JP2008009398A

JP2008009398A - 液晶表示装置、光源装置、および光源制御方法

Info

Publication number: JP2008009398A
Application number: JP2007139581A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Okita; 光隆沖田; Kazuhiro Nishiyama; 和廣西山; Morisuke Araki; 盛右新木
Original assignee: Toshiba Matsushita Display Technology Co Ltd
Current assignee: Japan Display Central Inc
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2007-05-25
Publication date: 2008-01-17
Also published as: US7864156B2; US20070273678A1

Abstract

【課題】ブリンキング駆動において調光によるコントラスト比の低下を防止する。
【解決手段】液晶表示装置は、階調表示および非階調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、バックライトＢＬを階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、照明期間においてバックライトを駆動する光源制御回路１４，ＬＤとを備える。光源制御回路１４，ＬＤはバックライトＢＬの輝度を制限する場合に照明期間においてバックライトを断続的に駆動するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、周期的に行われる階調表示および非階調表示に対して照明光を点滅させる液晶表示装置、光源装置、および光源制御方法に関する。

近年では、ＯＣＢモードの液晶表示パネルが動画表示のために必要な良好な液晶分子の応答性を有することから注目されている。この液晶表示パネルでは、液晶分子が電源投入前においてほとんど寝ているスプレー配向にあり、電源投入に伴ってスプレー配向から表示動作可能なベンド配向に転移される。スプレー配向はエネルギー的にベンド配向よりも安定であり、スプレー配向への逆転移が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発生する。従来、この逆転移を防止するために、大きな電圧を周期的に全ての液晶画素に印加する駆動方式が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２を参照）。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。

液晶表示パネルは表示画像の更新周期となる１フレーム期間毎に画素電圧を全画素に保持させるホールド型表示デバイスである。黒挿入駆動では、例えば階調表示用画素電圧が１フレーム期間（１垂直走査期間）の前半において行単位に全ての画素に印加され、黒挿入用画素電圧がこのフレーム期間の後半において行単位に全画素に印加される。各画素は階調表示用画素電圧を黒挿入用画素電圧の印加まで保持し、黒挿入用画素電圧を階調表示用画素電圧の印加まで保持する。ここで、階調表示用画素電圧の保持期間に対する黒挿入用画素電圧の保持期間の比率が黒挿入率と呼ばれる。

ホールド型表示デバイスでは、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。しかし、黒挿入駆動によって得られる黒表示状態は、照明光源であるバックライトを消灯させたときに得られるような完全な黒ではない。このため、バックライトを点滅させるブリンキング駆動を利用してより良好な動画視認性を得ることが検討されている。ちなみに、逆転移防止するために必要な黒挿入率は２５％程度であるが、動画視認性は黒挿入率を増大させるほど向上する。
特開２００２−３１７９０号公報特開２００２−１０７６９５号公報

また、ブリンキング駆動では、液晶表示パネル全体の明るさを調整するために通常１垂直走査期間である点滅周期に対するバックライトの点灯期間の割合を利用可能である。従来においては、バックライトの点灯期間がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号のパルス持続期間（パルス幅）により制御され、このパルス持続期間を短くすることによりバックライトの輝度を制限する調光を行っていた。しかしながら、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から、パルス持続期間の短縮に伴ってコントラスト比が著しく低下するという問題があった。

本発明の目的は、ブリンキング駆動において調光によるコントラスト比の低下を防止できる液晶表示装置、光源装置、および光源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、階調表示および非階調表示を周期的に行う表示パネルと、表示パネルを照明する光源部と、光源部を階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、照明期間において光源部を駆動する光源制御回路を備え、光源制御回路は光源部の輝度を制限する場合に照明期間において光源部を断続的に駆動するように構成され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、階調表示および非階調表示を周期的に行う表示パネルを照明する光源部と、光源部を階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、照明期間において光源部を駆動する光源制御回路を備え、光源制御回路は光源部の輝度を制限する場合に照明期間において光源部を断続的に駆動するように構成される光源装置が提供される。

本発明の第３観点によれば、階調表示および非階調表示を周期的に行う表示パネルを照明する光源部の光源制御方法であって、光源部を階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、照明期間において光源部を駆動し、光源部の輝度を制限する場合に照明期間において光源部を断続的に駆動する光源制御方法が提供される。

これら液晶表示装置、光源装置、および光源制御方法では、光源部を階調表示用に点灯させる照明期間が設定され、光源部の駆動がこの照明期間において行われる。光源部の輝度を制限する場合には、光源部が照明期間において断続的に駆動される。この駆動形式であれば、照明期間が光源部の輝度制限により変化しないため、コントラスト比の低下を防止できる。

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。液晶表示装置は階調表示および非階調表示を周期的に行う液晶表示パネル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は液晶分子が予めスプレー配向から表示動作に利用可能なベンド配向に転移される液晶材料を含む。表示制御回路ＣＮＴは電源投入時に比較的強い電界により液晶分子のスプレー配向をベンド配向に転移させる初期化処理を行う。液晶表示パネルＤＰはこの初期化処理後においてアレイ基板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対応する透過率に設定することが可能となる。表示制御回路ＣＮＴは階調表示に対して非階調表示を所望の割合で行うよう液晶表示パネルＤＰを制御する。階調表示は画像情報に対応して変化する液晶駆動電圧を用いて行われ、非階調表示は一定である液晶駆動電圧を用いて行われる。ここでは、一定の液晶駆動電圧がベンド配向からスプレー配向への逆転移を防止する電圧である。液晶表示パネルＤＰが例えばノーマリホワイトモードである場合には、逆転移を防止する電圧が一定の液晶駆動電圧として液晶層３に印加されたときに黒が表示される。すなわち、黒挿入が階調表示に対して周期的に行われる。以下の記述では、この「黒挿入」を非階調表示の一例として使用する。

アレイ基板１は、例えばガラス等の透明絶縁基板上に略マトリクス状に配置される複数の画素電極ＰＥ、複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置される複数のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）、複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、並びにこれらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍に配置され各々対応ゲート線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間で導通して複数の画素スイッチング素子Ｗを有する。各画素スイッチング素子Ｗは例えば薄膜トランジスタからなり、薄膜トランジスタのゲートがゲート線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。

対向基板２は例えばガラス等の透明絶縁基板上に配置される赤，緑，青の着色層からなるカラーフィルタ、および複数の画素電極ＰＥに対向してカラーフィルタ上に配置される共通電極ＣＥ等を含む。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、互いに平行にラビング処理される配向膜でそれぞれ覆われ、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ＯＣＢ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。

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ＣＴＹ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ＰＷＭ制御部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、ゲートドライバＹＤが上述のように順次複数のゲート線Ｙを駆動するために用いられ、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行分の黒挿入用画素データＢおよび１行分の階調表示用画素データＳに変換される。階調表示用画素データ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行分の黒挿入用画素データＢおよび１行分の階調表示用画素データ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、画素電圧Ｖsとコモン電圧Ｖcomとの差電圧が１画素ＰＸ分の液晶駆動電圧となる。画素電圧Ｖsは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。

図２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。図２では、Ｂが各行の画素ＰＸに共通な黒挿入用画素データを表し、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。

黒挿入駆動では、黒挿入用画素電圧および階調表示用画素電圧が１フレーム期間（１垂直走査期間）毎に行単位で全画素ＰＸに印加される。ここで、各画素ＰＸは階調表示用画素電圧を黒挿入用画素電圧の印加まで保持し、黒挿入用画素電圧を階調表示用画素電圧の印加まで保持する。

図２において、第１スタート信号ＳＴＨＡおよび第２スタート信号ＳＴＨＢはいずれも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が階調表示用画素電圧の保持期間に対する黒挿入用画素電圧の保持期間の比率、すなわち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２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画素電圧の保持期間に対する黒挿入用画素電圧保持の期間の比率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２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。

図３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ＯＣＢ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ＯＣＢ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。ここでは、バックライト光源ＢＬ１〜ＢＫｋの各々が１本の冷陰極管で構成され、約３０行分の液晶画素ＰＸからなる１表示領域を照明する。

図４は図１に示すＰＷＭ制御部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す。図１に示す外部信号源ＳＳは液晶表示パネルＤＰの明るさ、すなわちバックライトＢＬの輝度を調整するために調光信号ＤＩＭをＰＷＭ制御部１４に供給する。ＰＷＭ制御部１４およびバックライト駆動部ＬＤは、階調表示および非階調表示を周期的に行う液晶表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬを階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、この照明期間においてバックライトＢＬを駆動し、バックライトＢＬの輝度を制限する場合に照明期間においてバックライトＢＬを断続的に駆動する光源制御回路として設けられる。ＰＷＭ制御部１４はバックライト光源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には、ｋ個のインバータＬＤ１〜ＬＤｋがバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋに対してそれぞれ駆動電圧を発生するために設けられる。ＰＷＭ制御部１４はインバータＬＤ１〜ＬＤｋをそれぞれ制御するために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〜ＰＷＭｋのデューティ比は階調表示および非階調表示の周期、すなわち階調表示期間および非階調表示期間の合計期間に対する照明期間の割合として設定される。インバータＬＤ１〜ＬＤｋはパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋのパルス持続期間（総パルス幅）だけバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋを駆動する。ＰＷＭ調制御部１４はバックライトＢＬ、すなわちバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの輝度を制限するためにパルス持続期間を間引くパルス群をパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋにそれぞれ挿入するように構成される。パルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋの各々は間引用パルス群の挿入により繰返し高レベルおよび低レベルに設定されることになる。

パルス幅変調信号ＰＷＭ１は垂直タイミング制御回路１１から第２スタート信号ＳＴＨＢと同様に制御信号ＣＴＸとして出力される第１スタート信号ＳＴＨＡ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、階調表示期間（階調表示用画素電圧の保持期間）は第１スタート信号ＳＴＨＡの入力から第２スタート信号ＳＴＨＢの入力までの期間にほぼ等しく、黒挿入期間（黒挿入用画素電圧の保持期間）は第２スタート信号ＳＴＨＢの入力から次の第１スタート信号ＳＴＨＡの入力までの期間にほぼ等しい。

図５はＰＷＭ制御部１４の非輝度制限動作を示す。調光信号ＤＩＭが表示パネルＤＰの明るさ、すなわちバックライトＢＬの輝度を制限しない場合には、図５に示す波形のパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋがバックライトＢＬの輝度を１００％に設定するためにＰＷＭ制御部１４からインバータＬＤ１〜ＬＤｋに供給される。

ＰＷＭ制御部１４はスタート信号ＳＴＨＡの遷移（すなわち、パルス前縁または後縁）を検出してパルス幅変調信号ＰＷＭ１を高レベルに立ち上げ、この立ち上りから照明期間の経過に伴ってパルス幅変調信号ＰＷＭ１を立ち下げる。具体的には、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の遷移タイミングからこのクロックパルスのカウントを開始し、所定のカウント値に達したタイミングでパルス幅変調信号ＰＷＭ１を立ち下げる。ここでは、所定のカウント値が液晶画素ＰＸの応答の遅れに対応した期間ＴＡだけ階調表示期間よりも長い照明期間を設定し、この結果として非照明期間を黒挿入期間に対して短く設定するように決定される。

パルス幅変調信号ＰＷＭ１のデューティ比はこうして階調表示期間および非階調表示期間の合計期間に対する照明期間の割合として設定される。パルス幅変調信号ＰＷＭ２〜ＰＷＭｋはパルス幅変調信号ＰＷＭ１を遅延させて得ることができ、図５に示すようにパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋ−１に対してそれぞれ位相差Ｔだけずれている。この位相差Ｔ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ＰＷＭ制御部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はＰＷＭ制御部１４の輝度制限動作を示す。調光信号ＤＩＭが表示パネルＤＰの明るさ、すなわちバックライトＢＬの輝度を例えば５０％に制限する場合には、図６に示す波形のパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋがバックライトＢＬの輝度をこの５０％に設定するためにＰＷＭ制御部１４からインバータＬＤ１〜ＬＤｋに供給される。

ここでは、ＰＷＭ調制御部１４が図６に示すようにパルス持続期間を間引くパルス群をパルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋにそれぞれ挿入してバックライトＢＬの輝度を制限することを除いて図５で説明した動作を行う。この場合、パルス幅変調信号ＰＷＭ１〜ＰＷＭｋの各々のパルス持続期間が実効的に短縮され、これにより照明期間においてバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋを断続的に駆動することになる。ＰＷＭ調制御部１４では、間引用パルス群のパルス幅がバックライトＢＬの輝度を適切に制限するように調光信号ＤＩＭに対応して決定される。

図７はＰＷＭ制御部１４から３種類のパルス幅変調信号ＰＷＭを出力させた場合に得られるバックライトＢＬの光学応答波形を示す。調光信号ＤＩＭにより要求されるバックライトＢＬの輝度が１００％であれば、ＰＷＭ制御部１４が照明期間において間引用パルス群を挿入せずにパルス幅変調信号ＰＷＭを出力し、この結果として図７の（ａ）に示す光学応答波形がバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々において得られる。調光信号ＤＩＭにより要求されるバックライトＢＬの輝度が１００％未満であれば、ＰＷＭ制御部１４が照明期間において間引用パルス群を挿入してパルス幅変調信号ＰＷＭを出力し、この結果として図７の（ｂ）に示す光学応答波形がバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々において得られる。調光信号ＤＩＭにより要求されるバックライトＢＬの輝度が図７の（ｂ）よりもさらに低い値であれば、ＰＷＭ制御部１４がパルス幅を増大させた間引用パルス群を照明期間において挿入してパルス幅変調信号ＰＷＭを出力し、この結果として図７の（ｃ）に示す光学応答波形がバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々において得られる。図７の（ｂ），（ｃ）では、照明期間において間引用パルス群をパルス幅変調信号ＰＷＭ挿入してバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々を断続的に駆動したことにより、バックライトＢＬの平均的な輝度が低下する。しかしながら、応答波形の立ち上りから立下りまでの期間はほぼ照明期間に維持されている。従って、液晶画素ＰＸの光学応答がバックライトＢＬの光学応答に対して遅れても、コントラスト比は著しく低下しない。実際にコントラスト比を測定してみると、図８に実線で示すようなコントラスト比がバックライトＢＬの輝度に対して得られた。すなわち、コントラスト比は輝度１００％のときに５１５となり、輝度８３％のときに５３０となり、輝度６２％のときに５２５となり、輝度３７％のときに５１５となった。

そこで、ＰＷＭ制御部１４からの３種類のパルス幅変調信号ＰＷＭを従来の形式に置換えてみた。調光信号ＤＩＭにより要求されるバックライトＢＬの輝度が１００％であれば、ＰＷＭ制御部１４が照明期間においてパルス幅を変化させずにパルス幅変調信号ＰＷＭを出力し、この結果として図９の（ｄ）に示す光学応答波形がバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々において得られる。調光信号ＤＩＭにより要求されるバックライトＢＬの輝度が１００％未満であれば、ＰＷＭ制御部１４が照明期間においてパルス幅変調信号ＰＷＭを早く立ち下げ、この結果として図９の（ｅ）に示す光学応答波形がバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々において得られる。調光信号ＤＩＭにより要求されるバックライトＢＬの輝度が図９の（ｅ）よりもさらに低い値であれば、ＰＷＭ制御部１４がパルス幅変調信号をより早く立ち下げ、この結果として図９の（ｆ）に示す光学応答波形がバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々において得られる。図９の（ｅ），（ｆ）では、照明期間においてパルス幅変調信号ＰＷＭの立下りを早めてバックライト光源ＢＬ１〜ＢＬｋの各々を持続的に駆動したことにより、バックライトＢＬの輝度が低下する。しかしながら、この従来の形式では、応答波形の立ち上りから立下りまでの期間が照明期間よりも短くなる。従って、液晶画素ＰＸの光学応答とバックライトＢＬの光学応答とのずれの影響を受けて、コントラスト比が著しく低下する。実際にコントラスト比を測定してみると、図８に破線で示すようなコントラスト比がバックライトＢＬの輝度に対して得られた。すなわち、コントラスト比は輝度１００％のときに５１５となり、輝度８３％のときに５２８となり、輝度６１％のときに５１４となり、輝度３４％のときに４７３となった。

本実施形態では、バックライトＢＬを階調表示用に点灯させる照明期間が設定され、バックライトＢＬの駆動がこの照明期間において行われる。バックライトＢＬの輝度を制限する場合には、バックライトＢＬが照明期間において断続的に駆動される。この駆動形式であれば、照明期間がバックライトＢＬの輝度制限により変化しないため、コントラスト比の低下を防止できる。

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。

本発明は、例えば図１０または図１１に示すような黒挿入駆動に適用することもできる。
これら黒挿入駆動では、バックライトＢＬが単一のバックライト光源あるいは複数のバックライト光源のいずれにより構成され、ＰＷＭ調制御部１４は単一のバックライト光源あるいは複数のバックライト光源に対して共通のパルス幅変調信号ＰＷＭを発生する。また、バックライト光源は、冷陰極管だけでなく、発光ダイオード（ＬＥＤ）や他の光源を利用可能である。

図１０に示す黒挿入駆動では、ゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤが第１期間を利用して全液晶画素ＰＸに対する黒挿入書込み（黒挿入用画素電圧の印加）を順次行い、この第１期間に続く第２期間を利用して全液晶画素ＰＸに対する映像信号書込み（階調表示用画素電圧の印加）を順次行うように制御される。この場合には、バックライトＢＬを点灯させる照明期間が映像信号書込みの完了時点から黒挿入書込みの開始時点までの期間に設定され、ＰＷＭ調制御部１４がバックライトＢＬの輝度を制限するためにパルス持続期間を間引くパルス群をパルス幅変調信号ＰＷＭに挿入する。これら間引用パルス群のパルス幅は上述の実施形態と同様に調光信号ＤＩＭに対応して決定される。

図１１に示す黒挿入駆動では、ゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤが第１期間を利用して全液晶画素ＰＸに対する黒挿入書込み（黒挿入用画素電圧の印加）を一括して行い、この第１期間に続く第２期間を利用して全液晶画素ＰＸに対する映像信号書込み（階調表示用画素電圧の印加）を順次行うように制御される。この場合にも、バックライトＢＬを点灯させる照明期間が映像信号書込みの完了時点から黒挿入書込みの開始時点までの期間に設定され、ＰＷＭ調制御部１４がバックライトＢＬの輝度を制限するためにパルス持続期間を間引くパルス群をパルス幅変調信号ＰＷＭに挿入する。これら間引用パルス群のパルス幅は上述の実施形態と同様に調光信号ＤＩＭに対応して決定される。

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。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図１に示す液晶表示装置の動作を示すタイムチャートである。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１に示すＰＷＭ制御部、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１に示すＰＷＭ制御部の非輝度制限動作を示すタイムチャートである。図１に示すＰＷＭ制御部の輝度制限動作を示すタイムチャートである。図１に示すＰＷＭ制御部から３種類のパルス幅変調信号を出力させた場合に得られるバックライトの光学応答波形を示す図である。図１に示すバックライトの輝度制限によるコントラスト比の変化を示すグラフである。図７に示す３種類のパルス幅変調信号を従来の形式に置換えた場合に得られるバックライトの光学応答波形を示す図である。図２に示す黒挿入駆動とは異なる黒挿入駆動例を説明するための図である。図２に示す黒挿入駆動とは異なる他の黒挿入駆動例を説明するための図である。

符号の説明

ＤＰ…液晶表示パネル、１４…ＰＷＭ制御部、ＬＤ…バックライト駆動部、ＢＬ…バックライト、ＬＤ１〜ＬＤｋ…インバータ、ＢＬ１〜ＢＬｋ…バックライト光源。

Claims

階調表示および非階調表示を周期的に行う表示パネルと、前記表示パネルを照明する光源部と、前記光源部を前記階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、前記照明期間において前記光源部を駆動する光源制御回路を備え、前記光源制御回路は前記光源部の輝度を制限する場合に前記照明期間において前記光源部を断続的に駆動するように構成されることを特徴とする液晶表示装置。
前記光源制御回路はデューティ比が前記階調表示および非階調表示の周期に対する前記照明期間の割合として設定されるパルス幅変調信号を発生するパルス幅変調制御部と、前記パルス幅変調制御部から供給されるパルス幅変調信号のパルス持続期間だけ前記光源を駆動する駆動部とを備え、前記パルス幅変調制御部は前記光源部の輝度を制限するために前記パルス持続期間を間引くパルス群を前記パルス幅変調信号に挿入す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。
前記パルス群のパルス幅が外部からの調光信号に対応して決定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。
階調表示および非階調表示を周期的に行う表示パネルを照明する光源部と、前記光源部を前記階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、前記照明期間において前記光源部を駆動する光源制御回路を備え、前記光源制御回路は前記光源部の輝度を制限する場合に前記照明期間において前記光源部を断続的に駆動するように構成されることを特徴とする光源装置。
前記光源制御回路はデューティ比が前記階調表示および非階調表示の周期に対する前記照明期間の割合として設定されるパルス幅変調信号を発生するパルス幅変調制御部と、前記パルス幅変調制御部から供給されるパルス幅変調信号のパルス持続期間だけ前記光源を駆動する駆動部とを備え、前記パルス幅変調制御部は前記光源部の輝度を制限するために前記パルス持続期間を間引くパルス群を前記パルス幅変調信号に挿入するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
前記パルス群のパルス幅が外部からの調光信号に対応して決定されることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
階調表示および非階調表示を周期的に行う表示パネルを照明する光源部の光源制御方法であって、前記光源部を前記階調表示用に点灯させる照明期間を設定し、前記照明期間において前記光源部を駆動し、前記光源部の輝度を制限する場合に前記照明期間において前記光源部を断続的に駆動することを特徴とする光源制御方法。
デューティ比が前記階調表示および非階調表示の周期に対する前記照明期間の割合として設定されるパルス幅変調信号を発生し、前記パルス幅変調信号のパルス持続期間だけ前記光源を駆動し、前記光源部の輝度を制限するために前記パルス持続期間を間引くパルス群を前記パルス幅変調信号に挿入することを特徴とする請求項７に記載の光源制御方法。
前記パルス群のパルス幅を外部からの調光信号に対応して決定することを特徴とする請求項８に記載の光源制御方法。