の特性に合わせて当該表示箇所の画素に電圧印加を行うことで、パネル面のほぼ全域に亘って輝度バラツキの改善、明るさやダイナミックレンジの確保と言った表示品質の向上を図ることができる。

この場合、前記記憶部を、前記複数の画素のうちからサンプリングされた複数のサンプリング画素について、前記特性における前記ピーク値電圧を記憶するものとし、その上で、前記制限部は、前記サンプリング画素と異なる画素について電圧を印可するに当たっては、その制限する電圧を、前記サンプリング画素と異なる画素の周囲の前記サンプリング画素についての前記特性に応じて補完し、前記サンプリング画素と異なる画素に印加する前記描画データの階調に応じた印加電圧が、前記補完した制限電圧の範囲から逸脱していると、前記印加電圧を前記補完した制限電圧に制限するようにすることができる。こうすれば、パネル面のほぼ全域に亘る輝度バラツキの改善の実効性と、明るさやダイナミックレンジの確保の実効性の更なる向上を通して、表示品質の一層の向上が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき説明する。図１はＶＡ液晶にて画像を表示する本実施例の画像表示装置１００の構成を表す概略ブロック図、図２は画像表示装置１００がＶＡ液晶を制御する上で新たに知見したＶＡ液晶の特性を説明する説明図、図３は画像表示装置１００が有する記憶回路の記憶内容を示す説明図、図４は画像表示装置１００による液晶制御の様子を説明する説明図である。

図１に示すように、本実施例の画像表示装置１００は、ＶＡ液晶パネル１１０（以下、ＶＡ−ＬＣＤ１１０と称する）と、映像フレームデータ記憶部１２０と、信号リミット回路１３０とを備え、映像フレームデータ記憶部１２０が記憶した映像信号（フレームデータ）に基づいた画像を表示する。信号リミット回路１３０は、信号リミット回路１３０から入力した映像信号を後述する信号リミット処理に処してＶＡ−ＬＣＤ１１０に出力する。この映像信号出力に伴うＶＡ−ＬＣＤ１１０での画像表示に際しては、ＶＡ−ＬＣＤ１１０が有する画素の走査線のそれぞれに走査信号を出力しつつ、画素の信号線のそれぞれに映像信号に応じた電圧を印可する。

この他、画像表示装置１００は、画素画面位置検出回路１４０と、画素画面位置ごとのリミット電圧記憶回路１５０と、リミット電圧生成回路１６０とを備える。画素画面位置検出回路１４０は、信号リミット回路１３０が映像フレームデータ記憶部１２０から入力する映像信号に同期した映像同期信号を入力し、この同期信号に基づいて、映像フレームデータを構成する画像データを表示すべき画素の位置、詳しくはＶＡ−ＬＣＤ１１０のパネル面において画素が占める座標位置を検出する。そして、画素画面位置検出回路１４０は、この画素の座標位置をリミット電圧記憶回路１５０とリミット電圧生成回路１６０に出力する。

リミット電圧記憶回路１５０は、ＶＡ−ＬＣＤ１１０のパネル面においてサンプリングした画素について、以下に説明するようなリミット電圧を記憶する。ＶＡ液晶は、そのパネル面において複数の画素をタ行多列に亘って配設して備え、その画素ごとに、印加電圧と透過率の特性において相違する。図２は、こうした画素位置に応じた特性の相違を示しており、本実施例では、パネル上端側、中央、下端側の３本の走査線について、それぞれ複数の画素をサンプリングし、各サンプリング画素について特性を示している。図では、これらサンプリング画素（Ａ１〜Ａｉ、Ｂ１〜Ｂｉ、Ｃ１〜Ｃｉ）の内、パネル面左上端の画素Ａ１とパネル中央の画素Ｂｃについての特性ＴＣＡ１、ＴＣＢｃを示している。

図示するように、パネル面左上端の画素Ａ１の特性とパネル中央の画素Ｂｃの特性とは、共に、電圧がゼロから上昇するにつれて透過率は極小（下限ピーク値）まで減少し、その極小透過率に対応する電圧を超えると透過率は電圧上昇に伴って増大し、極大（上限ピーク値）の透過率に対応する電圧を超えると透過率は低減する。その一方、パネル面左上端の画素Ａ１の特性とパネル中央の画素Ｂｃの特性とは、透過率の下限ピーク値（ＴＣＡ１−Ｄ、ＴＣＢｃ−Ｄ）、上限ピーク値（ＴＣＡ１−Ｕ、ＴＣＢｃ−Ｕ）はもとより、これらピーク値に対応する下限ピーク電圧値（Ｖａ１−ｄ、Ｖｂｃ−ｄ）、上限ピーク電圧値（Ｖａ１−ｕ、Ｖｂｃ−ｕ）も相違する。つまり、例えばパネル中央の画素Ｂｃの特性ＴＣＢｃをＶＡ−ＬＣＤ１１０のパネル面における各画素について適用したとすれば、パネル面左上端の画素Ａ１に、上限ピーク電圧値Ｖｂｃ−ｕを印加した場合には、透過率の減少、即ち輝度の低下が見られ、上限ピーク電圧値Ｖａ１−ｕ付近の電圧の印加では輝度のバラツキが起きることになる。

本実施例では、こうした点についての改善を図るため、リミット電圧記憶回路１５０は、図２に示したサンプリング画素（Ａ１〜Ａｉ、Ｂ１〜Ｂｉ、Ｃ１〜Ｃｉ）のそれぞれの画素についての透過率の上限ピーク値と下限ピーク値に対応する下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値とを記憶している（図３参照）。これらのピーク電圧値は、ＶＡ−ＬＣＤ１１０の製造ロットごと、或いは固体ごとに上記サンプリング画素について測定等すればよい。

そして、このリミット電圧記憶回路１５０は、画素画面位置検出回路１４０から入力した画素の位置に対応する下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値とをリミット電圧生成回路１６０に出力する。この場合、画素画面位置検出回路１４０から入力した画素位置（座標位置）に対応する画素が上記したサンプリング画素と一致していれば、リミット電圧記憶回路１５０はそのサンプリング画素についての下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値とをリミット電圧生成回路１６０に出力する。その一方、画素画面位置検出回路１４０から入力した画素位置に対応する画素が上記したサンプリング画素と一致していなければ、リミット電圧記憶回路１５０は、次のようにして下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値とをリミット電圧生成回路１６０に出力する。

こうした場合の下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値の出力の様子は図４に示されている。この図４に示すように、今、画素画面位置検出回路１４０から入力した画素が図に示す画素ＡＢｍであるとする。そうすると、リミット電圧記憶回路１５０は、この画素ＡＢｍの周囲のサンプリング画素Ａｍ−１、Ａｍ＋１、Ｂｍ−１、Ｂｍ＋１のそれぞれの下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値とをリミット電圧生成回路１６０に出力する。

リミット電圧生成回路１６０は、リミット電圧記憶回路１５０からの下限ピーク電圧値および上限ピーク電圧値と、画素画面位置検出回路１４０からの画素の座標位置とに基づいて、当該画素についてのリミット電圧値を次のようにして生成する。画素画面位置検出回路１４０から入力した画素位置（座標位置）に対応する画素（この画素を、説明の便宜上、制御対象画素という）が上記したサンプリング画素と一致していれば、リミット電圧生成回路１６０は、リミット電圧記憶回路１５０からの下限ピーク電圧値および上限ピーク電圧値を、制御対象画素についてのリミット電圧値として生成して、これを信号リミット回路１３０に出力する。制御対象画素が上記したサンプリング画素と一致していなければ、リミット電圧生成回路１６０は、リミット電圧記憶回路１５０から入力した制御対象画素周囲の上記の四つのサンプリング画素についての下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値に基づいて、制御対象画素についてのリミット電圧値を補完演算により生成して、これを信号リミット回路１３０に出力する。この場合の補完演算は、例えば図４に示すように、サンプリング画素Ａｍ−１、Ａｍ＋１、Ｂｍ−１、Ｂｍ＋１を結ぶ矩形を制御対象画素ＡＢｍを交点にして４分割し、その面積比を重み付け係数として上記の各サンプリング画素の下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値に乗ずる手法を取ることができる。

信号リミット回路１３０は、リミット電圧生成回路１６０から入力した制御対象画素についてのリミット電圧で、映像フレームデータ記憶部１２０から当該制御対象画素に対応する映像データ（描画データ）の階調に応じた印加電圧（階調対応電圧）を制限する。つまり、この階調対応電圧が下限のリミット電圧より小さければ当該階調対応電圧を下限のリミット電圧とし、当該階調対応電圧が上限のリミット電圧を超えていれば当該階調対応電圧を上限のリミット電圧に制限した上で、ＶＡ−ＬＣＤ１１０の上記の制御対象画素に対応する信号線に、階調対応電圧を印可する。

以上説明したように、本実施例の画像表示装置１００では、映像データの描画対象である液晶パネルがＶＡ液晶パネル１１０（ＶＡ−ＬＣＤ１１０）であり、このＶＡ−ＬＣＤ１１０は、その有する複数の各画素において対向する基板間に封入された液晶分子が電圧非印加状態で基板と垂直の配向となって光を遮断し、印加された電圧に応じて基板と水平となる側に配向を変えることで光を透過する性質を有すると共に、こうした性質を有することに起因して、パネル面に占める画素の位置に応じて電圧印加の様子を変えている。即ち、リミット電圧記憶回路１５０には、パネル面におけるサンプリング画素について、そのサンプリング画素における印加電圧と透過率の特性に基づいた極小・極大（下限ピーク値・上限ピーク値）の透過率に対応する下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値を記憶させ、映像データ（描画データ）の階調に応じた電圧を印可する際には、その電圧の印加対象となる画素がパネル面において占める位置（座標位置）に応じて、当該画素に印加する電圧を、上記の下限ピーク電圧値および上限ピーク電圧値と画素の座標位置とに基づいて生成したリミット電圧で信号リミット回路１３０により制限する。

このため、本実施例の画像表示装置１００によれば、ＶＡ−ＬＣＤ１１０のパネル面における画素の特性に合わせて電圧を制限した上で、当該画素に電圧を印加するので、各画素においては勿論、パネル面のほぼ全域に亘って輝度バラツキを改善できる。しかも、画素ごとの印加電圧の範囲を、当該画素がパネル面において占める位置によって相違する特性での上下限のリミット電圧（図２参照）の範囲とできるので、明るさやダイナミックレンジも確保でき、表示品質を高めることができる。

また、リミット電圧記憶回路１５０に下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値を記憶したサンプリング画素と異なる画素についても、その周囲のサンプリング画素の下限ピーク電圧値と上限ピーク電圧値で補完して当該画素のリミット電圧を生成する。よって、ＶＡ−ＬＣＤ１１０のパネル全面に亘って、より一層の輝度バラツキの改善や明るさやダイナミックレンジの確保ができることから、ＶＡ−ＬＣＤ１１０で表示する画像の表示品質をより一層高めることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、上記した実施の形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様にて実施することが可能である。

ＶＡ液晶にて画像を表示する本実施例の画像表示装置１００の構成を表す概略ブロック図である。 画像表示装置１００がＶＡ液晶を制御する上で新たに知見したＶＡ液晶の特性を説明する説明図である。 画像表示装置１００が有する記憶回路の記憶内容を示す説明図である。 画像表示装置１００による液晶制御の様子を説明する説明図である。

符号の説明

１００…画像表示装置
１１０…ＶＡ液晶（ＶＡ−ＬＣＤ）
１２０…映像フレームデータ記憶部
１３０…信号リミット回路
１４０…画素画面位置検出回路
１５０…リミット電圧記憶回路
１６０…リミット電圧生成回路

Claims (3)

1. 複数の画素を有し、各画素において対向する基板間に封入された液晶分子が電圧非印加状態で基板と垂直の配向となって光を遮断し、印加された電圧に応じて基板と水平となる側に配向を変えることで光を透過する液晶パネルの制御方法であって、
   前記画素での表示対象となる描画データの階調に応じた印加電圧を該描画データに対応した画素に印加するに当たり、前記印加電圧の印加対象となる画素の前記液晶パネルにおける配設位置に応じた電圧と透過率との特性における前記透過率の上下限ピーク値の間の透過率範囲に対応するピーク値間電圧範囲から前記印加電圧が逸脱していると、前記印加電圧を前記ピーク値間電圧範囲内の電圧に制限する
   液晶パネルの制御方法。
2. 複数の画素を有し、各画素において対向する基板間に封入された液晶分子が電圧非印加状態で基板と垂直の配向となって光を遮断し、印加された電圧に応じて基板と水平となる側に配向を変えることで光を透過する液晶パネルの制御装置であって、
   前記複数の画素の前記液晶パネルにおける配設位置に応じた電圧と透過率との特性における前記透過率の上下限ピークに対応するピーク値電圧を記憶する記憶部と、
   前記画素での表示対象となる描画データの階調に応じた印加電圧を該描画データに対応した画素に印加するに当たり、前記印加電圧が、該印加電圧の印加対象となる画素に対応した前記特性の前記ピーク値電圧の範囲から逸脱していると、前記ピーク値電圧を制限電圧として前記印加電圧を該制限電圧に制限する制限部とを備える
   液晶パネルの制御装置。
3. 請求項２に記載の液晶パネルの制御装置であって、
   前記記憶部は、
   前記複数の画素のうちからサンプリングされた複数のサンプリング画素について、前記特性における前記ピーク値電圧を記憶し、
   前記制限部は、
   前記サンプリング画素と異なる画素についての前記制限電圧を、前記サンプリング画素と異なる画素の周囲の前記サンプリング画素についての前記特性に応じて補完し、前記サンプリング画素と異なる画素に印加する前記描画データの階調に応じた印加電圧が、前記補完した制限電圧の範囲から逸脱していると、前記印加電圧を前記補完した制限電圧に制限する
   液晶パネルの制御装置。

Images