JP2009031585A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画像データの表示が行われない画像表示領域に対する光源の光の供給を抑制し動特性を向上した液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 映像を表示する表示パネルとバックライトを備えてバックライトをスキャン制御する液晶表示装置において、外部から入力された映像信号を解析し、この映像信号を補正する映像解析手段と、前記映像解析手段から補正した映像信号データを表示パネルに送りこの表示パネルを制御するパネル制御手段と、前記映像解析手段から入力されたバックライト制御に必要な情報によりバックライト光源のプロファイルを考慮しながら黒の挿入率を変化させずに輝度を一定にし且つ消灯部の輝度をより低減するバックライト制御手段とを具備している事を特徴とする液晶表示装置。
【選択図】 図６

Description

本発明は、液晶パネルを用いた液晶表示装置に関する。

従来、液晶パネルを用いた液晶表示装置では、液晶パネルの裏面側から液晶パネルの画像表示領域へ光を供給するための光源を設けたものが知られている。このような光源では例えば水平方向に延びた複数の導光板を縦に並べて配置することにより光源の光を万遍なく画像表示領域へ供給することができる。

現在、液晶表示装置のバックライトにＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp、冷陰極蛍光ランプ）管を採用しているのが一般的である。最近では、ＬＥＤを用いたバックライトなども製品化されている。その中で、バックライトを水平方向のライン毎で点灯消灯を行うブリンキングなどの提案が多く見られる。その内容は、ライン毎に制御を行うスキャン制御を行う場合、バックライトを消灯し且つ映像信号のパネルの透過率を0％などにする黒の挿入の割合や、その黒挿入のタイミングあるいは、点灯させるタイミングなどである。

例えば、特許文献１では、輝度を低下させることなく、動画性能をより向上させることが可能な液晶表示装置の特許であり、特に分割させた光源領域の点灯タイミングを中央部の点灯タイミングと上下領域の点灯タイミングを合わせることにより動画性能を向上させる駆動方法を提案している。

しかしながら、バックライトの光源の広がりであるプロファイルを考慮したライン制御についての提案は少ない。即ち輝度を低下させることなく、動画性能をより向上させる光源のプロファイルについての技術の開示はない。
特開２００５−２２２０１１号公報（第２５頁、図５）

即ち、上記の技術では導光板が水平方向に延びているため、画像の表示が行われない領域に対しても光源の光の供給が行われてしまう場合もあった。画像の表示が行われない領域に対する光の供給は動特性が低下してしまう恐れがある。

本発明は、かかる従来の問題を解消すべくなされたもので、画像の表示が行われない画像表示領域に対する光源の光の供給を抑制し動特性を向上した液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明の液晶表示装置は、映像を表示する表示パネルとバックライトを備えてバックライトをスキャン制御する液晶表示装置において、外部から入力された映像信号を解析し、この映像信号を補正する映像解析手段と、前記映像解析手段から補正した映像信号データを表示パネルに送りこの表示パネルを制御するパネル制御手段と、前記映像解析手段から入力されたバックライト制御に必要な情報によりバックライト光源のプロファイルを考慮しながら黒の挿入率を変化させずに輝度を一定にし且つ消灯部の輝度をより低減するバックライト制御手段とを具備していることを特徴とする。

本発明の液晶表示装置は、光源の点消灯を画像の表示が行われる表示領域と対応させることにより、画像の表示が行われない表示領域に対する光源の光の供給を抑制し動特性を向上した。

以下図面を参照して、本発明の一形態にかかる実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施の一形態にかかる液晶表示装置１の構成を示すブロック図である。

同図に示すように、液晶表示装置１は、画像データ受信部１０、画像データ処理部２０、画像表示制御部３０、表示部４０、光源としてのバックライト５０を備える。

画像データ受信部１０は例えば、屋外に設置されたアンテナ（図示せず）と接続されており、このアンテナを介して画像データを受信する。例えば、地上アナログ波、地上デジタル波、衛星放送用電波などに乗せられた種々の画像データが受信可能である。また、画像データ受信部１０は、図示はしないが種々の画像再生機器（例えば、ＨＤ−ＤＶＤプレーヤや同レコーダ、ＤＶＤプレーヤや同レコーダなど）とも接続することができる。この場合には、画像データ受信部１０は画像再生機器が再生した画像データを受信する。

画像データ受信部１０は受信した画像データを画像表示制御部３０および画像データ処理部２０に出力する。画像データ受信部１０で受信される画像データは、詳細には４：３、１６：９など種々の縦横比で構成されている。縦横比とは画像データの横幅と縦幅の比である。

画像データには、この画像データがどの縦横比で構成されているかを示す画像縦横比情報が付加されている。
画像表示制御部３０は、画像データ受信部１０から出力された画像データを受けて表示部４０に画像を表示させる。
表示部４０は、液晶パネル４３、ゲートドライバ４１、ソースドライバ４２から主に構成されている。
液晶パネル４３は、縦横比が１６：９の液晶パネルであり、例えばここでは左右に縦横比が１６：９の画像データを表示するときには表示領域４３１、即ち液晶パネル４３全体の表示領域で表示し、縦横比が４：３の画像データを表示するときには中央の破線部で示した表示領域４３２を用いて画像を表示する。

表示領域４３１の縦横比は１６：９である。表示領域４３１には１６：９で構成された画像が表示される。
表示領域４３２の縦横比は４：３である。表示領域４３２には４：３で構成された画像が表示される。
液晶パネル４３は、特別図示をしないが２枚のガラスの間に液晶材料をはさみこのガラス上に走査線とデータ線を格子状に配置して構成される。走査線とデータ線はそれぞれ液晶パネル４３端に配置したゲートドライバ４１およびソースドライバ４２の駆動によって制御される。ゲートドライバ４１は走査線にパルス状の電圧波形を順次出力する機能を有する。

ソースドライバ４２はゲートドライバ４１によるパルス状の電圧波形の出力に対応して液晶に電圧を供給する。液晶パネル４３はこのように、ソースドライバ４２とゲートドライバ４１の駆動によって液晶に電圧を印加されることにより画像を表示する。

画像データ処理部２０は、情報取得部２１と、光源制御部２２と、メモリ２３とから構成されている。情報取得部２１には画像データ受信部１０が出力した画像データが入力される。情報取得部２１は、入力された画像データに付加されている画像縦横比情報を取得し、この取得した画像縦横比情報を光源制御部２２へ出力する。

メモリ２３は、光源制御部２２が光源ユニット５１の制御を行う際に、光源制御部２２によって参照されるバックライト５０の点消灯テーブルデータを記憶している。バックライト５０の点消灯テーブルデータとはバックライト５０を構成する複数の光源ユニット５１を点灯または消灯するための情報である。このテーブルデータは、画像データの縦横比に応じて異なるテーブルデータを持っている。

光源制御部２２は、メモリ２３に記憶されたバックライト５０の点消灯テーブルデータを読み出す。光源制御部２２は、情報取得部２１が出力した画像縦横比情報と対応するバックライト５０の点消灯テーブルデータに基づいて、バックライト５０を構成する複数の光源ユニット５１の点消灯を制御する。すなわち光源制御部２２は点灯制御部として機能する。

バックライト５０は複数の光源ユニット５１を縦に並べて配置したものを一つのグループとし、このグループを横に複数列並べて構成されている。
バックライト５０は表示部４０の表示領域４３１または表示領域４３２に対して光源ユニット５１の光を供給する。すなわちバックライト５０は光源として機能する。

バックライト５０は液晶パネル４３の裏側に設けられる。
バックライト５０と液晶パネル４３の間には図示はしないが一対の拡散板とこの拡散板に挟まれたプリズムシートが設けられる。拡散板は光源ユニットが供給した光を散乱、拡散させ、表示領域全体を均一な明るさにするためのものである。

プリズムシートは、バックライト５０から供給された光の輝度を向上させるためのものである。
光源ユニット５１は、ＲＥＤ（以下Ｒと称す。）、ＧＲＥＥＮ（以下Ｇと称す。）、ＢＬＵＥ（以下Ｂと称す。）の３原色光で発光する複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）から構成されている。光源ユニット５１はＲＧＢのＬＥＤの色を混ぜて白色で発光することができる。

なお、本発明は光源ユニット５１に使用されるＬＥＤの構成は特に限定されず、例えば一つのＲＬＥＤ、二つのＧＬＥＤ、一つのＢＬＥＤを一組としたものや、二つのＲＬＥＤ、三つのＧＬＥＤ、一つのＢＬＥＤを一組としたものなどである。

また使用するＬＥＤもＲＧＢの３色に限定されることなく４色以上のＬＥＤや白色のＬＥＤなど種々のＬＥＤを光源とすることができる。
また、光源ユニット５１を構成する光源はＬＥＤに限定されることなく種々の発光素子を使用することができる。この発光素子は例えば、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、や無機ＥＬ、レーザダイオード(Laser Diode、ＬＤ)などである。

以下では、本実施例の光源のプロファイル（後述の凸様等）を考慮したバックライト制御を行う液晶表示装置１の構成図について説明する。
図２は、本実施例の光源のプロファイルを考慮したバックライト制御を行う液晶表示装置の機能構成図である。入力された映像を解析する画像解析手段１０１（図１の１０相当）と、ドライバとしてパネルを制御するパネル制御手段１０２（図１の３０相当）と、光源のプロファイルを考慮してバックライトを制御するバックライト制御手段１０４（図１の２０相当）と、映像を表示する液晶パネル１０３（図１の４０相当）と、バックライト１０５（図１の５０相当）から構成されている。

次に、動作について詳細を述べる。液晶表示装置に外部から入力される映像信号は、画像解析手段１０１にて最適な映像信号と最適な光源の輝度になるように夫々の値が補正される。画像解析手段１０１にて補正された映像信号は、パネル制御手段１０２に入力されて補正信号の通りに液晶パネル１０３を制御する。一方、画像解析手段１０１にて設定された光源の輝度、スキャン制御するための情報がバックライト制御手段１０４に入力され、バックライト１０５を制御する。この際、バックライト制御手段１０４では、光源のプロファイル、つまり光の広がりを考慮して、黒挿入率に合わせて黒挿入率をしていない時と同程度の輝度に維持し、且つ黒挿入部、つまり光源の消灯領域の輝度を低減させることを可能にするように制御を行う。

次に、バックライトをスキャン制御することの出来る光源の例を説明する。図３(a)、(b)は、バックライト１０５の例を示す。
初めに図３(a)について説明する。これは、導光板を用いたエッジ型のバックライト光源である。バックライト１０５は、導光板１０８にて複数に分割されており、この場合は６分割にて示しているが、この分割数にこだわる必要は無く、所望の分割数にしても良い。導光板１０８のエッジには、分割数に合わせて光源部１０６が配置され、光源部には、RGBを発光する光源部１０７が配置されている。この光源はLED、ELもしくはLDなどで構成されている。なお、本発明は先にも述べた通りRGBではなく、擬似白色のような白色光源としても良い。また、導光板でなく平板面の光源などでも良い。

次に、図３(ｂ)について説明する。これは、光源直下型のバックライト光源である。図１に対応する構成である。バックライト１０５は、RGBを有する光源１０６にて構成され、各光源１０６は、バックライト内部で複数に分割されており、この場合は６×８分割に格子状に配置されているものを示している。もちろんこの、分割数にこだわる必要が無く、所望の分割数にして良い。この配置においては、画面のライン方向に一列に制御が可能となるように制御されると同時に、エリア制御のように光源を制御することももちろん可能である。この場合においてもRGBを発光する１０６はLEDもしくは、EL、もしくはLDなどであっても良い。もちろんRGBではなく、擬似白色のような白色光源としても良い。

次に、図３(ｂ)で示したような格子状に分割された光源を用いたバックライトを用いて、バックライト制御手段の方法について説明する。図４(a)はバックライトを構成する１つの光源に注目した場合の説明図である。光源１０６は、自らの光源の広がりと拡散板などの光学フィルムによる広がりで、本来の分割された領域よりも光が拡散されている。バックライトの構成図の右に示すXY軸にて示すグラフ１１０は、X軸は距離を示し、Y軸は相対的な輝度を示す。光源の広がりを示す簡易的なプロファイル１１１を示しておく。このプロファイル１１１は、ガウス分布による広がりまたは、指数関数による広がりで近似することが出来るが、ここで示すプロファイル１１１は概形を示している。以下でもプロファイルの形状を説明図として用いるが、プロファイルの数値などは特に示してはいないが、説明上の理解を助けるために図示する。図４(b)は、スキャン制御するために１ラインを点灯させた時の構成図である。先ほどの図４(a)が一つの光源の時を示しているのに対し、この場合は、１ライン全て点灯させている時の構成図となる。画面の垂直方向におけるプロファイル１１２は、ほぼ先ほどのものと同様な広がりを示す。また、グラフ１１０内に記されている塗り潰された長方形の部分１１３は、１ラインが点灯した特の状態を簡易的にグラフ上に示したものである。以下では、この簡易的な長方形の図とプロファイルの形状を用いてバックライト制御の方法について説明していく。

図５は、バックライト制御の制御例について説明した図である。初めに図５(a)について説明する。これは、バックライト１０５の光源が全て点灯している時の状態である。この時の全点灯の状態を右のグラフ１１０にて塗りつぶした長方形にて表現する。この場合、相対的な輝度として、各ラインの光源輝度値を０．５とし表現しており、この塗りつぶした長方形の面積が全体の合計輝度となる。この図５(a)を基準として以下を説明する。図５(b)は、黒を挿入した場合である。バックライト１０５の塗りつぶしている個所が点灯状態とし、そうでない部分を消灯している時とする。ここで示しているのは６分割の場合であるので、半分が消灯、半分が点灯を示していることから５０％の黒挿入率ということになる。この５０％の黒挿入率の場合について以下で説明する。通常、黒の挿入率が５０％となると、輝度も全体的に半分に低下してしまう。このため図５(b)に示すように、点灯部分の各ラインの光源輝度を０．５から１．０に上げることで、全体の輝度を２倍にして全点灯の時と同輝度にすることを行う。つまり、塗りつぶされた長方形の面積を同じにするように調整する。このときのプロファイル１１４の概形も載せておく。また、この場合のＡのラインの位置の輝度は、プロファイル１１４からaの位置の輝度となる。

以上が、通常行われている手法となるが、ここで問題となるのが、Ａのラインでの輝度は、本来消灯しているため輝度は０に近いものでなければいけないが、このように光のプロファイルが広がっていると、本来の輝度よりも高い輝度となってしまう。これは、画面の黒浮きやコントラスト低下及び動画性能低下の原因になってしまう。一方、本実施例の特徴である制御方法について図５(c)にて説明する。先ほどの図５(b)で説明したように、単に点灯部の輝度を黒挿入率の分高くするだけでは、消灯部にまで光がもれてしまい、コントラストや動特性の向上が弱まってしまう。そこで、点灯している光源領域において、最も消灯部から離れている場所の光源の輝度を高め、その周辺の輝度は下げてあげるようにする。この方法は、図の塗りつぶした長方形全体形状を凸型のように点灯ささせる。このとき、面積が先ほどのものと同一になるように点灯する輝度を調整することで、全体の輝度を同一にする。また、プロファイル１１５もこれにより形状が変化し、先ほどのＡのラインでの輝度aがbのように、より低減することが可能となる。

なお、映像信号を解析した時点で、映像信号補正値とバックライト輝度が決定され、補正値はパネル制御手段へ与えられ、バックライト輝度はバックライト制御手段に与えられる。よって上記凸型に関して織り込み済みであるので、バックライト制御手段で中央の輝度をもっとも高くした場合に対して、さらに映像信号を補正する必要はない。

バックライトの制御情報としては、ライン位置の他にこのバックライト輝度がある。
図６は、点灯の仕方を変化させた、上記の方法について同時に示した図（即ち、図５（ｂ）と（ｃ）を同一画面上に記載した図）であり、消灯部のより輝度を低減する効果と、全体輝度が同一、つまり面積が一致していることを示している。

以上のように、バックライト、特にＬＥＤバックライトを用いたスキャン制御において、黒の挿入率が一定でありながら、輝度を全点灯の際と同程度に保ち、画面上においてバックライトの消灯部における輝度をより低減する方法を実施することにより、コントラストが高く、且つ動特性の良い液晶表示装置を実現することが可能となる。

そこで、本実施例では、バックライト、特にＬＥＤバックライトを用いたスキャン制御において、黒の挿入率が一定でありながら、輝度を全点灯の際と同程度に保ち、画面上においてバックライトの消灯部における輝度をより低減し、動特性の向上を可能にする方法を提示した。

液晶表示装置のバックライトをスキャン制御する方法において、光源のプロファイル（光源の広がり）を考慮した制御を行い、黒挿入率が一定でありながら画面全体の輝度を低下させることなく消灯部の輝度をより低下させるため、黒挿入率に応じて点灯領域の中央部輝度を最も高くする。

液晶表示装置のバックライトスキャン制御において、バックライトの消灯あるいは点灯するタイミングや黒挿入率を制御することで、動特性の改善を行っているものは多いが、バックライトの光源のプロファイルまで考慮したものは見られない。そこで、本実施例によれば、バックライト、特にＬＥＤバックライトを用いたスキャン制御において、黒の挿入率が一定でありながら、輝度を全点灯の際と同程度に保ち、画面上においてバックライトの消灯部における輝度をより低減することで動特性の向上が可能となる効果がある。

本発明の実施の形態にかかる液晶表示装置の構成を示すブロック図。 実施の形態の液晶表示装置の機能構成を示すブロック図。 実施の形態のバックライトをスキャン制御することの出来る光源の例。 実施の形態のバックライト制御手段の方法についての説明図。 実施の形態のバックライト制御の実施例についての説明図。 実施の形態のバックライト制御の実施例についての説明図。

符号の説明

１…液晶表示装置、１０…画像データ受信部、２０…画像データ処理部、２１…情報取得部、２２…光源制御部、２３…メモリ、３０…画像表示制御部、４０…表示部、４１…ゲートドライバ、４２…ソースドライバ、４３…液晶パネル、４３１…第１の表示領域、４３２…第２の表示領域、５０…バックライト、５１…光源ユニット。

Claims (5)

1. 映像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルにバックライト光源を照射するバックライトと、
   外部から入力された映像信号を解析しバックライト制御情報を出力する映像解析手段と、
   前記映像解析手段から入力された前記バックライト制御情報に基づき黒画像の挿入率を一定としたまま前記バックライト光源の点灯領域の輝度を中央近辺を凸様とするバックライト制御手段と、
   前記外部から入力された映像信号を前記凸様に応じて補正する映像補正手段と、
   前記映像補正手段が補正した映像信号データを前記表示パネルに送り前記表示パネルを制御するパネル制御手段とを
   具備していることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記バックライト光源は、スキャン制御を行う部分光源からなり、いずれの部分光源も前記表示パネルの前記スキャン制御方向と垂直方向に複数分割して制御することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記バックライト制御手段は、前記点灯領域の中央部の輝度を最も高くしていることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記部分光源が一つまたは複数の発光素子で構成されていることを特徴とする請求項１記載の映像表示装置。
5. 前記発光素子が、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)、ＥＬ（Electro Luminescence）、ＬＤ(Laser Diode)のいずれかであることを特徴とする請求項４記載の液晶表示装置。

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