JP2007249085A - 液晶表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低階調表示時における画像品質を向上させることのできる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置１は、最大８階調の画像データによる画像が５階調以下の低階調画像であるか否かを判定する画像判定回路２と、画像判定回路２による判定結果とルックアップテーブル８とに基づいて画像データを印加電圧データに変換する画像データ変換回路３と、印加電圧データに基づいて液晶パネル５に液晶印加電圧を供給する液晶ドライバ４と、低階調画像の判定結果に基づいてバックライトの輝度を暗くするバックライト調光回路６とを備え、ルックアップテーブル８には、低階調画像の判定結果に対応する低階調印加電圧データと、低階調画像でないとする判定結果に対応する通常印加電圧データとが記載され、低階調印加電圧データによる液晶パネル５の透過率は、通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライトが透過する液晶パネルに画像データの階調値に応じた液晶印加電圧を供給して画像を表示する液晶表示装置及びその駆動方法に関するものである。

従来から、バックライトが透過する液晶パネルに画像データの階調値に応じた液晶印加電圧を供給して画像を表示する液晶表示装置が広く使われている。上記液晶表示装置は、マトリックス状に配置した複数個の画素を形成した液晶パネルと、画像データの階調値に応じた液晶印加電圧を液晶パネルに供給する液晶ドライバと、液晶パネルを透過するバックライトを供給するために設けられたバックライトユニットとを備えている。

このように構成された従来の液晶表示装置においては、画像データが入力されると、画像データの階調値に応じた液晶印加電圧が液晶パネルに供給され、バックライトユニットからのバックライトが透過する液晶パネルの各画素に形成された液晶素子が、液晶ドライバから供給された液晶印加電圧によって駆動され、画像データによって表される画像が液晶パネルに表示される。
特開２００３−１８６４５５号公報（平成１５年７月４日（２００３．７．４）公開） 特開２００１−１６６７３９号公報（平成１３年６月２２日（２００１．６．２２）公開） 特許第３２１５３８８号明細書（平成１３年１月３０日（２００１．１．３０）公開） 特許第３３４０７０３号明細書（平成１３年１月３０日（２００１．１．３０）公開） 特許第３４３０９９８号明細書（平成１３年５月１８日（２００１．５．１８）公開） 特許第３５４９３５６号明細書（平成１０年９月１４日（１９９８．９．１４）公開） 特許第３５５２６０６号明細書（平成１３年４月６日（２００１．４．６）公開）

しかしながら、上記従来の構成では、低階調の画像データを表示する時において、バックライトが透過する液晶パネルの画素から生じる光漏れのために、液晶パネルの階調輝度特性が、低階調表示時において、理想的な階調輝度特性から乖離してしまうという問題がある。以下、具体的に説明する。

図８は、従来の液晶表示装置に入力される画像データの階調値と、上記液晶表示装置に設けられた液晶パネルのパネル輝度の対数値との関係を説明するためのグラフである。横軸は、６４階調の液晶表示装置の階調値を示しており、縦軸は液晶表示装置に設けられた液晶パネルのパネル輝度を正規化した正規化輝度を対数値によって示している。

液晶表示装置は、各画素の透過率を変更することにより、バックライトユニットからの光の透過を操作して濃淡を表現するいわば電子シャッターである。しかし、光学設計を完璧にしたとしても、黒表示時に若干の光漏れが生じる。この光漏れにより、階調輝度特性（γ特性）は、低階調において若干の輝度が生じるために、例えば、γ＝２．２のように理想的な特性から、特に低階調において乖離が生じる。図８に示すように、従来の液晶表示装置の液晶パネルの階調輝度特性Ｃ９２は、低階調表示時において、液晶パネルの画素から生じる光漏れのために、理想的な階調輝度特性Ｃ９１から乖離している。

また、従来どおりの何も画像操作を行わない場合は、明るい画像を表示した場合も、全体的に暗い画像を表示した場合も、黒（階調値Ｖ０）輝度は同じである。そのため、６ビットパネルで例えば赤（６３、０、０）のような高い階調の色データを表示させた場合は、発光させない緑、青の画素からの光漏れ（輝度）は、相対的に非常に小さく、色みにほとんど影響を及ぼさない。一方で、例えば暗い赤（３１、０、０）のような低い階調を表示させた場合には、発光させない緑や青の画素からの光漏れ（輝度）が相対的に大きくなり、それにより、色みが薄くなってしまう。緑や青でも同様のことが起こり、暗い階調では色三角が最大階調における色三角よりも各頂点が中心に引き込まれてしまい、結果的に色三角（色再現範囲）が小さくなってしまうという問題を生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低階調表示時における画像品質を向上させることのできる液晶表示装置及びその駆動方法を実現することにある。

本発明に係る液晶表示装置は、上記課題を解決するために、１フレームの画像を表示するための最大ｎ階調（ｎは２以上の整数）の画像データを受け取り、前記画像データによって表示される画像が、前記画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調（ｋは１以上の整数、ｋ＜ｎ）以下である低階調画像であるか否かを判定する画像判定回路と、前記画像判定回路による判定結果に基づいて前記画像データを印加電圧データに変換する画像データ変換回路と、前記画像データ変換回路からの前記印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給する液晶ドライバと、前記画像判定回路による低階調画像であるとする判定結果に基づいて、前記液晶パネルを透過するバックライトの輝度を暗くするバックライト調光回路とを備え、低階調印加電圧データによる前記液晶パネルの透過率は、通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっていることを特徴とする。

上記特徴によれば、１フレームの画像を表示するための最大ｎ階調の画像データによって表示される画像が、画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調以下である低階調画像であるか否かを判定する判定結果に基づいて前記画像データから変換された印加電圧データが画像データ変換回路から液晶ドライバに供給され、液晶ドライバは、この印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給する。低階調印加電圧データによる液晶パネルの透過率は、通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっている。そして、低階調画像であるとする判定結果に基づいて、液晶パネルを透過するバックライトの輝度が暗くなる。

このため、低階調画像を表示するときは、バックライトの輝度が暗くなると同時に、液晶パネルの透過率が高くなる。従って、通常階調画像を表示するときよりも、暗い階調における輝度を低くして、階調輝度特性を理想的な階調輝度特性に近づけることができる。従って、例えば、暗い赤（３１、０、０）のような低い階調を表示させた場合であっても、発光させない緑や青の画素からの光漏れ（輝度）が相対的に大きくなることがなく、色みが薄くなることもなく、色再現範囲が小さくなってしまうこともない。その結果、低階調画像の表示品質が良好な液晶表示装置を提供することができる。

本発明に係る液晶表示装置では、前記画像データ変換回路は、前記画像判定回路による判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを前記印加電圧データに変換し、前記ルックアップテーブルには、低階調画像であるとする判定結果に対応する前記低階調印加電圧データと、低階調画像でないとする判定結果に対応する前記通常印加電圧データとが記載されていることが好ましい。

上記構成によれば、低階調画像であるとする判定結果に対応する低階調印加電圧データと低階調画像でないとする判定結果に対応する通常印加電圧データとが記載されたルックアップテーブルを用いるので、簡単な構成により、低階調印加電圧データによる液晶パネルの透過率を、通常印加電圧データによる透過率よりも高くすることができる。

本発明に係る液晶表示装置では、前記バックライト調光回路は、前記バックライトの輝度を暗くするバックライト調光信号をバックライトに出力し、前記低階調印加電圧データに基づいて出力される液晶印加電圧による液晶パネルの透過率は、前記通常印加電圧データに基づいて出力される液晶印加電圧による液晶パネルの透過率よりも高くなっていることが好ましい。

上記構成によれば、簡単な構成によって、上記低階調画像であるとする判定結果に対応する低階調印加電圧データおよびバックライト輝度の組み合わせによる液晶パネルを透過するバックライトの輝度を、上記低階調画像でないとする判定結果に対応する低階調印加電圧データおよびバックライト輝度の組み合わせによる液晶パネルを透過するバックライトの輝度に近づけることができる。

本発明に係る液晶表示装置では、前記画像データ変換回路は、前記画像判定回路による判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを前記印加電圧データに変換することが好ましい。

上記構成によれば、簡単な構成によって、画像判定回路の判定結果に応じて、前記画像データを前記印加電圧データに変換することができる。

本発明に係る液晶表示装置では、前記バックライト調光回路は、（通常のバックライト輝度）×（液晶パネルのｋ階調に対応する透過率）＝（暗くしたバックライト輝度）×（液晶パネルのｒ階調に対応する透過率）（ここで、ｒは１以上ｎ以下の整数）、となるように、前記バックライトを暗くすることが好ましい。

上記構成によれば、バックライトを暗くすることにより、最大ｋ階調のフレームにおけるｋ階調の輝度を、最大ｎ階調のフレームにおけるｒ階調の輝度に等しくすることができる。このため、階調輝度特性に連続性を持たせることができる。

本発明に係る液晶表示装置では、前記液晶ドライバは、前記ｎ階調よりも多い種類の液晶印加電圧を生成し、前記画像データ変換回路からの前記印加電圧データに基づいて、前記生成したｎ階調よりも多い種類の液晶印加電圧を間引くように選択して前記液晶パネルに供給することが好ましい。

上記構成によれば、バックライトを暗くすることにより階調輝度特性を理想的な階調輝度特性に近づけることができる液晶印加電圧を容易に選択して液晶パネルに供給することができる。

本発明に係る液晶表示装置では、前記画像判定回路は、前記１フレームの画像を表示するための各画像データの上位ｍビット（１≦ｍ≦２）に基づいて、前記画像が前記低階調画像であるか否かを判定することが好ましい。

上記構成によれば、ｋ＝（ｎ／２）（ｎは偶数）またはｋ＝（ｎ／４）（ｎは４の倍数）の時に、ｋ階調以下である低階調画像であるか否かを容易に判定することができる。

本発明に係る液晶表示装置は、透過モードおよび反射モードを有していても構わない。

上記構成によれば、一般的に透過モードと反射モードとを有している液晶表示装置では、反射モードでの表示性能に関しては深く考慮されておらず、強光下での視認性の確保のためにのみ反射性能が求められている。反射モードにて上記低階調画像を上記画像データ変換を行わずに出力した場合は、画像が非常に暗く、視認性に優れてはいない。一方で反射モードにて上記低階調画像を、上記画像データ変換を行って出力した場合には、液晶パネルの透過率が高くなっているために、低階調画像であったとしても視認性に優れた表示が可能となる。

本発明に係る液晶表示装置の駆動方法は、上記課題を解決するために、１フレームの画像を表示するための最大ｎ階調（ｎは２以上の整数）の画像データを受け取り、前記画像データによって表示される画像が、前記画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調（ｋは１以上の整数、ｋ＜ｎ）以下である低階調画像であるか否かを判定し、前記判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを印加電圧データに変換し、前記印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給しながら、前記低階調画像であるとする判定結果に基づいて、前記液晶パネルを透過するバックライトの輝度を暗くする液晶表示装置の駆動方法であって、前記ルックアップテーブルには、低階調画像であるとする判定結果に対応する低階調印加電圧データと、低階調画像でないとする判定結果に対応する通常印加電圧データとが記載されており、前記低階調印加電圧データによる前記液晶パネルの透過率は、前記通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっていることを特徴とする。

上記特徴によれば、１フレームの画像を表示するための最大ｎ階調の画像データによって表示される画像が、画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調以下である低階調画像であるか否かを判定する判定結果と、低階調画像であるとする判定結果に対応する低階調印加電圧データと低階調画像でないとする判定結果に対応する通常印加電圧データとが記載されたルックアップテーブルとに基づいて前記画像データから変換された印加電圧データが供給され、この印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給する。低階調印加電圧データによる液晶パネルの透過率は、通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっている。そして、低階調画像であるとする判定結果に基づいて、液晶パネルを透過するバックライトの輝度が暗くなる。

このため、低階調画像を表示するときは、バックライトの輝度が暗くなると同時に、液晶パネルの透過率が高くなる。従って、通常階調画像を表示するときよりも、暗い階調における輝度を低くして、階調輝度特性を理想的な階調輝度特性に近づけることができる。従って、例えば、暗い赤（３１、０、０）のような低い階調を表示させた場合であっても、発光させない緑や青の画素からの光漏れ（輝度）が相対的に大きくなることがなく、色みが薄くなることもなく、色再現範囲が小さくなってしまうこともない。その結果、低階調画像の表示品質が良好な液晶表示装置の駆動方法を提供することができる。

本発明に係る液晶表示装置の駆動方法では、前記低階調画像であるとする判定結果に基づく液晶パネル透過率およびバックライト輝度変化の組み合わせを少なくとも１つ以上有することが好ましい。

上記構成によれば、低階調画像であるとする判定されたときに、液晶パネル透過率およびバックライト輝度変化の組み合わせを、そのまま適用すればよいので、簡単な構成により、階調輝度特性を理想的な階調輝度特性に近づけることができる。

本発明に係る液晶表示装置は、以上のように、１フレームの画像を表示するための最大ｎ階調（ｎは２以上の整数）の画像データを受け取り、前記画像データによって表示される画像が、前記画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調（ｋは１以上の整数、ｋ＜ｎ）以下である低階調画像であるか否かを判定する画像判定回路と、前記画像判定回路による判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを印加電圧データに変換する画像データ変換回路と、前記画像データ変換回路からの前記印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給する液晶ドライバと、前記画像判定回路による低階調画像であるとする判定結果に基づいて、前記液晶パネルを透過するバックライトの輝度を暗くするバックライト調光回路とを備え、前記ルックアップテーブルには、低階調画像であるとする判定結果に対応する低階調印加電圧データと、低階調画像でないとする判定結果に対応する通常印加電圧データとが記載されており、前記低階調印加電圧データによる前記液晶パネルの透過率は、前記通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっている。

このため、低階調画像を表示するときは、バックライトの輝度が暗くなると同時に、液晶パネルの透過率が高くなる。従って、通常階調画像を表示するときよりも、暗い階調における輝度を低くして、階調輝度特性を理想的な階調輝度特性に近づけることができる。従って、例えば、暗い赤（３１、０、０）のような低い階調を表示させた場合であっても、発光させない緑や青の画素からの光漏れ（輝度）が相対的に大きくなることがなく、色みが薄くなることもなく、色再現範囲が小さくなってしまうこともない。その結果、低階調画像の表示品質が良好な液晶表示装置を提供することができるという効果を奏する。

本発明に係る液晶表示装置の駆動方法は、以上のように、１フレームの画像を表示するための最大ｎ階調（ｎは２以上の整数）の画像データを受け取り、前記画像データによって表示される画像が、前記画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調（ｋは１以上の整数、ｋ＜ｎ）以下である低階調画像であるか否かを判定し、前記判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを印加電圧データに変換し、前記印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給し、前記低階調画像であるとする判定結果に基づいて、前記液晶パネルを透過するバックライトの輝度を暗くする液晶表示装置の駆動方法であって、前記ルックアップテーブルには、低階調画像であるとする判定結果に対応する低階調印加電圧データと、低階調画像でないとする判定結果に対応する通常印加電圧データとが記載されており、前記低階調印加電圧データによる前記液晶パネルの透過率は、前記通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっている。

このため、低階調画像を表示するときは、バックライトの輝度が暗くなると同時に、液晶パネルの透過率が高くなる。従って、通常階調画像を表示するときよりも、暗い階調における輝度を低くして、階調輝度特性を理想的な階調輝度特性に近づけることができる。従って、例えば、暗い赤（３１、０、０）のような低い階調を表示させた場合であっても、発光させない緑や青の画素からの光漏れ（輝度）が相対的に大きくなることがなく、色みが薄くなることもなく、色再現範囲が小さくなってしまうこともない。その結果、低階調画像の表示品質が良好な液晶表示装置の駆動方法を提供することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態について図１ないし図７（ｃ）に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、図１は、本発明の実施形態を示すものであり、液晶表示装置１の要部構成を模式的に示すブロック図である。以下、説明を簡潔にするために、液晶パネル５が８階調のパネルであり、最大８階調の画像データが入力される場合を例に挙げて説明する。

液晶表示装置１は、透過モードおよび反射モードを有しており、液晶パネル５を備えている。液晶パネル５には、画像を表示するためにマトリックス状に配置した複数個の画素（図示せず）が形成されている。

液晶表示装置１には、画像判定回路２が設けられている。画像判定回路２は、１フレームの画像を表示するための最大８階調の画像データを受け取る。

図２は、画像判定回路２に入力される画像データの構成を説明するための図である。液晶パネル５にそれぞれ形成された各画素にそれぞれ対応する画像データは、階調値を表すビットデータＤ０・Ｄ１・Ｄ２からなる３ビットデータである。ビットデータＤ０はＬＳＢであり、ビットデータＤ２はＭＳＢである。

例で挙げたものは３ビットデータ（２の３乗で８階調）なので、階調値はＶ０〜Ｖ７まで８種類ある。

このため、１階調（階調値Ｖ０）の画像データは、
（Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０）＝（０、０、０）、
となり、
７階調（階調値Ｖ６）の画像データは、
（Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０）＝（１、１、０）、
となり、
８階調（階調値Ｖ７）の画像データは、
（Ｄ２、Ｄ１、Ｄ０）＝（１、１、１）、
となる。

液晶印加電圧は、１階調（階調値Ｖ０）時において一般に０ボルトにはならない。階調印加電圧は液晶パネル５の印加電圧−透過率特性に基づいて設定される。より良い階調−透過率特性を得るために、１階調（階調値Ｖ０）の液晶印加電圧をある程度かける場合もあり、また、液晶分子を初期配向にしておくよりも、ある程度の電圧をかけて配向状態を変えておき，Ｖ７からＶ６などと明るい階調から明るい階調へと変化させるような場合（ノーマリブラックでは暗い階調から暗い階調への変化）において応答速度を速くするようにしている。一般に、階調印加電圧の最低値は１〜２ボルト程度であり、０ボルトのものは少ない。

画像判定回路２は、このように構成された画像データによって表示される画像が、画像データがそれぞれ有する階調値がすべて５階調以下である低階調画像であるか否かを判定する。

例えば、画像データテーブル（図示せず）に５階調（階調値Ｖ４）の画像データ（１、０、０）を記憶させておいて、入力された画像データに（１、０、０）よりも大きいデータがあるか否かを判定する。

液晶表示装置１は、画像データ変換回路３を備えている。画像データ変換回路３は、画像判定回路２による判定結果とルックアップテーブル８とに基づいて画像データを印加電圧データに変換する。

図３は、ルックアップテーブル８の構成を示す図である。最大８階調の画像データは、階調値Ｖ０・Ｖ１・Ｖ２・Ｖ３・Ｖ４・Ｖ５・Ｖ６・Ｖ７のいずれかの階調値を有する。液晶ドライバ４が生成する液晶印加電圧の種類は、画像データの種類と必ずしも完全に１対１に対応するように固定されていない。液晶ドライバ４は、液晶パネル５の階調値８よりも多い３２種類の液晶印加電圧を生成する。印加電圧データＥ０・Ｅ１・Ｅ２…Ｅ２９・Ｅ３０・Ｅ３１は、この３２種類の液晶印加電圧に対応する。

ルックアップテーブル８には、最大８階調の画像データの階調値Ｖ０・Ｖ１・Ｖ２・Ｖ３・Ｖ４・Ｖ５・Ｖ６・Ｖ７にそれぞれ対応して、通常印加電圧データＥ２・Ｅ５・Ｅ７・Ｅ１１・Ｅ１７・Ｅ２３・Ｅ２９・Ｅ３１が記載されている。また、階調値がすべて５階調以下であって階調値Ｖ５以上の画像データが使われていない低階調画像に対応する低階調印加電圧データＥ３・Ｅ１０・Ｅ１９・Ｅ２４・Ｅ３０が、階調値Ｖ０・Ｖ１・Ｖ２・Ｖ３・Ｖ４にそれぞれ対応して記載されている。

通常印加電圧データＥ２・Ｅ５・Ｅ７・Ｅ１１・Ｅ１７・Ｅ２３・Ｅ２９・Ｅ３１は、３２種類の液晶印加電圧に対応する印加電圧データＥ０・Ｅ１・Ｅ２…Ｅ２９・Ｅ３０・Ｅ３１から、適正な階調印加電圧特性が得られるように、所定の印加電圧データを間引いたものであり、低階調印加電圧データＥ３・Ｅ１０・Ｅ１９・Ｅ２４・Ｅ３０は、さらに多くの印加電圧データを間引いたものである。低階調印加電圧データＥ３・Ｅ１０・Ｅ１９・Ｅ２４・Ｅ３０による液晶パネル５の透過率は、通常印加電圧データＥ２・Ｅ５・Ｅ７・Ｅ１１・Ｅ１７・Ｅ２３・Ｅ２９・Ｅ３１による透過率よりも高くなっている。

画像データ変換回路３は、画像データによる画像が低階調画像であると画像判定回路２により判定されたときは、ルックアップテーブル８に基づいて、各画像データの階調値に応じて、各画像データを低階調画像データに変換して液晶ドライバ４に供給する。画像データによる画像が低階調画像でないと判定されたときは、画像データ変換回路３は、各画像データを通常印加電圧データに変換して液晶ドライバ４に供給する。

液晶ドライバ４は、画像データ変換回路３からの低階調印加電圧データまたは通常印加電圧データに基づいて液晶パネル５に液晶印加電圧を供給する。

液晶表示装置１は、バックライト調光回路６を備えている。バックライト調光回路６は、画像判定回路２による低階調画像であるとする判定結果に基づいて、バックライトユニット７から照射されて液晶パネル５を透過するバックライトの輝度を暗くする。

バックライト調光回路６は、
（通常のバックライト輝度）×（５階調（階調値Ｖ４）に対応する液晶パネル５の透過率）＝（暗くしたバックライト輝度）×（８階調（階調値Ｖ７）に対応する液晶パネル５の透過率）、
となるように、バックライトユニット７から照射されるバックライトを暗くする。

このように構成された液晶表示装置１の動作を説明する。図４は、液晶表示装置１の動作を説明するためのフローチャートである。

まず、画像判定回路２は、１フレームの画像を表示するための最大８階調の画像データを受け取り、この画像データによって表示される画像が、画像データがそれぞれ有する階調値がすべて５階調以下である低階調画像であるか否かを判定する（ステップＳ１）。

画像データによる画像が低階調画像でないと画像判定回路２が判定したときは（ステップＳ１においてＮＯ）、画像データ変換回路３は、ルックアップテーブル８に基づいて、画像データの階調値Ｖ０〜Ｖ７に応じて、画像データを、液晶パネル５の各画素を通常の透過率とする通常印加電圧データＥ２・Ｅ５・Ｅ７・Ｅ１１・Ｅ１７・Ｅ２３・Ｅ２９・Ｅ３１のいずれかに変換して液晶ドライバ４に供給する。液晶ドライバ４は、画像データ変換回路３からの通常印加電圧データを、液晶パネル５の各画素を通常の透過率とする液晶印加電圧に変換して液晶パネル５に供給する。バックライト調光回路６は、バックライトユニット７から照射されて液晶パネル５を透過するバックライトを通常の輝度にする（ステップＳ２）。そして、次の１フレームの画像データを判定するために、ステップＳ１に戻る。

画像データによる画像が低階調画像であると画像判定回路２が判定したときは（ステップＳ１においてＹＥＳ）、画像データ変換回路３は、ルックアップテーブル８に基づいて、画像データの階調値Ｖ０〜Ｖ４に応じて、画像データを、液晶パネル５の各画素の透過率を高くする低階調印加電圧データＥ３・Ｅ１０・Ｅ１９・Ｅ２４・Ｅ３０のいずれかに変換して液晶ドライバ４に供給する。液晶ドライバ４は、画像データ変換回路３からの低階調印加電圧データを、液晶パネル５の各画素の透過率を高くする液晶印加電圧に変換して液晶パネル５に供給する。

バックライト調光回路６は、バックライトユニット７から照射されて液晶パネル５を透過するバックライトの輝度を、
（通常のバックライト輝度）×（５階調（階調値Ｖ４）に対応する液晶パネル５の透過率）＝（暗くしたバックライト輝度）×（８階調（階調値Ｖ７）に対応する液晶パネル５の透過率）、
となるように暗くする（ステップＳ３）。そして、次の１フレームの画像データを判定するために、ステップＳ１に戻る。

図５（ａ）（ｂ）は、液晶表示装置１に入力される画像データの階調値と液晶パネル５の正規化輝度との関係を示すグラフである。図５（ａ）に示すグラフの横軸は画像データの階調値を示しており、縦軸はパネル輝度正規化値を対数値によって示している。

本実施の形態は、１フレームに全体的に暗い画像である低階調画像を表示する場合に、バックライトを暗くし、且つ、液晶パネルの透過率を高めることによって、通常表示と、本実施の形態の低階調表示とで中間調の輝度は等しくし、一方で、低階調の輝度のみを本実施の形態の表示で暗くする。このため、階調輝度特性において低階調の輝度が従来よりも低くなり、理想的なγ特性に近づく。

図５（ａ）に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置１の液晶パネル５の階調輝度特性Ｃ１は、低階調において、従来の液晶表示装置の液晶パネルの階調輝度特性Ｃ９２よりも低くなり、理想的な階調輝度特性Ｃ９１に従来の階調輝度特性Ｃ９２よりも近づいている。

その結果、中間調〜低階調を表示させた場合の色再現範囲が拡大し、全体的に暗い低階調画像を表示したときの表現力を高めることができる。

特許文献１（特開２００３−１８６４５５号公報）には、「低階調画像の視認性を良くするために、バックライト輝度を上げず、液晶の透過率を増加させて低階調での階調間視認性を高める」構成が開示されているが、この構成には、「明るい周辺環境で」という条件がついている（特許文献１：明細書段落[００１２]）。

コントラストには、暗所のコントラスト（一般に認知されているコントラスト）とは別に、明所コントラストという概念が存在し、人間の視覚特性の原理により、明所コントラストが発生するような環境では低階調間の輝度差を知覚することができない。

明所コントラストを高める手段として輝度を上げる方法は一般的に知られており、特許文献１は、明所コントラストのうちの低い階調の明所コントラストを高めるために、バックライト輝度を変更せずに、パネル透過率を変更している。この特許文献１の解決手段は、図５(ａ)（ｂ）に示す階調輝度特性（γカーブ）を変更することであるが、理想的な階調輝度特性（γカーブ）を遠ざけるように変更している。一方、本実施の形態では、理想的な階調輝度特性（γカーブ）に近づけるように階調輝度特性（γカーブ）を変更している点で特許文献１と異なる。具体的には、図５(ａ)に示すように、本実施の形態に係る液晶表示装置１の液晶パネル５の階調輝度特性Ｃ１は、低階調において、従来の液晶表示装置の液晶パネルの階調輝度特性Ｃ９２よりも低くなり、理想的な階調輝度特性Ｃ９１に従来の階調輝度特性Ｃ９２よりも近づいている。これに対して、図５(ａ)（ｂ）に示すように、特許文献１の階調輝度特性Ｃ９３は、理想的な階調輝度特性Ｃ９１から遠ざかるように変更されている。

本実施の形態によれば、複雑なルックアップテーブル及び画像処理エンジンを盛り込むことができない液晶表示装置であって、スペースに余裕の無いモバイル用途の液晶表示装置の低階調表示時における画像品質を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、黒〜極めて低階調における輝度のみ通常表示よりも低くなり、低階調〜高階調における輝度は変わらないので、表示画像のコントラストが向上するという効果を生じる。

図６（ａ）は従来の液晶表示装置における最大階調での色再現範囲を説明するための図であり、図６（ｂ）は従来の液晶表示装置におけるｋ階調での色再現範囲を説明するための図であり、図６（ｃ）は本実施の形態に係る液晶表示装置におけるｋ階調での色再現範囲を説明するための図である。

図６（ｂ）に示すように、従来のｋ階調での色再現範囲は、表示させない画素における光漏れによる引き込みの影響が大きいために、色再現範囲が縮小するが、図６（ｃ）に示すように、本実施の形態に係るｋ階調での色再現範囲は、表示させない画素における光漏れによる引き込みの影響が小さいために、図６（ｂ）に示す従来の色再現範囲よりも拡大する。このように、本実施の形態によれば、黒輝度〜極めて低階調における輝度が低下するので、比較的暗いＲＧＢといった色を表示した場合に、図６(ａ)に示す最大階調値の色三角から中心方向に引き込む要素が、図６（ｂ）に示す従来の構成よりも少なくなり、図６（ｃ）に示す色三角は図６（ｂ）に示す色三角よりも拡大する。その結果、色再現性が向上する。

図７（ａ）は電圧無印加時の液晶分子の視野角を説明するための模式図であり、図７（ｂ）は従来の液晶表示装置における低階調画像を表示する液晶分子の視野角を説明するための模式図であり、図７（ｃ）は本実施の形態に係る液晶表示装置における低階調画像を表示する液晶分子の視野角を説明するための模式図である。

図７（ｂ）では、バックライトの輝度が通常であり、液晶パネルの透過率も通常であり、液晶印加電圧も通常である通常表示における液晶分子の傾斜角度Ａ１が示されており、図７（ｃ）では、バックライトの輝度を暗くし、液晶パネルの透過率を高めて液晶印加電圧を低くした本実施の形態の低階調画像表示における液晶分子の傾斜角度Ａ２が示されている。

本実施の形態では、例えば６ビットパネルにおいて、１フレーム中の画像データの階調値が最大でも３１である場合、バックライトを暗くし、且つ、液晶パネルの限られたダイナミックレンジの中で本来は６４分割していたものを３２分割して階調−透過率の対応関係を変更する。これによって、各階調の液晶印加電圧の間隔が広がる。このため、視覚を倒した場合の階調反転が発生し難くなるという効果を奏する。

また、黒輝度が低くなるために、コントラストが向上する。このコントラストの向上の効果は、どの方位から観察しても得られるため、等コントラスト範囲が拡大するという効果を奏する。

例えば、ＥＣＢモードの液晶パネル（ノーマリホワイト）において全体的に暗い画像を表示している場合、同じ暗い輝度を表示するためには、印加する液晶印加電圧は、従来よりも低くてよい。そのため、図７（ｃ）に示す液晶分子の傾斜角度Ａ２が、図７（ｂ）に示す従来の構成における傾斜角度Ａ１よりも大きくなる。従って、液晶分子が、従来の構成に比較して、立たずにいる。その結果、従来の構成よりも視野角特性が向上する。

また、本実施の形態では、低階調画像を表示するときに、バックライトを暗くするので、消費電力が低減するという効果を奏する。

本実施の形態では、画像判定回路２が受け取る画像データは、最大８階調である例を主に示したが、本発明はこれに限定されない。画像判定回路２が受け取る画像データは、最大ｎ階調（ｎは２以上の整数）であればよく、例えば、６４階調であってもよく、また、１２８階調であってもよい。

また、本実施の形態では、低階調画像であるか否かの判定の基準が５階調である例を示したが、本発明はこれに限定されない。低階調画像であるか否かの判断の基準は、ｋ階調（ｋは１以上の整数、ｋ＜ｎ）とすればよい。

また、ｋ＝（ｎ／２）（ｎは偶数）とし、各画像データの上位１ビットに基づいて、画像が低階調画像であるか否かを判定してもよい。また、ｋ＝（ｎ／４）（ｎは４の倍数）とし、各画像データの上位２ビットに基づいて、画像が低階調画像であるか否かを判定してもよい。

また、例えば、最大６４階調の画像データの場合において、低階調画像であるか否かの判定の基準を２３階調とし、
（２３階調の透過率）×（通常表示時のバックライト輝度）
＝（適当な透過率）×（適切なバックライト輝度Ａ）
となるようにすれば良い。

この際，本実施の形態が解決しようとする課題をより効果的に解決するためには、境界階調における透過率をできるだけ高くすることが望ましい。このため、上に記載の式の右辺の項は、
（適当な透過率）×（適切なバックライト輝度Ａ）
＝（６４階調（階調値６３）の透過率）×（適切なバックライト輝度Ｂ）、
とすると良い。このような手法では２３階調以下（階調値２２以下）の階調表示時にふさわしい透過率が、通常表示時の（通常表示時のバックライト輝度での）Ｖ０〜Ｖ６３の透過率からは得られない可能性があるが，通常表示時に使われている透過率（すなわち液晶印加電圧）では使われない透過率を用いる可能性もある。

このように、画像データを変換する場合は、通常表示時で使用している階調電圧とは異なる階調電圧を用いても良い。

また、低階調画像であるか否かの判定境界が５階調（階調値Ｖ４）である例を示したが、本発明はこれに限定されない。低階調画像であるか否かの判定境界は必ずしも１つでなくてもよい。例えば、画像データテーブルによる境界を２箇所以上設けてもよい。また、最上位ビットが必ず０の場合の境界と、上位２ビットが必ず０１である場合の境界との２箇所の境界を設けても良い。

具体的には、例えば、最大６４階調の画像データの判定において、２４階調（階調値Ｖ２３）と、４６階調（階調値Ｖ４５）との２箇所を判定境界として設定した場合には，画像データテーブルには（０、１、０、１、１、１）と（１、０、１、１、０、１）とが記憶されており，入力された画像データをこの２箇所の判定境界と比較する。これにより、入力画像データの最大値が、４６階調以上（パターンＡ）・２４階調以上かつ４５階調以下（パターンＢ）・２３階調以下（パターンＣ）の３パターンに分けられる。パターンＡでは通常表示を行い，パターンＢおよびパターンＣでは本実施の形態の変更（液晶パネルの透過率を高くして、バックライトの輝度を暗くする）を適用する。このようにして、２段階以上の切換えも可能となる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、バックライトが透過する液晶パネルに画像データの階調値に応じた液晶印加電圧を供給して画像を表示する液晶表示装置及びその駆動方法に適用することができる。特に、複雑なルックアップテーブル及び画像処理エンジンを盛り込むことができない液晶表示装置であって、スペースに余裕の無いモバイル用途の液晶表示装置に好適である。

本発明の実施形態を示すものであり、液晶表示装置の要部構成を模式的に示すブロック図である。 上記液晶表示装置に設けられた画像判定回路に入力される画像データの構成を説明するための図である。 上記液晶表示装置に設けられたルックアップテーブルの構成を示す図である。 上記液晶表示装置の動作を説明するためのフローチャートである。 （ａ）（ｂ）は、上記液晶表示装置に入力される画像データの階調値と上記液晶表示装置に設けられた液晶パネルの正規化輝度との関係を示すグラフである。 （ａ）は従来の液晶表示装置における最大階調での色再現範囲を説明するための図であり、（ｂ）は従来の液晶表示装置におけるｋ階調での色再現範囲を説明するための図であり、（ｃ）は本実施の形態に係る液晶表示装置におけるｋ階調での色再現範囲を説明するための図である。 （ａ）は電圧無印加時の液晶分子の視野角を説明するための模式図であり、（ｂ）は従来の液晶表示装置における低階調画像を表示する液晶分子の視野角を説明するための模式図であり、（ｃ）は本実施の形態に係る液晶表示装置における低階調画像を表示する液晶分子の視野角を説明するための模式図である。 従来の液晶表示装置に入力される画像データの階調値と、上記液晶表示装置に設けられた液晶パネルのパネル輝度の対数値との関係を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ 液晶表示装置
２ 画像判定回路
３ 画像データ変換回路
４ 液晶ドライバ
５ 液晶パネル
６ バックライト調光回路
７ バックライト
８ ルックアップテーブル

Claims (10)

1. １フレームの画像を表示するための最大ｎ階調（ｎは２以上の整数）の画像データを受け取り、前記画像データによって表示される画像が、前記画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調（ｋは１以上の整数、ｋ＜ｎ）以下である低階調画像であるか否かを判定する画像判定回路と、
   前記画像判定回路による判定結果に基づいて前記画像データを印加電圧データに変換する画像データ変換回路と、
   前記画像データ変換回路からの前記印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給する液晶ドライバと、
   前記画像判定回路による低階調画像であるとする判定結果に基づいて、前記液晶パネルを透過するバックライトの輝度を暗くするバックライト調光回路とを備え、
   低階調印加電圧データによる前記液晶パネルの透過率は、通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記画像データ変換回路は、前記画像判定回路による判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを前記印加電圧データに変換し、
   前記ルックアップテーブルには、低階調画像であるとする判定結果に対応する前記低階調印加電圧データと、低階調画像でないとする判定結果に対応する前記通常印加電圧データとが記載されている請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライト調光回路は、前記バックライトの輝度を暗くするバックライト調光信号をバックライト制御回路に出力し、
   前記低階調印加電圧データに基づいて出力される液晶印加電圧による液晶パネルの透過率は、前記通常印加電圧データに基づいて出力される液晶印加電圧による液晶パネルの透過率よりも高くなっている請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記画像データ変換回路は、前記画像判定回路による判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを前記印加電圧データに変換する請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記バックライト調光回路は、
   （通常のバックライト輝度）×（液晶パネルのｋ階調に対応する透過率）＝（暗くしたバックライト輝度）×（液晶パネルのｒ階調に対応する透過率）
   （ここで、ｒは１以上ｎ以下の整数）、
   となるように、前記バックライトを暗くする請求項１記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶ドライバは、前記ｎ階調よりも多い種類の液晶印加電圧を生成し、前記画像データ変換回路からの前記印加電圧データに基づいて、前記生成したｎ階調よりも多い種類の液晶印加電圧を間引くように選択して前記液晶パネルに供給する請求項１記載の液晶表示装置。
7. 前記画像判定回路は、前記１フレームの画像を表示するための各画像データの上位ｍビット（１≦ｍ≦２）に基づいて、前記画像が前記低階調画像であるか否かを判定する請求項１記載の液晶表示装置。
8. 透過モードおよび反射モードを有する請求項１記載の液晶表示装置。
9. １フレームの画像を表示するための最大ｎ階調（ｎは２以上の整数）の画像データを受け取り、前記画像データによって表示される画像が、前記画像データがそれぞれ有する階調値がすべてｋ階調（ｋは１以上の整数、ｋ＜ｎ）以下である低階調画像であるか否かを判定し、
   前記判定結果とルックアップテーブルとに基づいて前記画像データを印加電圧データに変換し、
   前記印加電圧データに基づいて液晶パネルに液晶印加電圧を供給しながら、前記低階調画像であるとする判定結果に基づいて、前記液晶パネルを透過するバックライトの輝度を暗くする液晶表示装置の駆動方法であって、
   前記ルックアップテーブルには、低階調画像であるとする判定結果に対応する低階調印加電圧データと、低階調画像でないとする判定結果に対応する通常印加電圧データとが記載されており、
   前記低階調印加電圧データによる前記液晶パネルの透過率は、前記通常印加電圧データによる透過率よりも高くなっていることを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
10. 前記低階調画像であるとする判定結果に基づく液晶パネル透過率およびバックライト輝度変化の組み合わせを少なくとも１つ以上有する請求項９記載の液晶表示装置の駆動方法。

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