JP2007114480A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の４色以上のフィールドシーケンシャル駆動において、ピーク輝度を出すことのできるようにする。
【解決手段】本発明の液晶表示装置１００は、コントローラ３７が、ＬＥＤ駆動部９を介してバックライト１０のＲ（赤）のＬＥＤのみを点灯してＬＣＤパネル４１の表示を行い、続いてバックライト１０のＧ（緑）のＬＥＤのみを点灯してＬＣＤパネル４１の表示を行い、続いてバックライト１０のＢ（青）のＬＥＤのみを点灯してＬＣＤパネル４１の表示を行い、続いてバックライト１０のＲ，Ｇ，Ｂ全てのＬＥＤを点灯してＬＣＤパネル４１の表示を行う。その際、コントローラ３７は、Ｒ＝Ｒ、Ｇ＝Ｇ、Ｂ＝Ｂ、Ｗ＝Ｒ^２Ｇ^２Ｂ^２として表示データを算出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、液晶テレビ、車載ナビゲーションシステム用モニタ、ＯＡ用液晶モニタ、モバイル用モニタ等に用いられる液晶表示装置に関する。

従来、液晶表示素子はＴＮ型液晶表示素子が一般的に用いられてきた。

また、高速応答を特徴とする液晶表示素子として、ＯＣＢ型表示素子が検討されている（例えば、非特許文献１）。このＯＣＢ型液晶表示素子は、応答速度が速いというメリットがあり、フィールドシーケンシャル型表示装置に応用が期待できる。このフィールドシーケンシャル型表示装置は、バックライトにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）それぞれの光源を分離して形成し、時系列で各色を順次点灯し、その表示色に応じた映像を液晶パネルに表示するものである。このため、カラーフィルタが不要で、安価で、明るく、低消費電力な表示装置を提供することができる。

しかし、このフィールドシーケンシャル型表示装置は、視線の動きや、画面のぶれによって虹色に瞬間的に見える「色割れ」という課題がある。これを軽減するために、従来のＲ，Ｇ，Ｂの３色表示ではなく、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗ（白）の４色表示、またはＲ，Ｇ，Ｂ，Ｃ（シアン），Ｍ（マジェンタ），Ｙ（イエロー）の６色表示を実施する提案がなされている（例えば、非特許文献２、特許文献１）
社団法人電気通信学会 信学技報 ＥＤＩ９８−１４４ １９９頁 ２００３年ＳＩＤ（Society for Information Display）予稿集１２１２−１２１５頁 特開２００３−２８０６１４号公報

ところで、ディスプレイとして長年使われてきたＣＲＴ表示装置では、暗い画面で局所的に明るい部分があると、そこに表示電力が集中して強く光る傾向があった。この現象は、めりはりのある映像としては望ましいものである。それに対して、一般に液晶表示装置は、めりはりを持たせるのが難しくピーク輝度が出ないという問題があった。

この発明の目的は、４色以上のフィールドシーケンシャル駆動において、めりはりを持たせたピーク輝度を出すことのできる液晶表示装置を提供することである。

本発明によれば、複数色の光源と液晶表示パネルとを有し、前記複数色の光源が順次点灯するに同期して前記液晶表示パネルが点灯色に対応した表示を行うことで、複数色の入力データに対応してカラー表示を実施するフィールドシーケンシャル型の液晶表示装置であって、複数色の光源が発光する輝度補正期間を有し、前記輝度補正期間に表示する表示データが、前記輝度補正期間に発光している複数色の光源に対応する前記複数色の入力データのべき乗の積に略等しく算出される液晶表示装置が提供される。

また、本発明によれば、複数色の光源と液晶表示パネルとを有し、前記複数色の光源が順次点灯するに同期して前記液晶表示パネルが点灯色に対応した表示を行うことで、複数色の入力データに対応してカラー表示を実施するフィールドシーケンシャル型の液晶表示装置であって、単色の色純度を保ちつつ単色よりも白色の輝度を強くするよう前記複数色の入力データに対して、フィールド数に応じた表示データに変換する液晶表示装置が提供される。

本発明の液晶表示装置は、４色以上のフィールドシーケンシャル駆動により、めりはりを持たせたピーク輝度を出すと共に色割れを防止することを可能とする。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、液晶表示装置１００の回路構成を概略的に示す。

この液晶表示装置１００は、外部信号源となる画像情報処理ユニットＳＧに接続される。画像情報処理ユニットＳＧは画像情報処理を行って同期信号および表示信号を液晶表示装置１００に供給する。また、液晶表示装置の電源電圧も画像情報処理ユニットＳＧから液晶表示装置１００に供給される。

液晶表示装置１００は複数のＯＣＢ液晶表示素子６のマトリクスアレイ（液晶表示素子部）を構成するＬＣＤパネル４１、ＬＣＤパネル４１を照明するＲ，Ｇ，Ｂの複数のＬＥＤで構成されたバックライト１０、およびＬＣＤパネル４１およびバックライト１０を駆動する駆動回路ＤＲを備える。ＬＣＤパネル４１はアレイ基板ＡＲ、対向基板ＣＴ、および液晶層ＬＱを含む。

アレイ基板ＡＲでは、複数の画素電極１５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２９（Ｙ１〜Ｙｍ）が複数の画素電極１５の行に沿って配置され、複数のソース線２６（Ｘ１〜Ｘｎ）が複数の画素電極１５の列に沿って配置される。これらゲート線２９およびソース線２６の交差位置近傍には、複数の画素スイッチ２７が配置される。各画素スイッチ２７は、例えばゲート線２９に接続されるゲート２８およびソース線２６および画素電極１５間に接続されるソース−ドレインパスを有する薄膜トランジスタからなり、対応ゲート線２９を介して駆動されたときに対応ソース線２６および対応する画素電極１５間で導通する。

複数のＯＣＢ液晶表示素子６の各々は画素電極１５および対向電極１６間に液晶容量Ｃlcを有する。複数の補助容量線Ｃst（Ｃ１〜Ｃｍ）の各々は対応行のＯＣＢ液晶表示素子６の画素電極１５に容量結合して補助容量Ｃｓを構成する。

駆動回路ＤＲはアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴから液晶層ＬＱに印加される液晶印加電圧によりＬＣＤパネル４１の透過率を制御するように構成される。各ＯＣＢ液晶表示素子６は対応する画素電極１５の範囲において画素を構成する。このようなＯＣＢ液晶表示素子６では、通常の駆動電圧とは異なる転移電圧を印加することにより液晶分子の配向状態をスプレイ配向から画像を表示可能なベンド配向へ転移させる必要がある。このため、駆動回路ＤＲは電源スイッチ（図示しない）がオンされる毎に転移電圧を液晶印加電圧として液晶層ＬＱに印加することにより液晶分子の配向状態をスプレイ配向からベンド配向へ転移させる初期化を行うように構成されている。

具体的には、駆動回路ＤＲが、複数の画素スイッチ２７を行単位に導通させるように複数のゲート線２９を順次駆動するゲートドライバ３９、各行の画素スイッチ２７が対応ゲート線２９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２６にそれぞれ出力するソースドライバ３８、ＬＣＤパネル４１の対向電極１６を駆動する対向電極ドライバ４０、Ｒ，Ｇ，Ｂの複数のＬＥＤで構成されたバックライト１０を駆動するＬＥＤ駆動部９、ゲートドライバ３９、ソースドライバ３８、対向電極ドライバ４０、およびＬＥＤ駆動部９を制御するコントローラ３７、並びに画像情報処理ユニットＳＧから駆動回路ＤＲに供給される電力（具体的には、電源電圧）からこれらゲートドライバ３９、ソースドライバ３８、対向電極ドライバ４０、ＬＥＤ駆動部９、およびコントローラ３７に必要とされる複数の内部電源電圧を発生する電源回路７を備える。

コントローラ３７は、画像情報処理ユニットＳＧから入力される同期信号に基づいて発生される垂直タイミング制御信号をゲートドライバ３９に出力し、画像情報処理ユニットＳＧから入力される同期信号および表示信号に基づいて発生される水平タイミング制御信号および１水平ライン分の画素データをソースドライバ３８に出力し、さらにＬＥＤ駆動部９に点灯制御信号を出力する。ゲートドライバ３９は垂直タイミング制御信号の制御により１フレーム期間において順次複数のゲート線２９を選択し、各行の画素スイッチ２７を１水平走査期間Ｈだけ導通させるゲート駆動電圧を選択ゲート線２９に出力する。ソースドライバ３８は水平タイミング制御信号の制御によりゲート駆動電圧が選択ゲート線２９に出力される１水平走査期間Ｈに１水平ライン分の画素データを画素電圧（表示電圧）Ｖsにそれぞれ変換して複数のソース線２６に並列的に出力する。

次にこのような構成において、コントローラ３７による液晶表示装置１００の動作を説明する。

図２は、従来のフィールドシーケンシャル駆動の概念を示すものである。Ｒ，Ｇ，Ｂの複数のＬＥＤで構成されたバックライト１０を、Ｒ（赤）→Ｇ（緑）→Ｂ（青）→Ｒ（赤）と順次切り替えて点灯し、そのタイミングにあわせてそれぞれの色に対応したＬＣＤパネル４１の表示を行うことでカラー表示が実施される。単純なフィールドシーケンシャル駆動は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色であるが、色割れ防止のため、Ｗ（白）を入れた４色で駆動する。

図３は、本発明で用いる４色のフィールドシーケンシャル駆動の概念を示すものである。図において、コントローラ３７は、ＬＥＤ駆動部９を制御してバックライト１０のＲ（赤）のＬＥＤのみを点灯してＬＣＤパネル４１に赤色表示する文字Ａを表示し、続いてバックライト１０のＧ（緑）のＬＥＤのみを点灯してＬＣＤパネル４１に緑色表示する文字Ｂを表示し、続いてバックライト１０のＢ（青）のＬＥＤのみを点灯してＬＣＤパネル４１に青色表示する文字Ｃを表示し、続いてバックライト１０のＲ，Ｇ，Ｂ全てのＬＥＤを点灯してＬＣＤパネル４１に白色表示する文字Ｗを表示する。こうして、図３の下段に示すように、赤色文字Ａ、緑色文字Ｂ、青色文字Ｃ、白色文字Ｗのカラー表示が実現する。

Ｗ（白）の期間では、Ｒ，Ｇ，Ｂ全てのＬＥＤを点灯させるため、Ｗフィールドは明るさを高くすることができる。

全てのフィールドでＬＥＤを全オン表示した場合、明るさは約１．５倍にすることができる。これは、３色型の場合、３分の１期間で単色の発光のため、１／３＋１／３＋１／３＝１とすると、４色型の場合には、４分の１期間で発光し、１／４＋１／４＋１／４＋３／４＝６／４となる。すなわち、４色型の場合、６／４となるのは、最後のフレーム（Ｗフィールド）が３色のＬＥＤ全てを点灯しているためである。

このため、白色を表示したときの明るさを１．５倍に明るくすることができる。すなわち、このＷフィールドは輝度を補正して強める輝度補正期間となっている。

しかし、本方式には問題もある。例えば、単色のＲを表示した場合には、３色型の場合、１／３＋０／３＋０／３＝１／３となるが、４色型の場合には、１／４＋０／４＋０／４＋０／４＝１／４と、むしろ３色型よりも暗くなるという課題がある。

Ｗ期間を点灯させれば、明るさは高くなるが色純度が悪くなる。よって、色純度を保ちながら、白の明るさを明るくするための入力データから、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｗのそれぞれのデータへの変換方式に発明性が求められる。

本発明では、コントローラ３７が入力データから表示データを生成する算出の際、Ｒ，Ｇ，Ｂの表示データに加えて、Ｗの表示データを算出する入力データの積のべき乗を用いる。

本発明の説明を簡単にするため、図４に仮想的な２色のディスプレイを示す。

ここで、ｘ色とｙ色が存在し、図５に示す太点線の領域がその表現可能な色範囲を示す。ここで表現するベクトルは、「ｘ」、「ｙ」とｘとｙが同時に点灯したときの「ｚ」の３つである。

本発明の液晶表示装置１００では、ｚ＝ｘ^ｎｙ^ｎのように複数のＬＥＤが点灯する色期間に表示する輝度補正用データを、該当する色要素のべき乗の積で表示する。ここで、表示色要素ｘ、ｙはそれぞれ、０〜１の間で規格化したものとする。

図６に示す太実線の範囲を、ｚ成分がないｘ、ｙの領域とする。

図７は、本発明の考え方によるｚ＝ｘ^２ｙ^２で示すように、正方形領域（細点線）が対角線方向にのみ延伸されたような形状に変形される。しかし、純色である（ｘ、０）（０、ｙ）の座標は変化しない。さらに白表示を行う場合（ｘ＝１、ｙ＝１）は（２、２）となり、最大輝度を表示できる。

本発明は、ｎ＝２に限るものではない。ただしｎ＝１に近いと色純度のずれが大きく、ｎ＝４以上では中間調付近の明るさが低いため、ｎ＝２〜４、望ましくはｎ＝２〜３であった。

ここで、ｎは整数である必要はない。

また、フィールドシーケンシャルバックライトはＬＥＤに限るものではなく、蛍光管でも良い。

次に、第１実施例について説明する。

図３に示す４色のフィールドシーケンシャル駆動において、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のデータが入力された際、コントローラ３７で算出される表示データは、
Ｒ＝Ｒ
Ｇ＝Ｇ
Ｂ＝Ｂ
Ｗ＝Ｒ^２Ｇ^２Ｂ^２
とする。

このとき、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれ単色を発光させた場合には、色純度を保ちながら、白表示の明るさは最大を実現することができる。このようにすると、白ピークだけを強く光らせることができ、擬似的にピーク輝度を強くさせる効果を得ることができる。

以上説明したように上記第１実施例によれば、液晶ディスプレイでは難しいとされてきたピーク輝度を実現することができる。この場合、４色型のフィールドシーケンシャルであるため、色割れの課題は少なくなっている。

次に、第２実施例について説明する。

さらに、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，Ｍ，Ｙ型のフィールドシーケンシャルにも応用が可能である。これは、それぞれ、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ＋Ｂ，Ｂ＋Ｒ，Ｒ＋Ｇを順次点灯する。

このとき、同様に（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のデータが入力された際、コントローラ３７で算出される表示データは、
Ｒ＝Ｒ
Ｇ＝Ｇ
Ｂ＝Ｂ
Ｃ＝Ｇ^２Ｂ^２
Ｍ＝Ｒ^２Ｂ^２
Ｙ＝Ｒ^２Ｇ^２
とする。

以上説明したように上記第２実施例によれば、色割れをほとんど完全に抑えながら明るさは、下記のように１．５倍を実現することができる。

１／６＋１／６＋１／６＋２／６＋２／６＋２／６＝９／６
次に、第３実施例について説明する。

さらに、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，Ｍ，Ｙ，Ｗ型のフィールドシーケンシャルにも応用が可能である。これは、それぞれ、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｇ＋Ｂ，Ｂ＋Ｒ，Ｒ＋Ｇ，Ｒ＋Ｇ＋Ｂを順次点灯する。

このとき、同様に（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のデータが入力された際、コントローラ３７で算出される表示データは、
Ｒ＝Ｒ
Ｇ＝Ｇ
Ｂ＝Ｂ
Ｃ＝Ｇ^２Ｂ^２
Ｍ＝Ｒ^２Ｂ^２
Ｙ＝Ｒ^２Ｇ^２
Ｗ＝Ｒ^２Ｇ^２Ｂ^２
とする。

以上説明したように上記第３実施例によれば、色割れはほとんど完全に抑えながら、明るさは下記のように２倍を実現することができる。

１／７＋１／７＋１／７＋２／７＋２／７＋２／７＋３／７＝１２／６
なお、本発明は、ｎ＝２に限るものではなく任意である。

また、厳密にべき乗である必要はなく、略放物線に従って補正データを生成すればよい。

また、補正データに関するＲ，Ｇ，Ｂの比率は、本実施例のように等価であっても良いし、例えばＧを強調するような係数をかけても良い。例えば、視感度補正をする場合には、補正項の前に係数をかけるべきである。それは設計事項である。

本発明は簡便な演算によって補正項を算出できることも特徴である。

また、本発明のフィールドシーケンシャル型液晶は、図３に示すような構成に限るようなものではなく、図８に示すようにバックライト１０の色をブロックごとに変えながら、表示データもそれに応じて変えていく色走査型フィールドシーケンシャルであっても良い。

また、色走査型フィールドシーケンシャルの場合、Ｒ→Ｇ→Ｂのように一旦消して、別の色を点灯するような場合でも良いが、さらにＲ→Ｙ→Ｇ→Ｃ→Ｂ→Ｍ→ＲのようにＲＧＢそれぞれの間にその中間色を挟む６色型の色走査型フィールドシーケンシャルであっても良い。この場合、ＬＥＤ、蛍光管の残光による混色の影響を最小限に抑えられるメリットがある。

以上説明したように上記発明の実施の形態によれば、４色以上のフィールドシーケンシャル駆動によって、単色の色純度と白の輝度と色割れ防止を両立することができる。

液晶表示装置の回路構成を概略的に示すブロック図。 従来のフィールドシーケンシャル駆動の概念を示す図。 本発明で用いる４色のフィールドシーケンシャル駆動の概念を示す図。 本発明の原理を説明するための仮想的な２色のディスプレイを示す図。 本発明の原理における表示可能領域を示す図。 本発明の原理を説明するための入力データを示す図。 本発明の原理を説明するための補正後のデータを示す図。 色走査型フィールドシーケンシャルを説明するための図。

符号の説明

６…ＯＣＢ液晶表示素子、７…電源回路、９…ＬＥＤ駆動部、１０…バックライト、１５…画素電極、１６…対向電極、２６…ソース線、２７…画素スイッチ、２８…ゲート、２９…ゲート線、３７…コントローラ、３８…ソースドライバ、３９…ゲートドライバ、４０…対向電極ドライバ、４１…ＬＣＤパネル、１００…液晶表示装置。

Claims (7)

1. 複数色の光源と液晶表示パネルとを有し、前記複数色の光源が順次点灯するに同期して前記液晶表示パネルが点灯色に対応した表示を行うことで、複数色の入力データに対応してカラー表示を実施するフィールドシーケンシャル型の液晶表示装置であって、複数色の光源が発光する輝度補正期間を有し、前記輝度補正期間に表示する表示データが、前記輝度補正期間に発光している複数色の光源に対応する前記複数色の入力データのべき乗の積に略等しく算出されることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記べき乗の乗数が２以上４以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記べき乗の乗数が２以上３以下であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記複数色の光源が赤，緑，青の３色であり、前記輝度補正期間が赤と緑と青とが同時に点灯した白色期間であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
5. 前記複数色の光源が赤，緑，青の３色であり、前記輝度補正期間が、赤と緑が点灯したＹ期間、緑と青が点灯したＣ期間、青と赤が点灯したＭ期間とであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記複数色の光源が赤，緑，青の３色であり、前記輝度補正期間が、赤と緑が点灯したＹ期間、緑と青が点灯したＣ期間、青と赤が点灯したＭ期間、赤と緑と青が点灯したＷ期間とであることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
7. 複数色の光源と液晶表示パネルとを有し、前記複数色の光源が順次点灯するに同期して前記液晶表示パネルが点灯色に対応した表示を行うことで、複数色の入力データに対応してカラー表示を実施するフィールドシーケンシャル型の液晶表示装置であって、単色の色純度を保ちつつ単色よりも白色の輝度を強くするよう前記複数色の入力データに対して、フィールド数に応じた表示データに変換することを特徴とする液晶表示装置。

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