(57)【要約】【課題】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。【解決手段】液晶表示装置は映像信号表示および非映像信号表示を周期的に行う液晶表示パネルＤＰと、液晶表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬと、映像信号表示用にバックライトＢＬを点灯させ非映像信号表示用にバックライトを消灯させる表示制御回路ＣＮＴとを備える。表示制御回路は映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルよりも大きな始動レベルに設定される駆動電圧をバックライトに印加するように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像信号表示および非映像信号表示を周期的に行う液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを照明する照明光源と、前記映像信号表示用に前記照明光源を点灯させ前記非映像信号表示用に前記照明光源を消灯させる光源制御部とを備え、前記光源制御部は前記映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルよりも大きな始動レベルに設定される駆動電圧を前記照明光源に印加するように構成されることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記照明光源は前記液晶表示パネルを区分した複数の表示領域をそれぞれ照明する複数のランプ光源を含み、前記光源制御部は前記複数のランプ光源を所定の時間差で順次点灯させるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記液晶表示パネルは、液晶層が一対の基板間に挟持されると共に液晶分子が前記液晶層内でベンド配向した構造を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記非映像信号表示は黒または黒に近い中間調表示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。
【請求項５】
映像信号および非映像信号表示を周期的に行う液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを照明する照明光源とを備える液晶表示装置の照明制御方法であって、前記映像信号表示用に前記照明光源を点灯させ、前記非映像信号表示用に前記照明光源を消灯させ、前記映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルよりも大きな始動レベルに設定される駆動電圧を前記照明光源に印加することを特徴とする照明制御方法。
【請求項６】
前記照明光源として前記液晶表示パネルを区分した複数の表示領域をそれぞれ照明する複数のランプ光源を所定の時間差で順次点灯させることを特徴とする請求項５に記載の照明制御方法。
【請求項７】
前記液晶表示パネルは、液晶層が一対の基板間に挟持されると共に液晶分子が前記液晶層内でベンド配向した構造を有することを特徴とする請求項５に記載の照明制御方法。
【請求項８】
前記非映像信号表示は黒または黒に近い中間調表示であることを特徴とする請求項５に記載の照明制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば１フレーム期間毎に映像信号表示および黒または黒に近い中間調の非映像表示を行いこれら映像信号表示用および非映像信号表示用にそれぞれバックライトを点滅させる液晶表示装置およびその照明制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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において画像を表示するために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。バックライトは例えば冷陰極管のようなランプ光源であり、例えばパルス幅変調された高周波電圧により駆動される（特許文献１を参照）。
【０００３】
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、対応ゲート線が駆動されたときに導通して対応ソース線の電位を対応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。
【０００４】
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（特許文献２を参照）。この液晶表示パネルでは、液晶分子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イ配向になる。液晶表示パネルは、これら液晶分子が電源投入に伴う初期化処理で印加される比較的強い電界によりスプレイ配向からベンド配向に転移した後に表示動作を行う。
【０００５】
液晶分子が電源投入前にスプレイ配向となる理由は、スプレイ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、スプレイ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イ配向に逆転移してしまうという性質を有する。スプレイ配向では、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。
【０００６】
従来、ベンド配向からスプレイ配向への逆転移を防止するため、例えば画像を表示するフレーム期間の一部で大きな液晶駆動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、この液晶駆動電圧が黒表示の電圧に相当するため、黒挿入駆動と呼ばれる。
【特許文献１】特開平６−３１０２９４号公報
【特許文献２】特開２００２−２０２４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、液晶表示パネルは映像信号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（非映像信号表示期間）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。
【０００８】
しかしながら、黒挿入率の増大は１フレーム期間について平均した白表示の輝度を低下させる。この結果、コントラストは５００から２８５程度に低下する。さらに、バックライトが照明を必要としない黒挿入期間を含めて常時点灯していたため無駄に電力を消費していた。
【０００９】
従来、バックライトのブリンキング駆動が黒挿入期間に表示パネルを照明しないことにより黒表示の輝度を低下させる一方で消費電力を低減する技術として提案されている。バックライトが液晶表示パネルを区分した複数の表示領域を照明する複数のランプ光源で構成される場合には、各ランプ光源が対応表示領域の黒挿入期間の開始タイミングでオフし、黒挿入期間の終了タイミングでオンするように制御される。５０％の黒挿入率で液晶表示パネルの黒挿入駆動を行い、この黒挿入率に等しいデューティ比（１フレーム期間に対する点灯期間）でバックライトのブリンキング駆動を行った場合、良好な動画視認性に加えて３９０程度のコントラストを得ることができる。しかし、このコントラストの値は黒挿入率＝２０％において得られる値に比べて不十分であった。
【００１０】
本発明の目的は、動画視認性の向上に伴って低下するコントラストを改善できる液晶表示装置およびその照明制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、映像信号表示および非映像信号表示を周期的に行う液晶表示パネルと、液晶表示パネルを照明する照明光源と、映像信号表示用に照明光源を点灯させ非映像信号表示用に照明光源を消灯させる光源制御部とを備え、光源制御部は映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルよりも大きな始動レベルに設定される駆動電圧を照明光源に印加するように構成される液晶表示装置が提供される。
【００１２】
さらに本発明によれば、映像信号および非映像信号表示を周期的に行う液晶表示パネルと、液晶表示パネルを照明する照明光源とを備える液晶表示装置の照明制御方法であって、映像信号表示用に照明光源を点灯させ、非映像信号表示用に照明光源を消灯させ、映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルよりも大きな始動レベルに設定される駆動電圧を照明光源に印加する照明制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明者の考察によれば、照明光源のブリンキング駆動を行った場合にこの照明光源の応答速度が遅いために、照明光源の光強度が駆動電圧の印加後に十分な値に達するまでに時間を要していることが確認された。上述の液晶表示装置および照明制御方法では、照明光源の駆動電圧が映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルよりも大きな始動レベルに設定される。このようにすると、照明光源の光強度が駆動電圧の印加直後に急峻に立ち上がるようになる。従って、照明光源の点灯期間が動画視認性の向上のために短くなった場合に低下するコントラストを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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液晶分子が予めスプレイ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イ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材料を含む。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。スプレイ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。
【００１６】
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の間隙に液晶材料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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、および共通電極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、外部信号源ＳＳから入力される映像信号に黒信号（非映像信号）を追加する黒挿入駆動用の変換を行う映像処理回路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および外部信号源ＳＳからの黒挿入率設定信号ＢＫＳ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。映像信号および黒信号は各行の液晶画素ＰＸ（水平画素ライン）に対する複数の画素データを含み、１フレーム期間（Ｖ＝垂直走査期間）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は映像処理回路１３から変換結果の画素データＤＯと共にソースドライバＸＤに供給される。制御信号ＣＴＹは複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍの駆動に必要とされるゲートドライバＹＤの垂直タイミング制御に用いられ、制御信号ＣＴＸは複数のソース線の駆動に必要とされるソースドライバＸＤの水平タイミング制御に用いられる。
【００２２】
黒挿入駆動では、黒挿入書込みおよび映像信号書込みが各フレーム期間において所定数の水平画素ライン単位に行われる。このため、ゲートドライバＹＤは黒挿入書込（非映像信号書込）用に複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを所定本数ずつ並列的に駆動すると共に映像信号書込用に複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを所定本数ずつ順次駆動するように制御信号ＣＴＹによって制御される。また、ソースドライバＸＤは変換結果として映像処理回路１３から直列に出力される各行の液晶画素ＰＸに対する画素データＤＯを階調基準電圧ＶＲＥＦを用いて画素電圧に変換しこれら画素電圧により複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎを並列的に駆動しこれら画素電圧の極性を周期的に反転するように制御信号ＣＴＸによって制御される。画素電圧は共通電極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る。ここでは、第１水平画素ラインの黒挿入書込みから第１水平画素ラインの映像信号書込までの黒挿入期間となり、１フレーム期間に対する黒挿入期間の割合、すなわち黒挿入率は５０％程度に設定される。
【００２３】
図３は図１に示すバックライトＢＬおよび液晶表示パネルＤＰの関係を示す。図３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個のランプ光源ＬＰからなる。これらランプ光源ＬＰ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。これらランプ光源ＬＰの各々は放電灯である１本の冷陰極管（ＣＣＦＬ）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。尚、各ランプ光源ＬＰを複数本の冷陰極管で構成することも可能である。
【００２４】
インバータ制御回路１４は複数のランプ光源ＬＰの各々を対応表示領域（具体的には、中央の水平画素ライン）の映像信号表示期間および黒挿入期間に整合して点滅させる制御をバックライト駆動部ＬＤに対して行う。この結果、複数のランプ光源ＬＰは所定の時間差で順次点灯および消灯することになる。例えば５０％の黒挿入率が黒挿入率設定信号ＢＫＳにより設定される場合には、映像信号表示期間および黒挿入期間がそれぞれ１フレーム期間に対して５０％の長さに設定され、バックライト駆動部ＬＤが黒挿入期間の開始タイミング（＝映像信号表示期間の終了タイミング）でランプ光源ＬＰを消灯させ、黒挿入期間の終了タイミング（＝映像信号表示期間の開始タイミング）でランプ光源ＬＰを点灯させる。
【００２５】
図４はバックライト駆動部ＬＤが従来形式で駆動電圧を出力した場合に得られるランプ光源ＬＰの応答波形を比較例として示す。バックライト駆動部ＬＤは図４に示すような波形の高周波電圧をランプ光源ＬＰの駆動電圧として出力する。ランプ光源ＬＰは、駆動電圧が点灯レベルＶonに立ち上がることにより点灯し、消灯レベルＶoffに立ち下がることにより消灯する。駆動電圧は映像信号表示期間の長さだけ点灯レベルＶonに維持され、黒挿入期間の長さだけ消灯レベルＶoffに維持される。しかしながら、ランプ光源ＬＰの光強度は図４に示すように駆動電圧の波形に対応する理想的な応答波形に対して大幅に遅れて遷移する。有効な照明光量は光強度を映像信号表示期間について積分して求められるが、その積分値は理想的な応答波形の場合に比べて著しく低下している。
【００２６】
このため、バックライト駆動部ＬＤは図５に示すような波形の高周波電圧をランプ光源ＬＰの駆動電圧として出力するように構成されている。駆動タイミングについては、図３に示す比較例と同様である。すなわち、ランプ光源ＬＰは駆動電圧が点灯レベルＶonに立ち上がることにより点灯し、消灯レベルＶoffに立ち下がることにより消灯する。また、駆動電圧は映像信号表示期間の長さだけ点灯レベルＶonに維持され、黒挿入期間の長さだけ消灯レベルＶoffに維持される。これに対し、駆動電圧は映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルＶonよりも大きな始動レベルＶhに設定されるため、ランプ光源ＬＰの光強度は図５に示すように駆動電圧の波形に対応する理想的な応答波形に対して大幅に遅れずに遷移する。図５では、高周波電圧の周波数が３９ｋＨｚ、始動レベルＶhが点灯レベルＶonの１２０％、始動レベル期間Ｔhが映像信号表示期間の２４％にそれぞれ設定されている。この結果、有効な照明光量は理想的な応答波形の場合に比べて著しく低下しない。
【００２７】
以上のように本実施形態によれば、ランプ光源ＬＰの駆動電圧が映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルＶonよりも大きな始動レベルＶhに設定されるため、ランプ光源ＬＰの光強度が駆動電圧の印加直後に急峻に立ち上がるようになる。従って、ランプ光源ＬＰの点灯期間が動画視認性の向上のために短くなった場合に低下するコントラストを改善することができる。コントラストを実際に測定してみると、４９０という値が得られた。この値は、２０％の黒挿入率で得られる値とほぼ同等である。
【００２８】
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。
【００２９】
上述の実施形態では、ランプ光源ＬＰの駆動電圧が映像信号表示の開始に際して一時的に点灯レベルＶonよりも大きな始動レベルＶhに設定されたが、ランプ光源ＬＰの駆動電圧の立上り開始タイミングを図５に示す光強度の立上りの遷移に要する応答時間を越えない範囲で僅かに早めることも有効であり、この結果としてさらに良好なコントラストを得ることができる。
【００３０】
また、上述の実施形態では、ＯＣＢモードの液晶表示パネルＤＰが用いられたが、本発明は映像信号表示および非映像信号表示を周期的に行う他の液晶表示パネルに適用することもできる。但し、ＯＣＢモードのように応答速度の速い液晶モードのほうがより効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】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】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】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４】図１に示すバックライト駆動部から従来形式で駆動電圧を出力した場合に得られるランプ光源の応答波形を比較例として示す図である。
【図５】図１に示すバックライト駆動部から実際に出力される駆動電圧を印加したランプ光源の応答波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…駆動用電圧発生回路、５…コントローラ回路、６…補償電圧発生回路、７…階調基準電圧発生回路、８…コモン電圧発生回路、１１…垂直タイミング制御回路、１２…水平タイミング制御回路、１３…画像データ変換回路、１４…インバータ制御回路、ＢＬ…バックライト、ＬＰ…バックライト光源、ＤＰ…液晶表示パネル、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極、ＣＬＣ…液晶容量、Ｃｓ…補助容量、ＰＸ…液晶画素、Ｗ…スイッチング素子、Ｙ…ゲート線、Ｘ…ソース線、ＣＮＴ…表示制御回路、ＬＤ…バックライト駆動部、ＹＤ…ゲートドライバ、ＸＤ…ソースドライバ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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