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JPWO2006095743A1 - 表示装置、液晶モニター、液晶テレビジョン受像機および表示方法 - Google Patents

表示装置、液晶モニター、液晶テレビジョン受像機および表示方法 Download PDF

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Abstract

本表示装置では、制御部(15)が、後サブフレームの期間と前サブフレームにフレームを分割し、低輝度では前サブフレームを黒表示とする一方、高輝度では後サブフレームを白表示とする。これにより、白浮き現象を抑制できる。また、制御部(15)が、表示部(14)の光源を、フレーム周波数のn.5倍であって、450Hz以上の調光周波数でのPWM調光方式で調光している。これにより、横縞の発生を防止できる。また、調光周波数を十分に上げているため、フリッカを目立たなくできる。

Description

本発明は、1フレームを、複数のサブフレームに分割して画像表示を行う表示装置に関するものである。
近年、CRT(陰極線管)が用いられていた分野で、液晶表示装置、特にTN(Twisted Nematic)型の液晶表示パネル(TNモードの液晶パネル;TNパネル)を有するカラー液晶表示装置が多く用いられるようになってきている。例えば、特許文献1には、表示する画像が動画像であるか静止画像であるかによってTNパネルの駆動方法を切り替える、液晶表示装置が開示されている。
ところで、このようなTNパネルでは、CRTに比して、視野角特性にやや問題がある。このため、視線角度(パネルを見る角度;パネルの法線方向と、パネルを見る方向とのなす角度)の増加に応じて階調特性が変わり、階調反転してしまう角度も存在する。
そこで、従来、光学フィルムを用いて視野角特性の改善する技術や、表示方法に工夫を凝らすことで階調反転を抑制する記述が開発されている。例えば、特許文献2および特許文献3では、1フレームを分割して1画素に複数回信号書込みを行う、またその信号書込み電圧レベルを組み合わせて改善する方法がある。
また、TV(テレビジョン受像機)などの広視野角を必要とする液晶表示パネルでは、TNモードではなく、IPS(In−Plane−Switching)モードやVA(Vertical Alignment)モードなどの液晶を用いることによって、広視野角化を図っている。例えば、VAモードの液晶パネル(VAパネル)では、上下左右170°の範囲でコントラストが10以上となり、階調反転もなくなっている。
特開2001−296841号公報(公開日;2001年10月26日) 特開平5−68221号公報(発行日;1993年3月19日) 特開2002−23707号公報(公開日;2002年1月25日) 特開2000−321551号公報(公開日;2000年11月24日) 特開平9−127917号公報(公開日;1997年5月16日) 特開2004−4659(公開日;2004年1月8日) 新編 色彩科学ハンドブック;第2版(東京大学出版会;公開日;1998年6月10日)
しかしながら、広視野角といわれているVAパネルでも、視野角度による階調特性の変化を完全になくすことはできず、例えば左右方向の視野角度が大きくなると階調特性が悪化する。
すなわち、図2に示すように、視野角度が60度となると、正面からパネルを望む場合(視野角度0度)に対し、階調γ特性が変わり、中間調の輝度が明るくなる白浮き現象が起こってしまう。
また、IPSモードの液晶パネルに関しても、光学フィルムなどの光学特性の設計にもよるが、程度の大小はあれ、視野角度の増加に応じて階調特性の変化が起こる。
本発明は、上記のような従来の問題点に鑑みてなされたものである。そして、その目的は、白浮き現象を抑制可能な表示装置を提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の表示装置は、1フレームを、m個(m;2以上の整数)のサブフレームに分割して画像表示を行う表示装置であって、表示信号の電圧に基づいた輝度の画像を表示する表示部と、1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を生成して表示部に出力する制御部とを備えており、この制御部が、表示部の光源をPWM調光方式で調光するように設計されている構成である。
本表示装置は、液晶表示素子からなる表示画面を備えた表示部を用いて画像を表示するものである。そして、本表示装置は、制御部が、サブフレーム表示によって表示部を駆動するようになっている。ここで、サブフレーム表示とは、1つのフレームを複数(m個;mは2以上の整数)のサブフレーム(第1〜第mサブフレーム)に分けて行う表示方法である。
すなわち、制御部は、1フレーム期間に、表示部に対して、表示信号をm回出力する(第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を順に出力する)。これにより、制御部は、各サブフレーム期間で、表示部の表示画面の全ゲートラインを1回ずつONとする(1フレームにm回ONとする)こととなる。
また、制御部は、表示信号の出力周波数(クロック)を、好ましくは通常ホールド表示時のm倍(m倍クロック)とする。なお、通常ホールド表示とは、フレームをサブフレームに分割せずに行う通常の表示(1フレーム期間で、表示画面の全ゲートラインを1回だけONとする表示)のことである。
また、表示部(表示画面)は、制御部から入力された表示信号の電圧(表示信号の輝度階調に応じた電圧)に基づいた輝度の画像を表示するように設計されている。
そして、制御部は、フレームを分割することで1フレームに画面から出力される輝度の総和(全輝度)を変えないように、第1〜第m表示信号を生成する(これらの表示信号の電圧を設定する)ようになっている。なお、表示信号の電圧は、表示部における各画素の液晶に印加される電圧(液晶電圧)である。
ここで、通常、表示部の表示画面では、表示信号の電圧(液晶電圧)を最小あるいは最大に近づける場合に、大きな視野角度での実際明度と予定明度とのズレ(明度ズレ)を十分に小さくできる。
ここで、明度とは、表示される画像の輝度に応じた、人間の感じる明るさの度合いである(後述する実施形態における(5)(6)式参照)。なお、1フレームで出力される輝度の総和が不変の場合、同じく1フレームで出力される明度の総和も変わらない。
また、予定明度とは、表示画面で表示されるはずの明度(液晶電圧に応じた値)のことである。また、実際明度とは、画面で実際に表示された明度のことであり、視野角度に応じて変化する値である。画面の正面では、これら実際明度と予定明度とは等しくなり、明度ズレはない。一方、視野角を大きくするにつれて、明度ズレも大きくなる。
従って、本表示装置では、画像を表示する際、制御部が、第1〜第m表示信号の少なくとも1つの電圧を最小あるいは最大に近づけることが好ましい。これにより、少なくとも1つのサブフレームでの明度ズレを十分に小さくできる。これにより、本表示装置では、通常ホールド表示を行う場合に比して、明度ズレを小さく抑えられるので、視野角特性を向上させることが可能となる。このため、白浮き現象を良好に抑制できる。
また、上記のようなサブフレーム表示を行うことによって、動画の表示品質を向上させることも可能となる。すなわち、通常ホールド表示で表示されている物体の動きを視線追従すると、直前のフレームの色や明るさも同時に見えてしまう。このため、物体のエッジがボケて認識される。
一方、サブフレーム表示(特に低輝度)で動画を表示する場合には、各フレームのいずれかのサブフレームの輝度が低くなる。このため、視認しているフレームの画像と、直前のフレームの画像(色・明るさ)とが視覚上で混在することを抑制できる。従って、上記のようなエッジボケを回避し、動画の表示品質を向上させられる。
また、本表示装置は、PWM調光方式で調光を行うように設計されている。本表示装置の表示部(液晶表示素子)は、光の透過量を制御することで階調を表現するものである。従って、何らかの光源(蛍光管、LED、EL、FEDなど)が必要である。また、現在、大型の表示素子では、効率のよさから、光源として蛍光管を使用することが一般的である。
また、光源の調光方式として、一般的に、電流調光方式(または電圧調光方式とも言う)とPWM調光方式との2通りが使用されている。
電流調光方式は、光源に印加する電流(ランプ電流)の振幅を変動させることで、光源から照射する光の大きさ(明るさ)を制御する方式である。なお、光源として蛍光管を使用する場合、ランプ電流の振幅を小さくしすぎると、蛍光管が光らなくなる。このため、電流調光方式では、調光範囲(実現できる明るさの範囲)を広くできないという欠点がある。従って、液晶テレビなどの調光範囲の広さが求められる装置では、PWM調光方式をとることが好ましいといえる。
なお、PWM調光とサブフレーム表示とを単純に組み合わせると、フリッカや横縞といった干渉現象の発生する可能性がある。すなわち、サブフレーム表示では、PWM調光を行うと、調光周波数とサブフレームの周波数とが干渉してしまい、表示部を透過する光の波形(透過波形)の周波数が調光周波数よりも大きく下がってしまうことがある。このような場合、ユーザーはフリッカを強く感じることとなる。
なお、このフリッカは、調光周波数がフレーム周波数のn.5倍(nは整数)に近いほど激しくなる。また、調光周波数がフレーム周波数のn倍となると、透過波形の周波数がフレーム周波数と等しくなるため、フリッカを目立たない程度に低減することが可能となる。しかしながら、調光周波数をフレーム周波数のn倍に近づける場合、画面上に横縞が発生するという干渉現象が起こる。
すなわち、光源は、通常、画面全体に対して同時刻に光を照射する。一方、表示部(液晶表示素子)はラインスキャンで駆動される。従って、表示画面の各ラインは、その位置に応じて、異なる時刻にON/OFFされることとなる。このため、異なる位置にあるラインでは、液晶の応答波形のON/OFFタイミングがずれる(時刻に対してスライドする)こととなる。
従って、ライン位置によって、透過波形のONとなる時間(高輝度となる時間)の割合が異なることとなる。このため、ライン間で平均輝度に差が発生し、これが横縞現象として認識される。
なお、調光周波数がフレーム周波数のちょうどn倍のとき、横縞は画面上で止まっている。そして、n倍から外れるにつれて、横縞が画面を上下に流れ始める。さらに調光周波数がn倍から大きく外れ、n.5倍の周波数に近づくと、横縞は消えてゆく。
すなわち、調光周波数をフレーム周波数のn.5倍とすると、光源の発光波形が隣接するフレーム間で逆位相となる。従って、各ラインからの透過波形についても、隣接フレーム間で逆位相となる。このため、各ラインからの2フレームでの透過光量を等しくできる(時間補償できる)ので、横縞の発生を回避できる。
そこで、本表示装置では、PWM調光とサブフレーム表示とを組み合わせる場合、制御部は、調光周波数を、「フレーム周波数のn.5倍であって、450Hz以上の値」に設定することが好ましい。
この場合、調光周波数をフレーム周波数のn.5倍としているため、上記したような横縞は発生しない。また、フリッカについては、各ラインで透過波形の周波数がフレーム周波数の半分となるものの、調光周波数を十分に上げているため、フリッカを目立たなくすることが可能となっている。
すなわち、表示部の2本のライン(ラインA・Bとする)には、フレームごとに逆転した関係(ラインAの1フレーム目(2フレーム目)の光量が、ラインBの2フレーム目(1フレーム目)と同じ)となるものがある。そして、このような関係にあるラインを画面上で密に配置できれば、これらのラインからの光をユーザーに同時に視認させることで、フリッカを空間的に補償できることとなる。
ここで、上記のような関係にある2本のラインは、調光周波数が高くなるほど、画面上での距離が近くなる。従って、調光周波数を十分に上げることで、その値をフレーム周波数のn.5倍に設定しても、フリッカを目立たなくすることが可能となる。
なお、輝度50%の場合(黒挿入率50%の場合)、調光周波数を450Hz以上とすれば、フリッカが目立たなくなるという実験結果を得ている。また、フリッカは、黒挿入率が50%であるとき、もっとも目立つ。
従って、本表示装置では、調光周波数を、「フレーム周波数のn.5倍であって、450Hz以上の値」とすることで、横縞とフリッカとの双方の発生を回避できるようになっている。
また、このように調光周波数を上げることなく、干渉現象を抑制することも可能である。これは、例えば、「光源の発光波形を、ともにフレームの周波数のn.5倍の周波数を有し、互いに逆位相でパルス幅の異なる主発光パルスと輝度補償パルスとを組み合わせた波形とする」ことによって実現できる。
この構成では、各ラインの透過波形では、主発光パルスと輝度補償パルスとの透過量は、フレーム毎に増減しているが、フレーム毎に逆の比率となる。例えば、1つのラインに関し、主発光パルス(ハイ)の発生比率が1フレーム目対2フレーム目で2.5対3である場合、輝度補償パルスでは、逆の3対2.5となる。
このため、透過波形については、その周波数は小さいものの、輝度補償パルスを用いることで、フレーム間の輝度差を小さくできる。従って、フリッカを目立たなくすることが可能となる。
また、この構成では、調光周波数を450Hzよりも小さくできるため、光源の駆動効率の低下を回避できる。なお、この構成では、2つのパルスを用いるため、効率の悪化が懸念される。しかしながら、輝度補償パルスのパルス幅は、フレーム期間に比べて非常に小さい。従って、輝度補償パルスが光源の駆動効率に与える影響は、十分に小さいといえる。
また、調光周波数をフレーム周波数のn倍とするような制御も可能である。例えば、制御部は、フレーム周波数のn倍の周波数を有する、パルス幅の比較的長い主発光パルスを光源から発光する。そして、この主発光パルスを、フレームごとに位相反転するように制御する。
なお、この場合、上記の横縞については回避できるものの、フリッカについての対策を講じることが好ましい。そこで、制御部は、光源の発光波形に対し、パルス幅の比較的に短い上記した輝度補償パルスを、主発光パルスと同じ周波数で、かつ逆位相で挿入する。さらに、制御部は、主発光パルスの位相の変わるタイミングで、輝度補償パルスに代えて、輝度補償加パルスあるいは輝度補償減パルスを挿入する。
ここで、輝度補償加パルスは、主発光パルスが連続してOFF(ロー)となるときに挿入される、光源をONとするパルスである。一方、輝度補償減パルスは、主発光パルスが連続してON(ハイ)となるときに挿入される、光源をOFFとするパルスである。
すなわち、この構成では、主発光パルスの光量が少なくなり過ぎるところで、輝度補償加パルスを挿入して光量を上げる一方、主発光パルスの光量が多くなり過ぎるところで、輝度補償減パルスを挿入して光量を下げるように設計されている。
これにより、この構成では、各ラインにおけるフレーム間での輝度の差を少なくできる(各フレームの時間平均輝度を一定に近づけられる)。従って、フリッカを低減することが可能となる。
また、本表示装置でサブフレーム表示とPWM調光とを組み合わせる場合、表示部が複数の光源を有しているときには、制御部は、少なくとも2つの光源の発光波形が互いに異なる位相となるように、PWM調光を行うことも好ましい。
この構成では、各光源の発光波形にずれが生じるため、全光源からの光を合わせた混合光のDC成分を多くできる。従って、光源の発光量における時間変動量を小さくできる。また、ライン間での発光量の差も低減できる。従って、調光信号の周波数を上げなくとも、フリッカや横縞などの干渉現象を目立たなくすることが可能となる。
また、この場合、制御部は、各光源をp個(pは2以上の自然数)のグループにわけ、光源の発光波形の位相を、グループごとに360°/pずつ、ずらすような制御を行うことが好ましい。これにより、混合光のDC成分を非常に多くできる。
なお、上記のような複数の光源を使用する場合、光源としては、直下型のバックライト、サイド型のバックライト、サイド型のフロントライトなどを用いることが可能である。なお、バックライトを用いる場合、表示部は透過型あるいは半透過型の表示素子となる。また、フロントライトを用いる場合、表示部は反射型の表示素子となる。
また、上記の表示部が、複数の直下型の光源を並べてなる光源群を有している場合、各光源は、自身に近い複数のゲートラインからなるゲートライン群(全ゲートラインの一部をなす群)に対して光を送ることとなる。
この場合、制御部は、光源の発光波形の周波数をフレームの周波数のn倍とするとともに、「各光源に割り当てられたゲートライン群がONとなったときにおける、その光源の発光波形の状態」を、全光源(全ゲートライン群)で同一とするように、PWM調光を行うことが好ましい。
この場合、調光周波数をフレーム周波数のn倍としているため、フリッカは発生しない。また、この構成では、全ゲートライン群で、光源の発光波形と液晶の応答波形との位相の関係が一致している。従って、この構成では、ライン位置によって、透過波形のONとなる時間(高輝度となる時間)の割合が異なることを防止できる。従って、ライン間での平均輝度に差がでないので、横縞現象の発生を回避することが可能となっている。
また、本表示装置でサブフレーム表示とPWM調光とを組み合わせる場合、制御部は、光源に一定の発光電力を供給した状態で、PWM調光を行うように設定されていてもよい。
これにより、発光波形は、一定の振幅に、PWM調光に応じた振幅が重なる波形となる。従って、発光波形のDC成分を容易に高められる。
このため、光源の発光量における時間変動量を小さくできる。また、ライン間での発光量の差も低減できる。従って、調光信号の周波数を上げなくとも、フリッカや横縞などの干渉現象を目立たなくすることが可能となる。
また、サブフレーム表示とPWM調光とを組み合わせる場合、表示部に反射型あるいは半透過型の液晶表示素子を用いるときには、光源の光を外光に合わせて制御するように設計してもよい。
この構成では、表示部に照射される外光の輝度波形を検出する輝度センサーを備えることが好ましい。そして、制御部は、光源の発光波形を、外光の輝度波形と同周波数で逆位相とするように、PWM調光を行うことが好ましい。
これにより、この構成では、表示部に対し、同周波数で逆位相の光の混合された、DC成分の大きい光を照射することが可能となる。従って、この構成では、光源の発光量における時間変動量を小さくできる。また、ライン間での発光量の差も低減できる。従って、調光信号の周波数を上げなくとも、フリッカや横縞などの干渉現象を目立たなくすることが可能となる。また、本表示装置の光源としては、蛍光管、LED、EL、FEDなどを用いることが可能である。
また、本表示装置と画像信号入力部(信号入力部)とを組み合わせることで、パーソナルコンピューターなどに使用される液晶モニターを構成することが可能である。
ここで、画像信号入力部とは、外部から入力された画像信号を制御部に伝達するためのものである。この構成では、本表示装置の制御部が、画像信号入力部から伝達された画像信号に基づいて、表示信号を生成して表示部に出力することとなる。
また、本表示装置とチューナ部とを組み合わせることで、液晶テレビジョン受像機を構成することも可能である。
ここで、チューナ部とは、テレビ放送信号を受信するためのものである。この構成では、本表示装置の制御部が、チューナ部から伝達されたテレビ放送信号に基づいて表示信号を生成して表示部に出力することとなる。
また、本発明の画像表示方法(本表示方法)は、
1フレームを、m個(m;2以上の整数)のサブフレームに分割して画像表示を行う表示方法であって、1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を生成して液晶表示素子からなる表示部に出力する出力工程を含み、さらに、表示部の光源をPWM調光方式で調光する調光工程を含んでいる方法である。
本表示方法は、上記した本表示装置において使用されている方法である。従って、この表示方法では、通常ホールド表示を行う場合に比して、明度ズレを小さく抑えられるので、視野角特性を向上させることが可能となる。このため、白浮き現象を良好に抑制できる。また、動画の表示品質を向上させることも可能となる。
さらに、PWM調光方式で調光を行うことにより、電流調光方式を用いる場合に比して、より広い範囲での調光を行える。
以上のように、本発明の表示装置は、1フレームを、m個(m;2以上の整数)のサブフレームに分割して画像表示を行う表示装置であって、表示信号の電圧に基づいた輝度の画像を表示する表示部と、1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を生成して表示部に出力する制御部とを備えており、この制御部が、表示部の光源をPWM調光方式で調光するように設計されている構成である。
本表示装置では、サブフレーム表示を行うことにより、通常ホールド表示を行う場合に比して、明度ズレを小さく抑えられる。従って、視野角特性を向上させられるため、白浮き現象を良好に抑制できる。また、動画の表示品質を向上させることも可能となる。さらに、PWM調光方式で調光を行うことにより、電流調光方式を用いる場合に比して、より広い範囲での調光を行える。
本発明のさらに他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分わかるであろう。また、本発明の利益は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
本発明の一実施形態にかかる表示装置の構成を示すブロック図である。 通常ホールド表示の場合に液晶パネルから出力される表示輝度(予定輝度と実際輝度との関係)を示すグラフである。 図1に示した表示装置においてサブフレーム表示を行う場合に液晶パネルから出力される表示輝度(予定輝度と実際輝度との関係)を示すグラフである。 (a)は、図1に示した表示装置のフレームメモリに入力される画像信号を示す説明図であり、(b)は、3:1に分割する場合における、フレームメモリから前段LUTに出力される画像信号を示す説明図であり、(c)は、同じく後段LUTに出力される画像信号を示す説明図である。 図1に示した表示装置においてフレームを3:1に分割する場合における、前段表示信号と後段表示信号とに関するゲートラインのONタイミングを示す説明図である。 図3に示した輝度のグラフを明度に変換したものを示すグラフである。 図1に示した表示装置においてフレームを3:1に分割した場合における、予定明度と実際明度との関係を示すグラフである。 図1に示した表示装置の構成を一部変更した表示装置を示す説明図である。 電極間電圧の極性をフレーム周期で反転させる方法を示す説明図である。 電極間電圧の極性をフレーム周期で反転させる方法を示す説明図である。 液晶の応答速度を説明するための図である。 液晶の応答速度を説明するための図である。 液晶の応答速度を説明するための図である。 応答速度の遅い液晶を用いてサブフレーム表示を行う場合に、液晶パネルから出力される表示輝度(予定輝度と実際輝度との関係)を示すグラフである。 表示輝度がLmaxの3/4および1/4の場合に、前サブフレームおよび後サブフレームによって表示される輝度を示すグラフである。 液晶に印加される電圧(液晶電圧)の極性をサブフレーム周期で変えた場合の、液晶電圧の遷移状態を示すグラフである。 電極間電圧の極性をフレーム周期で反転させる方法を示す説明図である。 電極間電圧の極性をフレーム周期で反転させる方法を示す説明図である。 液晶パネルにおける4つの画素と、各画素の液晶電圧の極性を示す説明図である。 液晶パネルにおける4つの画素と、各画素の液晶電圧の極性を示す説明図である。 液晶パネルにおける4つの画素と、各画素の液晶電圧の極性を示す説明図である。 液晶パネルにおける4つの画素と、各画素の液晶電圧の極性を示す説明図である。 均等な3つのサブフレームにフレームを分割して表示を行った結果(破線および実線)と、通常ホールド表示を行った結果(一点鎖線および実線)と合わせて示すグラフである。 フレームを3つに分割し、フレームごとに電圧極性を反転した場合における、液晶電圧の遷移を示すグラフである。 フレームを3つに分割し、サブフレームごとに電圧極性を反転した場合における、液晶電圧の遷移を示すグラフである。 輝度を調整しないサブフレームにおける、表示部に出力される信号階調(%;表示信号の輝度階調)と、各信号階調に応じた実際輝度階調(%)との関係(視野角階調特性(実測))を示すグラフである。 電流調光方式を示す説明図である。 PWM調光方式を示す説明図である。 光源として蛍光管を用いた場合における、調光信号の波形、ランプ電流波形および発光波形(蛍光管から出力される光の波形)の例を示すグラフである。 本発明に関する、PWM調光を行う表示装置の内部構成を示すブロック図である。 PWM調光を通常ホールド表示と組み合わせた場合における、光源の発光波形、液晶の電極間電圧の波形(液晶応答波形)、液晶を透過する光の波形(透過波形)の関係の例を示すグラフである。 PWM調光をサブフレーム表示(低輝度の場合)と組み合わせた場合における、同様の波形を示すグラフである。 PWM調光をサブフレーム表示と組み合わせた場合における、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。 調光周波数を「フレーム周波数のn.5倍であって、450Hz以上の値」に設定した場合における、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。 輝度補償パルスを用いた場合における、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。 光源の発光波形を、フレームごとに位相反転するにおける、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。 光源の発光波形をフレームごとに逆位相とするとともに、正補償パルスと負補償パルスとを加える場合における、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。 光源の発光波形を、直流成分(DC成分)を含むように制御する場合における、表示装置の構成を示すブロック図である。 (a)(b)は、図30に示した構成における、第1蛍光管の発光波形(第1波形)、第2蛍光管の発光波形(第2波形)と、両蛍光管の発光波形を混合した波形(混合波形)の例を示すグラフである。 蛍光管を3種類に分け、種類ごとに独立に制御する場合における、表示装置の構成を示すブロック図である。 (a)(b)は、図30に示した構成における、蛍光管(第1〜第3波形)と、これらを混合した波形(混合波形)の例を示すグラフである。 直下型バックライトを有する液晶表示素子の構成を示す説明図である。 光源としての2本のLEDを導光板の2辺に備えた、バックライト型の液晶表示素子の構成を示す説明図である。 光源としての2本のLEDを導光板の1辺に備えた、バックライト型の液晶表示素子の構成を示す説明図である。 光源としての2本のLEDを導光板の2辺に備えた、フロントライト型の液晶表示素子の構成を示す説明図である。 光源としての2本のLEDを導光板の1辺に備えた、フロントライト型の液晶表示素子の構成を示す説明図である。 蛍光管の発光タイミングと液晶パネルのゲートラインのONタイミングとを同期させる場合における、表示装置の構成を示すブロック図である。 図39に示した表示装置に関する、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。 PWM調光方式と電流調光方式とを併用する表示装置の構成を示すブロック図である。 図41に示した表示装置に関する、電流調光制御信号、PWM調光制御信号、ランプ電流および発光波形の例を示すグラフである。 外光に合わせた光源制御を行う、反射型の表示装置の構成を示す図である。 図43に示した表示装置に入射される外光の輝度波形を示すグラフである。 図43に示した表示装置における光源の発光波形を示すグラフである。 図43に示した表示装置の液晶パネルに入射される光の波形を示すグラフである。 外光に合わせた光源制御を行う、半透過型の表示装置の構成を示す図である。 図8に示した表示装置を備えた液晶テレビの構成を示す説明図である。
本発明の一実施形態について説明する。
本実施の形態にかかる液晶表示装置(本表示装置)は、複数のドメインに分割された垂直配向(VA)モードの液晶パネルを有するものである。そして、本表示装置は、外部から入力された画像信号を液晶パネルに表示する液晶モニターとして機能するものである。
図1は、本表示装置の内部構成を示すブロック図である。この図に示すように、本表示装置は、フレームメモリ(F.M.)11、前段LUT12、後段LUT13、表示部14および制御部15を備えている。
フレームメモリ(画像信号入力部)11は、外部の信号源から入力される画像信号(RGB信号)を1フレーム分蓄積するものである。前段LUT(look−up table)12および後段LUT13は、外部から入力される画像信号と、表示部14に出力する表示信号との対応表(変換表)である。
なお、本表示装置は、サブフレーム表示を行うようになっている。ここで、サブフレーム表示とは、1つのフレームを複数のサブフレームに分けて表示を行う方法である。
すなわち、本表示装置は、1フレーム期間に入力される1フレーム分の画像信号に基づいて、その2倍の周波数で、サイズ(期間)の等しい2つのサブフレームによって表示を行うように設計されている。
そして、前段LUT12は、前段のサブフレーム(前サブフレーム;第2サブフレーム)において出力される表示信号(前段表示信号;第2表示信号)のための対応表である。一方、後段LUT13は、後段のサブフレーム(後サブフレーム;第1サブフレーム)において出力される表示信号(後段表示信号;第1表示信号)のための対応表である。
表示部14は、図1に示すように、液晶パネル21、ゲートドライバー22、ソースドライバー23を備えており、入力される表示信号に基づいて画像表示を行うものである。ここで、液晶パネル21は、VAモードのアクティブマトリックス(TFT)液晶パネルである。
制御部15は、本表示装置における全動作を制御する、本表示装置の中枢部である。そして、制御部15は、上記した前段LUT12、後段LUT13を用いて、フレームメモリ11に蓄積された画像信号から表示信号を生成し、表示部14に出力するものである。
すなわち、制御部15は、通常の出力周波数(通常クロック;例えば25MHz)で送られてくる画像信号をフレームメモリ11に蓄える。そして、制御部15は、この画像信号を、通常クロックの2倍の周波数を有するクロック(倍クロック;50MHz)により、フレームメモリ11から2回出力する。
そして、制御部15は、1回目に出力する画像信号に基づいて、前段LUT12を用いて前段表示信号を生成する。その後、2回目に出力する画像信号に基づいて、後段LUT13を用いて後段表示信号を生成する。そして、これらの表示信号を、倍クロックで順次的に表示部14に出力する。
これにより、表示部14が、順に入力される2つの表示信号に基づいて、1フレーム期間に、互いに異なる画像を1回ずつ表示する(両サブフレーム期間で、液晶パネル21の全ゲートラインを1回ずつONとする)。なお、表示信号の出力動作については、後により詳細に説明する。
ここで、制御部15による、前段表示信号および後段表示信号の生成について説明する。まず、液晶パネルに関する一般的な表示輝度(パネルによって表示される画像の輝度)について説明する。
通常の8ビットデータを、サブフレームを用いずに1フレームで画像を表示する場合(1フレーム期間で、液晶パネルの全ゲートラインを1回だけONとする、通常ホールド表示する場合)、表示信号の輝度階調(信号階調)は、0〜255までの段階となる。
そして、液晶パネルにおける信号階調と表示輝度とは、以下の(1)式によって近似的に表現される。
((T−T0)/(Tmax−T0))=(L/Lmax)^γ・・・(1)
ここで、Lは1フレームで画像を表示する場合(通常ホールド表示で画像を表示する場合)の信号階調(フレーム階調)、Lmaxは最大の輝度階調(255)、Tは表示輝度、Tmaxは最大輝度(L=Lmax=255のときの輝度;白)、T0は最小輝度(L=0のときの輝度;黒)、γは補正値(通常2.2)である。なお、実際の液晶パネル21では、T0=0ではない。しかしながら、説明を簡略化するため、以下では、T0=0とする。
また、この場合(通常ホールド表示の場合)に液晶パネル21から出力される表示輝度Tを、図2にグラフとして示す。このグラフは、横軸に『出力されるはずの輝度(予定輝度;信号階調に応じた値、上記の表示輝度Tに相当)』を、縦軸に『実際に出力された輝度(実際輝度)』を示している。
このグラフに示すように、この場合には、上記した2つの輝度は、液晶パネル21の正面(視野角度0度)においては等しくなる。一方、視野角度を60度としたときには、実際輝度が、階調γ特性の変化によって、中間調の輝度で明るくなってしまう。
次に、本表示装置における表示輝度について説明する。
本表示装置では、制御部15が、
(a)「前サブフレームおよび後サブフレームのそれぞれにおいて表示部14によって表示される画像の輝度(表示輝度)の総和(1フレームにおける積分輝度)を、通常ホールド表示を行う場合の1フレームの表示輝度と等しくする」
(b)「一方のサブフレームを黒(最小輝度)、または白(最大輝度)にする」
を満たすように階調表現を行うように設計されている。
このために、本表示装置では、制御部15が、フレームを2つのサブフレームに均等に分割し、1つのサブフレームによって最大輝度の半分までの輝度を表示するように設計されている。
すなわち、最大輝度の半分(閾輝度;Tmax/2)までの輝度を1フレームで出力する場合(低輝度の場合)、制御部15は、前サブフレームを最小輝度(黒)とし、後サブフレームの表示輝度のみを調整して階調表現を行う(後サブフレームのみを用いて階調表現を行う)。この場合、1フレームにおける積分輝度は『(最小輝度+後サブフレームの輝度)/2』の輝度となる。
また、上記の閾輝度より高い輝度を出力する場合(高輝度の場合)、制御部15は、後サブフレームを最大輝度(白)とし、前サブフレームの表示輝度を調整して階調表現を行う。
この場合、1フレームにおける積分輝度は『(前サブフレームの輝度+最大輝度)/2』の輝度となる。
次に、このような表示輝度を得るための表示信号(前段表示信号および後段表示信号)の信号階調設定について具体的に説明する。なお、信号階調設定については、図1に示した制御部15が行う。制御部15は、上記した(1)式を用いて、上記した閾輝度(Tmax/2)に対応するフレーム階調をあらかじめ算出しておく。
すなわち、このような表示輝度に応じたフレーム階調(閾輝度階調;Lt)は、(1)式より、
Lt=0.5^(1/γ)×Lmax ・・・(2)
ただし、Lmax=Tmax^γ ・・・(2a)
となる。
そして、制御部15は、画像を表示する際、フレームメモリ11から出力された画像信号に基づいて、フレーム階調Lを求める。
そして、このLがLt以下の場合、制御部15は、前段表示信号の輝度階調(Fとする)を、前段LUT12によって最小(0)とする。一方、制御部15は、後段表示信号の輝度階調(Rとする)を、(1)式に基づいて、
R=0.5^(1/γ)×L ・・・(3)
となるように、後段LUT13を用いて設定する。
また、フレーム階調LがLtより大きい場合、制御部15は、後段表示信号の輝度階調Rを最大(255)とする。一方、制御部15は、前サブフレームの輝度階調Fを、(1)式に基づいて、
F=(L^γ−0.5×Lmax^γ)^(1/γ)・・・(4)
とする。
次に、本表示装置における表示信号の出力動作について、より詳細に説明する。なお、以下では、液晶パネル21の画素数をa×bとする。この場合、制御部15は、ソースドライバー23に対し、倍クロックで、1番目のゲートラインの画素(a個)の前段表示信号を蓄積する。
そして、制御部15は、ゲートドライバー22によって、1番目のゲートラインをONとし、このゲートラインの画素に対して前段表示信号を書き込む。その後、制御部15は、ソースドライバー23に蓄積する前段表示信号を変えながら、同様に、2〜b番目のゲートラインを倍クロックでONしてゆく。これにより、1フレームの半分の期間(1/2フレーム期間)で、全ての画素に前段表示信号を書き込める。
さらに、制御部15は、同様の動作を行って、残りの1/2フレーム期間で、全ゲートラインの画素に後段表示信号の書き込みを行う。これにより、各画素には、前段表示信号と後段表示信号とが、それぞれ均等の時間(1/2フレーム期間)書き込まれることになる。
図3は、このような前段表示信号および後段表示信号を前・後サブフレームに分けて出力するサブフレーム表示を行った結果(破線および実線)を、図2に示した結果(一点鎖線および実線)と合わせて示すグラフである。
本表示装置では、図2に示したように、大きな視野角度での実際輝度と予定輝度(実線と同等)とのズレが、表示輝度が最小あるいは最大の場合に最小(0)となる一方、中間調(閾輝度近傍)で最も大きくなる液晶パネル21を用いている。
そして、本表示装置では、1つのフレームをサブフレームに分割するサブフレーム表示を行っている。さらに、2つのサブフレームの期間を等しく設定し、低輝度の場合、1フレームにおける積分輝度を変化させない範囲で、前サブフレームを黒表示とし、後サブフレームのみを用いて表示を行っている。従って、前サブフレームでのズレが最小となるので、図3の破線に示すように、両サブフレームのトータルのズレを約半分に減らせる。
一方、高輝度の場合、1フレームにおける積分輝度を変化させない範囲で、後サブフレームを白表示とし、前サブフレームの輝度だけを調整して表示を行っている。このため、この場合にも、後サブフレームのズレが最小となるので、図3の破線に示すように、両サブフレームのトータルのズレを約半分に減らせる。
このように、本表示装置では、通常ホールド表示を行う構成(サブフレームを用いずに1フレームで画像を表示する構成)に比して、全体的にズレを約半分に減らすことが可能となっている。このため、図2に示したような、中間調の画像が明るくなって白く浮いてしまう現象(白浮き現象)を抑制することが可能である。
なお、本実施の形態では、前サブフレームと後サブフレームとの期間が等しいとしている。これは、最大値の半分までの輝度を1つのサブフレームで表示するためである。しかしながら、これらのサブフレームの期間を、互いに異なる値に設定してもよい。
すなわち、本表示装置において問題とされている白浮き現象は、視野角度の大きい場合に実際輝度が図2のような特性を持つことで、中間調の輝度の画像が明るくなって白く浮いて見える現象のことである。
なお、通常、カメラに撮像された画像は、輝度に基づいた信号となる。そして、この画像をデジタル形式で送信する場合には、(1)式に示したγを用いて画像を表示信号に変換する(すなわち、輝度の信号を(1/γ)乗し、均等割りして階調をつける)。そして、このような表示信号に基づいて、液晶パネル等の表示装置によって表示される画像は、(1)式によって示される表示輝度を有することとなる。
ところで、人間の視覚感覚は、画像を、輝度ではなく明度として受け取っている。また、明度(明度指数)Mとは、以下の(5)(6)式によって表されるものである(非特許文献1参照)。
M=116×Y^(1/3)−16、Y>0.008856・・・(5)
M=903.29×Y、Y≦0.008856 ・・・(6)
ここで、Yは、上記した実際輝度に相当するものであり、Y=(y/yn)なる量である。なお、yは、任意な色のxyz表色系における三刺激値のy値であり、また、ynは、完全拡散反射面の標準の光によるy値でありyn=100と定められている。
これらの式より、人間は、輝度的に暗い映像に対して敏感であり、明るい映像に対しては鈍感になっていく傾向がある。そして、白浮きに関しても、人間は、輝度のズレではなく、明度のズレとして受け取っていると考えられる。
ここで、図6は、図3に示した輝度のグラフを明度に変換したものを示すグラフである。このグラフは、横軸に出力されるはずの明度(予定明度;信号階調に応じた値、上記の明度Mに相当)を、縦軸に実際に出力された明度(実際明度)を示している。このグラフに実線で示すように、上記した2つの明度は、液晶パネル21の正面(視野角度0度)においては等しくなる。
一方、このグラフの破線に示すように、視野角度を60度とし、かつ、各サブフレームの期間を均等とした場合(すなわち、最大値の半分までの輝度を1つのサブフレームで表示する場合)には、実際明度と予定明度とのズレは、通常ホールド表示を行う従来の場合よりは改善されている。従って、白浮き現象を、ある程度は抑制できていることがわかる。
また、人間の視覚感覚にあわせて白浮き現象をより大きく抑制するためには、輝度ではなく、明度に合わせてフレームの分割割合を決定することがより好ましいといえる。そして、実際明度と予定明度とのズレは、輝度の場合と同様に、予定明度における最大値の半分の点で最も大きくなる。
従って、最大値の半分までの輝度を1つのサブフレームで表示するようにフレームを分割するよりも、最大値の半分までの明度を1つのサブフレームで表示するようにフレームを分割する方が、人間に感じられるズレ(すなわち白浮き)を改善できることになる。
そこで、以下に、フレームの分割点における好ましい値について説明する。
まず、演算を簡単に行うために、上記した(5)(6)式を、以下の(6a)式のような形((1)式に類似の形)にまとめて近似する。
M=Y^(1/α) ・・・(6a)
このような形に変換した場合、この式のαは、約2.5となる。
また、このαの値が2.2〜3.0の間にあれば、(6a)式における輝度Yと明度Mとの関係は適切となる(人間の視覚感覚に対応している)と考えられている。
そして、1つのサブフレームで、最大値の半分の明度Mを表示するためには、2つのサブフレームの期間を、γ=2.2のときは約1:3、γ=3.0のときは約1:7とすることが好ましいことがわかっている。なお、このようにフレームを分割する場合には、輝度の小さいときに表示に使用する方のサブフレーム(高輝度の場合に最大輝度に維持しておく方のサブフレーム)を短い期間とすることとなる。
以下に、前サブフレームと後サブフレームとの期間を3:1とする場合について説明する。まず、この場合における表示輝度について説明する。
この場合には、最大輝度の1/4(閾輝度;Tmax/4)までの輝度を1フレームで出力する表示する低輝度表示を行う際、制御部15は、前サブフレームを最小輝度(黒)とし、後サブフレームの表示輝度のみを調整して階調表現を行う(後サブフレームのみを用いて階調表現を行う)。このときには、1フレームにおける積分輝度は、(最小輝度+後サブフレームの輝度)/4の輝度となる。
また、閾輝度(Tmax/4)より高い輝度を1フレームで出力する場合(高輝度の場合)、制御部15は、後サブフレームを最大輝度(白)とし、前サブフレームの表示輝度を調整して階調表現を行う。この場合、1フレームにおける積分輝度は、(前サブフレームの輝度+最大輝度)/4の輝度となる。
次に、このような表示輝度を得るための表示信号(前段表示信号および後段表示信号)の信号階調設定について具体的に説明する。なお、この場合にも、信号階調(および後述する出力動作)は、上記した(a)(b)の条件を満たすように設定される。
まず、制御部15は、上記した(1)式を用いて、上記した閾輝度(Tmax/4)に対応するフレーム階調をあらかじめ算出しておく。
すなわち、このような表示輝度に応じたフレーム階調(閾輝度階調;Lt)は、(1)式より、
Lt=(1/4)^(1/γ)×Lmax ・・・(7)
そして、制御部15は、画像を表示する際、フレームメモリ11から出力された画像信号に基づいて、フレーム階調Lを求める。そして、このLがLt以下の場合、制御部15は、前段表示信号の輝度階調(F)を、前段LUT12を用いて最小(0)とする。
一方、制御部15は、後段表示信号の輝度階調(R)を、(1)式に基づいて、
R=(1/4)^(1/γ)×L ・・・(8)
となるように、後段LUT13を用いて設定する。
また、フレーム階調LがLtより大きい場合、制御部15は、後段表示信号の輝度階調Rを最大(255)とする。一方、制御部15は、前サブフレームの輝度階調Fを、(1)式に基づいて、
F=((L^γ−(1/4)×Lmax^γ))^(1/γ)・・・(9)
とする。
次に、このような前段表示信号および後段表示信号の出力動作について説明する。
上記したように、フレームを均等分割する構成では、画素には、前段表示信号と後段表示信号とが、それぞれ均等の時間(1/2フレーム期間)書き込まれる。これは、倍クロックで前段表示信号を全て書き込んだ後に、後段表示信号の書き込みを行うため、各表示信号に関するゲートラインのON期間が均等となったためである。
従って、後段表示信号の書き込みの開始タイミング(後段表示信号に関するゲートONタイミング)を変えることにより、分割の割合を変えられる。
図4(a)は、フレームメモリ11に入力される画像信号、(b)は、3:1に分割する場合における、フレームメモリ11から前段LUT12に出力される画像信号、そして、(c)は、同じく後段LUT13に出力される画像信号を示す説明図である。また、図5は、同じく3:1に分割する場合における、前段表示信号と後段表示信号とに関するゲートラインのONタイミングを示す説明図である。
これらの図に示すように、この場合、制御部15は、1フレーム目の前段表示信号を、通常のクロックで各ゲートラインの画素に書き込んでゆく。そして、3/4フレーム期間後に、後段表示信号の書き込みを開始する。このときからは、前段表示信号と後段表示信号とを、倍クロックで、交互に書き込んでゆく。
すなわち、「全ゲートラインの3/4」番目のゲートラインの画素に前段表示信号を書き込んだ後、ソースドライバー23に1番目のゲートラインに関する後段表示信号の蓄積し、このゲートラインをONする。次に、ソースドライバー23に「全ゲートラインの3/4」+1番目のゲートラインに関する前段表示信号を蓄積し、このゲートラインをONする。
このように1フレーム目の3/4フレーム期間後から、倍クロックで、前段表示信号と後段表示信号とを交互に出力することで、前サブフレームと後サブフレームとの割合を3:1とすることが可能となる。そして、これら2つのサブフレームにおける表示輝度の総和(積分総和)が、1フレームにおける積分輝度となる。なお、フレームメモリ11に蓄えられたデータは、ゲートタイミングにあわせてソースドライバー23に出力されることになる。
また、図7は、フレームを3:1に分割した場合における、予定明度と実際明度との関係を示すグラフである。この図に示すように、この構成では、予定明度と実際明度とのズレの最も大きくなる点でフレームを分割できている。従って、図6に示した結果に比べて、視野角度を60度とした場合における予定明度と実際明度との差が、非常に小さくなっている。
すなわち、本表示装置では、「Tmax/4」までの低輝度(低明度)の場合、1フレームにおける積分輝度を変化させない範囲で、前サブフレームを黒表示とし、後サブフレームのみを用いて表示を行っている。従って、前サブフレームでのズレ(実際明度と予定明度との差)が最小となるので、図7の破線に示すように、両サブフレームのトータルのズレを約半分に減らせる。
一方、高輝度(高明度)の場合、1フレームにおける積分輝度を変化させない範囲で、後サブフレームを白表示とし、前サブフレームの輝度だけを調整して表示を行っている。このため、この場合にも、後サブフレームのズレが最小となるので、図7の破線に示すように、両サブフレームのトータルのズレを約半分に減らせる。
このように、本表示装置では、通常ホールド表示を行う構成に比して、全体的に明度のズレを約半分に減らすことが可能となっている。このため、図2に示したような、中間調の画像が明るくなって白く浮いてしまう現象(白浮き現象)を、より効果的に抑制することが可能である。
ここで、上記では、表示開始時から3/4フレーム期間までの間において、1フレーム目の前段表示信号を、通常のクロックで各ゲートラインの画素に書き込むとしている。これは、後段表示信号を書き込むべきタイミングに達していないからである。
しかしながら、このような措置に変えて、ダミーの後段表示信号を用いて、表示開始時から倍クロックでの表示を行うようにしてもよい。すなわち、表示開始時から3/4フレーム期間までの間に、前段表示信号と、信号階調0の後段表示信号(ダミーの後段表示信号)とを交互に出力するようにしてもよい。
ここで、以下に、より一般的に、前サブフレームと後サブフレームとの割合をn:1とする場合について説明する。この場合、制御部15は、最大輝度の1/(n+1)(閾輝度;Tmax/(n+1))までの輝度を1フレームで出力する場合(低輝度の場合)、前サブフレームを最小輝度(黒)とし、後サブフレームの表示輝度のみを調整して階調表現を行う(後サブフレームのみを用いて階調表現を行う)。
この場合、1フレームにおける積分輝度は(最小輝度+後サブフレームの輝度)/(n+1)の輝度となる。
また、閾輝度(Tmax/(n+1))より高い輝度を出力する場合(高輝度の場合)、制御部15は、後サブフレームを最大輝度(白)とし、前サブフレームの表示輝度を調整して階調表現を行う。この場合、1フレームにおける積分輝度は『(前サブフレームの輝度+最大輝度)/(n+1)』の輝度となる。
次に、このような表示輝度を得るための表示信号(前段表示信号および後段表示信号)の信号階調設定について具体的に説明する。なお、この場合にも、信号階調(および後述する出力動作)は、上記した(a)(b)の条件を満たすように設定される。
まず、制御部15は、上記した(1)式を用いて、上記した閾輝度(Tmax/(n+1))に対応するフレーム階調をあらかじめ算出しておく。
すなわち、このような表示輝度に応じたフレーム階調(閾輝度階調;Lt)は、(1)式より、
Lt=(1/(n+1))^(1/γ)×Lmax ・・・(10)
そして、制御部15は、画像を表示する際、フレームメモリ11から出力された画像信号に基づいて、フレーム階調Lを求める。そして、このLがLt以下の場合、制御部15は、前段表示信号の輝度階調(F)を、前段LUT12を用いて最小(0)とする。
一方、制御部15は、後段表示信号の輝度階調(R)を、(1)式に基づいて、
R=(1/(n+1))^(1/γ)×L ・・・(11)
となるように、後段LUT13を用いて設定する。
また、フレーム階調LがLtより大きい場合、制御部15は、後段表示信号の輝度階調Rを最大(255)とする。一方、制御部15は、前サブフレームの輝度階調Fを、(1)式に基づいて、
F=((L^γ−(1/(n+1))×Lmax^γ))^(1/γ)・・・(12)
とする。
また、表示信号の出力動作については、フレームを3:1に分けた場合の動作において、1フレーム目のn/(n+1)フレーム期間後から、倍クロックで、前段表示信号と後段表示信号とを交互に出力するように設計すればよい。
また、フレームを均等分割する構成は、以下のような構成であるといえる。すなわち、1フレームを「1+n(=1)」のサブフレーム期間に分割する。そして、通常クロックの「1+n(=1)」倍のクロックで、1つのサブフレーム期間に前段表示信号を出力し、後のn(=1)個のサブフレーム期間に後段表示信号を連続的に出力する。
しかしながら、この構成では、nが2以上となると、クロックを非常に速める必要があるため、装置コストが増大する。従って、nが2以上となる場合には、上記したような前段表示信号と後段表示信号とを交互に出力する構成とすることが好ましい。この場合には、後段表示信号の出力タイミングを調整することで、前サブフレームと後サブフレームとの割合をn:1とすることが可能となるため、必要となるクロック周波数を、通常の2倍に維持できる。
また、本実施の形態では、制御部15が、前段LUT12、後段LUT13を用いて、画像信号を表示信号に変換するとしている。ここで、本表示装置に備える前段LUT12、後段LUT13を、複数としてもよい。
図8は、図1に示した構成において、前段LUT12に変えて3つの前段LUT12a〜12c、後段LUT13に代えて3つの後段LUT13a〜13cを備え、さらに、温度センサー16を備えた構成である。
すなわち、液晶パネル21は、環境温度(表示部14のおかれている環境の温度(気温))により、その応答特性や階調輝度特性の変化するものである。このため、画像信号に応じた最適な表示信号も、環境温度に応じて変化する。
そして、上記の前段LUT12a〜12cは、互いに異なる温度範囲での使用に適した前段LUTである。また、後段LUT13a〜13cも、互いに異なる温度範囲での使用に適した後段LUTである。
また、温度センサー16は、本表示装置のおかれている環境温度を計測し、計測結果を制御部15に伝達するものである。
そして、この構成では、制御部15は、温度センサー16から伝達された環境温度の情報に基づいて、使用するLUTを切り替えるように設計されている。従って、この構成では、画像信号に対してより適切な表示信号を液晶パネル21に伝達できる。従って、想定される全ての温度範囲(例えば0℃〜65℃の範囲)で、より忠実な輝度での画像表示を行うことが可能となる。
また、液晶パネル21は、交流により駆動されることが好ましい。これは、交流駆動とすることにより、フレーム毎に、画素の電荷極性(液晶を挟む画素電極間の電圧(電極間電圧)の向き)を変えられるからである。
直流駆動とすると、電極間に偏った電圧がかかるため、電極に電荷がたまる。そして、この状態が続くと、電圧を印加していないときでも、電極間に電位差が発生した状態(いわゆる焼き付きという状態)になってしまう。
ここで、本表示装置のようにサブフレーム表示を行う場合、サブフレーム間で、画素電極間に印加される電圧値(絶対値)が異なることが多い。
従って、電極間電圧の極性をサブフレーム周期で反転させると、前サブフレームと後サブフレームとの電圧値の違いにより、印加される電極間電圧に偏りが生じる。このため、液晶パネル21を長時間駆動させると、電極に電荷がたまり、上記した焼き付きやフリッカなどの発生する可能性がある。
そこで、本表示装置では、電極間電圧の極性をフレーム周期(1フレームの時間幅の周期)で反転させることが好ましい。なお、電極間電圧の極性をフレーム周期で反転させる方法は2つある。1つの方法は、1フレームの間、同極性の電圧を印加する方法である。また、もう1つの方法は、1フレーム内の2つのサブフレーム間で電極間電圧を逆極性とし、さらに、後サブフレームと、1つ後のフレームの前サブフレームとを同極性で駆動する方法である。
図9(a)に、前者の方法をとった場合における、電圧極性(電極間電圧の極性)とフレーム周期との関係を示す。また、図9(b)に、後者の方法をとった場合における、電圧極性とフレーム周期との関係を示す。このようにフレーム周期で電極間電圧を交流化することにより、サブフレーム間で電極間電圧が大きく異なっていても、焼き付きやフリッカを防止できる。
また、上記のように、本表示装置では、サブフレーム表示によって液晶パネル21を駆動しており、これにより、白浮きを抑制している。しかしながら、液晶の応答速度(液晶にかかる電圧(電極間電圧)が印加電圧と等しくなるまでの速度)が遅い場合、このようなサブフレーム表示による効果が薄れてしまうことがある。
すなわち、通常ホールド表示を行う場合、TFT液晶パネルでは、ある輝度階調に対して1つの液晶状態が対応する。従って、液晶の応答特性は、表示信号の輝度階調に依存しない。
一方、本表示装置のようにサブフレーム表示を行う場合、前サブフレームが最小輝度(白)で後サブフレームが最大輝度となる、中間階調の表示信号を表示する場合、1フレームで液晶に印加される電圧は、図10(a)に示すように変動する。また、電極間電圧は、液晶の応答速度(応答特性)に従って、図10(b)に実線Xで示すように変化する。
ここで、液晶の応答速度が遅い場合、このような中間調表示を行うと、電極間電圧(実線X)は、図10(c)に示すように変化する。従って、この場合には、前サブフレームの表示輝度が最小とならないとともに、後サブフレームの表示輝度が最大とならない。
このため、予定輝度と実際輝度との関係は、図11に示すようになる。すなわち、サブフレーム表示を行っても、視野角度の大きい場合における予定輝度と実際輝度との差(ズレ)の少なくなる輝度(最小輝度・最大輝度)での表示を行えなくなる。
このため、白浮き現象の抑制効果が減少する。
従って、本表示装置のようなサブフレーム表示を良好に行うためには、液晶パネル21における液晶の応答速度が、以下の(c)(d)を満足するように設計されていることが好ましい。
(c)最小輝度(黒;最小明度に相当)を表示している液晶に最大輝度(白;最大明度に相当)となるための電圧信号(表示信号に基づいてソースドライバー23によって生成されるもの)を与えたときに、短い方のサブフレーム期間内で、液晶の電圧(電極間電圧)が、電圧信号の電圧における90%以上の値に到達する(正面の実際明度が最大明度の90%に到達する。)
(d)最大輝度(白)を表示している液晶に最小輝度(黒)となるための電圧信号を与えたときに、短い方のサブフレーム期間内で、液晶の電圧(電極間電圧)が、電圧信号の電圧における5%以下の値に到達する(正面の実際明度が最小明度の5%に到達する)。
また、制御部15は、液晶の応答速度をモニターできるように設計されていることが好ましい。そして、環境温度の変化等によって液晶の応答速度が遅くなり、上記の(c)(d)を満足できなくなったと判断した場合、制御部15は、サブフレーム表示を中断して、液晶パネル21を、通常ホールド表示によって駆動するように設定されていてもよい。
これにより、サブフレーム表示によって白浮き現象がかえって顕著となってしまった場合に、液晶パネル21の表示方式を通常ホールド表示に切り替えられる。
また、本実施の形態では、本表示装置が液晶モニターとして機能するとしている。しかしながら、本表示装置を、液晶テレビジョン受像機(液晶テレビ)として機能させることも可能である。このような液晶テレビは、図46に示すように、図8に示した本表示装置に、チューナ部17を備えることで実現できる。このチューナ部17は、テレビ放送信号を受信し、このテレビ放送信号を、フレームメモリ11を介して制御部15に伝達するためのものである。
この構成では、制御部15が、このテレビ放送信号に基づいて表示信号を生成することとなる。なお、図1に示した本表示装置にチューナ部17を備えることでも、液晶テレビを実現することは可能である。
なお、本実施の形態では、低輝度の場合に前サブフレームを黒とし、後サブフレームのみを用いて階調表現を行うとしている。しかしながら、サブフレームの前後関係を交換しても(低輝度の場合に後サブフレームを黒として、前サブフレームのみを用いて階調表現を行うようにしても)、同様の表示を得られる。
また、本実施の形態では、(1)式を用いて表示信号(前段表示信号および後段表示信号)の輝度階調(信号階調)を設定するとしている。しかしながら、実際のパネルでは、黒表示(階調0)の場合でも輝度を有し、さらに液晶の応答速度は有限であるため、従って、信号階調の設定に関しては、これらの要素を加味することが好ましい。すなわち、液晶パネル21によって実際の画像を表示させて、信号階調と表示輝度との関係を実測し、実測結果に基づいて、(1)式に合うようLUT(出力テーブル)を決めることが好ましい。
また、本実施の形態では、式(6a)に示したαを、2.2〜3の範囲であるとしている。この範囲は、厳密に導き出されたものではないが、人間の視覚感覚的にほぼ妥当であるとされている範囲である。
また、本表示装置のソースドライバー23として通常ホールド表示用のソースドライバーを用いると、入力される信号階調(表示信号の輝度階調)に応じて、γ=2.2とした(1)式を用いて得られる表示輝度を得られるように、各画素(液晶)に対して電圧信号が出力される。
そして、このようなソースドライバー23は、サブフレーム表示を行う場合でも、各サブフレームにおいて、入力される信号階調に応じて、通常ホールド表示で使用する電圧信号をそのまま出力することとなる。
しかしながら、このような電圧信号の出力方法では、サブフレーム表示における1フレーム内での輝度の総和を、通常ホールド表示での値と同一にできない(信号階調を表現しきれない)ことがある。
従って、サブフレーム表示では、ソースドライバー23は、分割した輝度に換算した電圧信号を出力するように設計されていることが好ましい。すなわち、ソースドライバー23が、信号階調に応じて、液晶に印加する電圧(電極間電圧)を微調整するように設定されていることが好ましい。このため、ソースドライバー23をサブフレーム表示用に設計し、上記のような微調整を行えるようにしておくことが好ましい。
また、本実施の形態では、液晶パネル21がVAパネルであるとしている。しかしながら、これに限らず、VAモード以外の他のモードの液晶パネルを用いても、本表示装置のサブフレーム表示によって、白浮き現象を抑制することが可能である。
すなわち、本表示装置のサブフレーム表示は、視野角度を大きくしたときに予定輝度(予定明度)と実際輝度(実際明度)とがずれてしまう液晶パネル(階調ガンマの視野角特性変化するモードの液晶パネル)に対しては、白浮き現象を抑制することが可能である。
また、特に、本表示装置のサブフレーム表示は、視野角度を増加させると表示輝度の強くなるような特性を有している液晶パネルに有効である。また、本表示装置における液晶パネル21は、NB(Normally Black;ノーマリーブラック)であっても、また、NW(Normally White;ノーマリーホワイト)であってもよい。さらに、本表示装置では、液晶パネル21に変えて、他の表示パネル(例えば有機ELパネルやプラズマディスプレイパネル)を用いてもよい。
また、本実施の形態では、フレームを1:3〜1:7に分割することが好ましいとしている。しかしながら、これに限らず、本表示装置を、フレームを1:nあるいはn:1(nは1以上の自然数)の範囲で分割するように設計してもよい。
また、本実施の形態では、上記した(10)式を用いて、表示信号(前段表示信号および後段表示信号)の信号階調設定を行うとしている。しかしながら、この設定は、液晶の応答速度を0msとし、かつ、T0(最小輝度)=0とした設定方法である。このため、実使用の際には、さらに工夫を重ねることが好ましい。
すなわち、片側のサブフレーム(後サブフレーム)で出力できる最大の輝度(閾輝度)は、液晶応答が0msでT0=0の場合には、Tmax/(n+1)となる。そして、閾輝度階調Ltは、この輝度のフレーム階調である。
Lt=((Tmax/(n+1)−T0)/(Tmax−T0))^(1/γ)
(γ=2.2、T0=0)
液晶の応答速度が0でない場合、例えば、黒→白がサブフレーム内でY%の応答、白→黒がサブフレーム内でZ%の応答、T0=T0とすると、閾輝度(Ltの輝度)Ttは、
Tt=((Tmax−T0)×Y/100+(Tmax−T0)×Z/100)/2
となる。従って、
Lt=((Tt−T0)/(Tmax−T0))^(1/γ)
(γ=2.2)
となる。
また、実際には、Ltはもう少し複雑になることもあり、閾輝度Ttを単純な式では表せないこともある。従って、LtをLmaxで表現することが困難なこともある。このような場合にLtを求めるには、液晶パネルの輝度を測定した結果を用いることが好ましい。すなわち、片側のサブフレームが最大の輝度、かつ、他方のサブフレームの輝度が最小輝度の場合に液晶パネルから照射される輝度を測定して、その輝度をTtとする。そして、下式により、こぼれだしの階調Ltを決める。
Lt=((Tt−T0)/(Tmax−T0))^(1/γ)
(γ=2.2)
このように、(10)式を用いて求めたLtについては、理想的な値であり、目安として使用することが好ましい場合もあるといえる。
ここで、本表示装置において、電極間電圧の極性をフレーム周期で反転させることが好ましい点について、より詳細に説明する。図12(a)は、表示輝度がLmaxの3/4および1/4の場合に、前サブフレームおよび後サブフレームによって表示される輝度を示すグラフである。この図に示すように、本表示装置のようにサブフレーム表示を行う場合、サブフレーム間で、液晶に印加される電圧値(画素電極間に印加される電圧値;絶対値)は異なる。
従って、液晶に印加される電圧(液晶電圧)の極性をサブフレーム周期で反転させると、図12(b)に示すように、前サブフレームと後サブフレームとの電圧値の違いにより、印加される液晶電圧に偏りが生じる(トータルの印加電圧が0Vとならない)。このため、液晶電圧の直流成分をキャンセルできなくなり、液晶パネル21を長時間駆動させると、電極に電荷がたまり、焼き付きやフリッカなどの発生する可能性がある。
そこで、本表示装置では、液晶電圧の極性をフレーム周期で反転させることが好ましい。なお、液晶電圧の極性をフレーム周期で反転させる方法は2つある。1つの方法は、1フレームの間、同極性の電圧を印加する方法である。また、もう1つの方法は、1フレーム内の2つのサブフレーム間で液晶電圧を逆極性とし、さらに、後サブフレームと、1つ後のフレームの前サブフレームとを同極性とする方法である。
図13(a)は、前者の方法をとった場合における、電圧極性(液晶電圧の極性)とフレーム周期および液晶電圧との関係を示すグラフである。一方、図13(b)は、後者の方法をとった場合の、同様のグラフである。
これらのグラフに示すように、液晶電圧を1フレーム周期で反転させる場合、隣り合う2つのフレーム間で、前サブフレームどうしのトータル電圧、および、後サブフレームのトータル電圧を、0Vとできる。従って、2フレームでのトータル電圧を0Vとできるので、印加電圧の直流成分をキャンセルすることが可能となる。
このようにフレーム周期で液晶電圧を交流化することにより、サブフレーム間で液晶電圧が大きく異なっていても、焼き付きやフリッカを防止できる。
また、図14(a)〜(d)は、液晶パネル21における4つの画素と、各画素の液晶電圧の極性を示す説明図である。上記したように、1つの画素に印加される電圧については、フレーム周期で極性を反転させることが好ましい。この場合、各画素の液晶電圧の極性は、フレーム周期ごとに、図14(a)〜(d)の順で示すように変化することとなる。
ここで、液晶パネル21の全画素に印加される液晶電圧の和については、0Vとすることが好ましい。このような制御については、例えば、図14(a)〜(d)に示すように、隣接する画素間で電圧極性を変えることで実現できる。
また、本実施の形態では、前サブフレーム期間と後サブフレーム期間との比(フレームの分割比)を、3:1〜7:1に設定することが好ましいとしている。しかしながら、これに限らず、フレームの分割比を、1:1あるいは2:1に設定してもよい。
例えば、フレームの分割比を1:1とする場合、図3に示したように、通常ホールド表示に比して、実際輝度を予定輝度に近づけることが可能となる。また、図6に示したように、明度に関しても、通常ホールド表示に比して、実際明度を予定明度に近くできる。従って、この場合でも、通常ホールド表示に比して、視野角特性を改善できることは明らかである。
また、液晶パネル21では、液晶電圧(液晶に印加される電圧;電極間電圧)を表示信号に応じた値とするまでに、液晶の応答速度に応じた時間がかかる。従って、いずれかのサブフレーム期間が短すぎると、この期間内に、液晶の電圧を表示信号に応じた値にまで上げられない可能性がある。
従って、前サブフレームと後サブフレーム期間との比を、1:1あるいは2:1に設定することで、一方のサブフレーム期間を短くしすぎることを防止できる。従って、応答速度の遅い液晶を用いても、適切な表示を行える。
また、フレームの分割比(前サブフレームと後サブフレームとの比)については、n:1(nは7以上の自然)に設定してもよい。また、この分割比を、n:1(nは1以上の実数(より好ましくは1より大きい実数))としてもよい。例えば、この分割比を1.5:1に設定することで、1:1とする場合に比して視野角特性を向上させられる。また、2:1とする場合に比べて、応答速度の遅い液晶材料を使用することが容易となる。
また、フレームの分割比をn:1(nは1以上の実数)とする場合でも、「最大輝度の(n+1)分の1(Tmax/(n+1))」までの低輝度(低明度)の画像を表示する際には、前サブフレームを黒表示とし、後サブフレームのみを用いて表示を行うことが好ましい。また、「Tmax/(n+1)」以上の高輝度(高明度)の画像を表示するときには、後サブフレームを白表示とし、前サブフレームの輝度だけを調整して表示を行うことが好ましい。これにより、常に1つのサブフレームを、実際輝度と予定輝度との差のない状態としておける。従って、本表示装置の視野角特性を良好にできる。
ここで、フレームの分割比をn:1にする場合、前フレームをnとしても後フレームnとしても実質的に同じ効果が狙える。すなわちn:1と1:nは視野角改善効果に関しては同一である。また、nは1以上の実数とした場合でも、上記した(10)〜(12)式を用いた輝度階調の制御については有効である。
また、本実施の形態では、本表示装置のサブフレーム表示を、フレームを2つのサブフレームに分割して行う表示であるとしている。しかしながら、これに限らず、本表示装置を、フレームを3つ以上のサブフレームに分割したサブフレーム表示を行うように設計してもよい。
フレームをm個に分割する場合のサブフレーム表示では、輝度の非常に低い場合には、m−1個のサブフレームを黒表示とする一方、1つのサブフレームの輝度(輝度階調)だけを調整して表示を行う。そして、このサブフレームだけでは表現できないくらい輝度の高くなった場合に、このサブフレームを白表示とする。そして、m−2個のサブフレームを黒表示とする一方、残った1つのサブフレームの輝度を調整して表示を行う。
すなわち、フレームをm個に分割する場合でも、2個に分割するときと同様に、輝度を調整する(変化させる)サブフレームを常に1つとし、他のサブフレームを白表示あるいは黒表示としておくことが好ましい。これにより、m−1個のサブフレームを、実際輝度と予定輝度とのズレのない状態とできる。従って、本表示装置の視野角特性を良好にできる。
図15は、本表示装置によって、均等な3つのサブフレームにフレームを分割して表示を行った結果(破線および実線)と、通常ホールド表示を行った結果(一点鎖線および実線;図2に示したものと同様)と合わせて示すグラフである。このグラフに示すように、サブフレームを3つに増やした場合、実際輝度を予定輝度に非常に近づけることが可能となる。従って、本表示装置の視野角特性をより良好な状態とできることがわかる。
また、フレームをm個に分割する場合でも、上記した極性反転駆動を行うことが好ましい。図16は、フレームを3つに分割し、フレームごとに電圧極性を反転した場合における、液晶電圧の遷移を示すグラフである。この図に示すように、この場合でも、2フレームでのトータルの液晶電圧を0Vとできる。
また、図17は、同様にフレームを3つに分割し、サブフレームごとに電圧極性を反転した場合における、液晶電圧の遷移を示すグラフである。このように、フレームを奇数個に分割する場合には、サブフレームごとに電圧極性を反転させても、2フレームでのトータルの液晶電圧を0Vとできる。従って、フレームをm個(m;2以上の整数)に分割した場合には、制御部15は、隣接するフレーム間のM番目(M;1〜m)のサブフレームどうしが、異なる極性の液晶電圧を印加されている状態とすることが好ましいといえる。これにより、2フレームでのトータルの液晶電圧を0Vとできる。
また、フレームをm個(m;2以上の整数)に分割した場合には、2フレーム(あるいはより多くのフレーム)でのトータルの液晶電圧を0Vとするように、液晶電圧の極性を反転させることが好ましいといえる。
また、上記では、フレームをm個に分割する場合、輝度を調整するサブフレームを常に1つとし、他のサブフレームを白表示(最大輝度)あるいは黒表示(最小輝度)とすることが好ましいとしている。
しかしながら、これに限らず、輝度を調整するサブフレームを2つ以上としてもよい。この場合でも少なくとも1つのサブフレームを白表示(最大輝度)あるいは黒表示(最小輝度)とすることで、視野角特性を向上させられる。
また、輝度を調整しないサブフレームの輝度を、最大輝度とする代わりに「最大または第2所定値より大きい値」としてもよい。また、最小輝度とする代わりに、「最小または第1所定値より小さい値」としてもよい。この場合でも、輝度を調整しないサブフレームにおける実際明度と予定明度とのズレ(明度ズレ)を十分に小さくできる。従って、本表示装置の視野角特性を向上させられる。
ここで、図18は、輝度を調整しないサブフレームにおける、表示部14に出力される信号階調(%;表示信号の輝度階調)と、各信号階調に応じた実際輝度階調(%)との関係(視野角階調特性(実測))を示すグラフである。
なお、実際輝度階調とは、「各信号階調に応じて表示部14の液晶パネル21から出力された輝度(実際輝度)を、上記した(1)式を用いて輝度階調に変換したもの」である。
このグラフに示すように、上記した2つの階調は、液晶パネル21の正面(視野角度0度)においては等しくなる。一方、視野角度を60度としたときには、白浮きのため、実際輝度階調が中間調で信号階調より明るくなる。また、この白浮きは、視野角度によらず、輝度階調が20%〜30%の間となるときに最大値をとる。
ここで、このような白浮きについては、上記のグラフに破線で示した「最大値の10%」を越えていない場合には、本表示装置の十分に表示品位を保てる(上記した明度ズレを十分に小さくできる)ことがわかっている。また、白浮きが「最大値の10%」を越えないような信号階調の範囲は、信号階調の最大値の80〜100%、および、0〜0.02%である。また、この範囲は、視野角度が変化しても不変である。
従って、上記した第2所定値としては、最大輝度の80%に設定することが好ましく、また、第1所定値としては、最大輝度の0.02%に設定することが好ましいといえる。
また、輝度を調整しないサブフレームを設けなくてもよい。すなわち、m個のサブフレームで表示を行う場合、各サブフレームの表示状態に差をつけなくてもよい。このような構成であっても、上記したような、フレーム周期で液晶電圧の極性を反転する極性反転駆動を行うことが好ましい。なお、m個のサブフレームで表示を行う場合、各サブフレームの表示状態に少しでも差をつけるだけで、液晶パネル21の視野角特性を向上させることは可能である。
また、本実施形態では、サブフレーム表示によって、液晶の視野角特性を向上できる(白浮きを改善できる)としている。しかしながら、これに限らず、上記のようなサブフレーム表示を行うことによって、動画の表示品質を向上させることが可能となる。
すなわち、通常ホールド表示で表示されている物体の動きを視線追従すると、直前のフレームの色や明るさも同時に見えてしまう。このため、物体のエッジがボケて認識される。一方、サブフレーム表示(特に低輝度)で動画を表示する場合には、各フレームのいずれかのサブフレームの輝度が低くなる。このため、視認しているフレームの画像と、直前のフレームの画像(色・明るさ)とが視覚上で混在することを抑制できる。従って、上記のようなエッジボケを回避し、動画の表示品質を向上させられる。
また、本表示装置を、PWM調光方式で調光を行うように設計してもよい。
液晶パネル21のような液晶表示素子は、光の透過量を制御することで階調を表現するものである。従って、何らかの光源(蛍光管やLEDなど)が必要である。また、現在、大型の液晶表示素子では、効率のよさから、光源として蛍光管を使用することが一般的である。
また、光源の調光方式として、一般的に、電流調光方式(または電圧調光方式とも言う)とPWM調光方式との2通りが使用されている。
電流調光方式は、図19に示すように、光源に印加する電流(ランプ電流)の振幅を変動させることで、光源から照射する光の大きさ(明るさ)を制御する方式である。なお、光源として蛍光管を使用する場合、ランプ電流の振幅を小さくしすぎると、蛍光管が光らなくなる。このため、電流調光方式では、調光範囲(実現できる明るさの範囲)を広くできないという欠点がある。従って、液晶TVなどの調光範囲の広さが求められる装置では、PWM調光方式をとることが好ましいといえる。
PWM調光方式は、図20に示すように、人間がフリッカを感じない90Hz以上の周波数で光源(蛍光管)を点灯(ON)/消灯(OFF)し、時間平均の出力光量を明るさとしてユーザーに知覚させる方式である。なお、点灯/消灯の制御は、一般に、外部から入力される調光信号(PWM調光制御信号)によってなされる。
図21は、光源として蛍光管を用いた場合における、調光信号の波形、ランプ電流波形および発光波形(蛍光管から出力される光の波形)の例を示すグラフである。この図に示すように、この場合には、ランプ電流波形は、一定の振幅を有するとともに、所定周期でOFFとなる。なお、実際には、ランプ電流波形の周波数は数万Hzである一方、調光信号のそれは数百Hzである。従って、ランプ電流波形は、図で表されるよりも細かくなる。
図22は、本表示装置においてこのようなPWM調光を行う場合における、本表示装置の内部構成を示すブロック図である。この構成は、図1に示した構成において、PWM調光制御回路31および光源駆動回路32を備えた構成である。なお、この図に示した例では、液晶パネル21の光源を、直下型バックライト(液晶パネル21の裏面にあるバックライト)である、複数の蛍光管33としている。
この構成では、制御部15が、蛍光管33から出力すべき光量を示す調光率信号を生成し、PWM調光制御回路31に出力する。また、PWM調光制御回路31が、この調光率信号に応じて、ランプ電流のON/OFFに関する周期を示す信号を生成し、光源駆動回路32に伝達する。そして、光源駆動回路32が、伝達された信号に応じてランプ電流(パルス電流)を生成し、全蛍光管33に出力するように設計されている。
また、このようなPWM調光については、上記したサブフレーム表示と組み合わせることも可能である。しかしながら、PWM調光とサブフレーム表示とを単純に組み合わせると、フリッカや横縞といった干渉現象の発生する可能性がある。
図23は、PWM調光を通常ホールド表示と組み合わせた場合における、光源の発光波形、液晶の電極間電圧の波形(液晶応答波形)、液晶を透過する光の波形(透過波形)の関係の例を示すグラフである。
また、図24は、PWM調光をサブフレーム表示(低輝度の場合)と組み合わせた場合における、同様の波形を示すグラフである。なお、これらの図に示した例では、フレーム周波数を60Hz、調光周波数(光源のON/OFFの周波数)を150Hz、調光比(光源のON/OFFの期間比)を50%としている。また、簡単のために、全ての波形を矩形波で示している。
図23に示すように、通常ホールド表示では、PWM調光を行った場合でも、透過波形の周波数が調光周波数と同様(150Hz)となる。ここで、フリッカは、透過波形の周波数がフリッカ閾値(90Hz)以下となると知覚されはじめ、60Hzを下回ると明確に視認される。従って、通常ホールド表示では、ユーザーは、フリッカを感じることはない。
一方、図24に示すように、サブフレーム表示では、PWM調光を行うと、調光周波数とサブフレームの周波数とが干渉してしまい、透過波形の周波数が調光周波数よりも大きく下がってしまう(図24では30Hzとなる)。このため、ユーザーはフリッカを強く感じることとなる。
なお、このようなフリッカは、調光周波数がフレーム周波数のn.5倍(nは整数)に近いほど激しくなる。また、調光周波数がフレーム周波数のn倍となると、透過波形の周波数がフレーム周波数と等しくなる。従って、フリッカを目立たない程度に低減することが可能となる。しかしながら、調光周波数をフレーム周波数のn倍に近づける場合、画面上に横縞が発生するという干渉現象が起こる。
図25は、PWM調光をサブフレーム表示と組み合わせた場合における、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。このグラフに示す例では、調光周波数(180Hz)がフレーム周波数(60Hz)の3倍となっている。また、この図では、図24と異なり、位置の異なる2つのラインA・Bに関する液晶応答波形および透過波形を示している。この図に示すように、ラインA・Bの双方で、透過波形の周波数は、フレーム周波数と同様の60Hzとなっている。
ここで、光源は、通常、画面全体に対して同時刻に光を照射する。一方、液晶パネルはラインスキャン駆動である。従って、画面の各ラインは、その位置に応じて、異なる時刻にON/OFFされることとなる。従って、図25に示すように、異なる位置にあるラインA・Bでは、液晶の応答波形のON/OFFタイミングがずれている(時刻に対してスライドしている)。
このため、ライン位置によって、透過波形のONとなる時間(高輝度となる時間)の割合が異なることとなる。従って、ライン間で平均輝度に差が発生し、これが横縞現象として認識される。
なお、調光周波数がフレーム周波数のちょうどn倍のとき、横縞は画面上で止まっている。そして、n倍から外れるにつれて、横縞が画面を上下に流れ始める。さらに調光周波数がn倍から大きく外れ、n.5倍の周波数に近づくと、横縞は消えてゆく。
すなわち、調光周波数をフレーム周波数のn.5倍とすると、図24に示したように、光源の発光波形が、隣接フレーム間で逆位相となる。従って、各ラインからの透過波形についても、隣接フレーム間で逆位相となる。このため、各ラインからの2フレームでの透過光量を等しくできる(時間補償できる)ため、横縞が発生しなくなる。
そこで、本表示装置では、PWM調光とサブフレーム表示とを組み合わせる場合、以下のような制御を行う。すなわち、制御部15が、回路31・32を制御して、調光周波数を、「フレーム周波数のn.5倍であって、450Hz以上の値」に設定する。
図26は、この場合における、光源(蛍光管33)の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。このグラフに示す例では、調光周波数(450Hz)がフレーム周波数(60Hz)の7.5倍となっている。また、この図でも、図25と同様に、位置の異なる2つのラインA・Bに関する液晶応答波形および透過波形を示している。
この場合、調光周波数をフレーム周波数のn.5倍としているため、上記したような横縞は発生していない。また、フリッカについては、ラインA・Bの双方で透過波形の周波数がフレーム周波数の半分の30Hzとなっているものの、調光周波数を十分に上げているため、フリッカを目立たなくすることが可能となっている。
すなわち、図26に示したラインA・Bの透過光量は、フレームごとに逆転した関係(ラインAの1フレーム目(2フレーム目)の光量が、ラインBの2フレーム目(1フレーム目)と同じ)となっている。そして、このような関係にあるラインを画面上で密に配置できれば、これらのラインからの光をユーザーに同時に視認させることで、フリッカを空間的に補償できることとなる。
ここで、上記のような関係にある2本のラインは、調光周波数が高くなるほど、画面上での距離が近くなる。従って、調光周波数を十分に上げることで、その値をフレーム周波数のn.5倍に設定しても、フリッカを目立たなくすることが可能となる。なお、前サブフレームがぎりぎり黒表示となる輝度50%の場合(黒挿入率50%の場合)、調光周波数を450Hz以上とすれば、フリッカが目立たなくなるという実験結果を得ている。また、フリッカは、黒挿入率が50%であるとき、もっとも目立つ。
従って、本表示装置では、調光周波数を、「フレーム周波数のn.5倍であって、450Hz以上の値」とすることで、横縞とフリッカとの双方の発生を回避できるようになっている。
また、このように調光周波数を上げることなく、干渉現象を抑制することも可能である。これは、例えば、調光周波数をフレーム周波数のn.5倍に設定するとともに、発光波形に輝度補償パルスを挿入することによって実現できる。
図27は、この場合における、光源(蛍光管33)の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。この図でも、図26と同様に、位置の異なる2つのラインA・Bに関する液晶応答波形および透過波形を示している。このグラフに示す例では、制御部15は、調光周波数(330Hz;フレーム周波数(60Hz)の5.5倍)で、蛍光管33からパルス幅の比較的長い主発光パルスを発光している。この場合、調光周波数をフレーム周波数のn.5倍としているため、上記したような横縞は発生しない。
また、フリッカについては、ラインA・Bの双方で、主発光パルスによる透過波形の周波数が、フレーム周波数の半分の30Hzとなっている。しかし、この構成では、パルス幅の比較的に短い輝度補償パルスを、主発光パルスと同じ周波数(330Hz)で、かつ逆位相で挿入するようになっている。
そして、ラインA・Bの透過波形では、主発光パルスと輝度補償パルスとの透過量は、フレーム毎に増減しているが、フレーム毎に逆の比率となっている。例えば、主発光パルス(ハイ)の発生比率は、1フレーム目対2フレーム目で2.5対3である(パルス3〜5、パルス8〜10)。一方、輝度補償パルスでは、逆の3対2.5である。
このため、透過波形については、その周波数(30Hz)は小さいものの、輝度補償パルスを用いることで、1周期内(2フレーム内)での輝度差を小さくできる(フレーム間の輝度差を小さくできる)。従って、フリッカを目立たなくすることが可能となる。
また、この構成では、PWM調光周波数を450Hzよりも小さくできるため、光源の駆動効率の低下を回避できる。なお、この構成では、330Hzの輝度補償パルスを挿入するため、効率の悪化が懸念される。しかしながら、輝度補償パルスのパルス幅は、フレーム期間に比べて非常に小さい。従って、輝度補償パルスの挿入が光源の駆動効率に与える影響は、十分に小さい。
また、上記では、調光周波数をフレーム周波数のn.5倍とするとしている。しかしながら、これに限らず、調光周波数をフレーム周波数のn倍としてもよい。この場合、上記した横縞の発生を防ぐためには、図28に示すように、光源の発光波形を、フレームごとに位相反転するように制御すればよい。これにより、各ラインからの透過波形をフレームごとに逆位相とできる。従って、各ラインにおける2フレームでの透過光量を等しくできる(時間補償できる)ため、横縞が発生しなくなる。
しかし、単に光源の発光波形をフレームごとに逆位相とすると、図28に示すように、各ラインA・Bの透過波形の周期が30Hzとなり、フリッカを発生させてしまう。
そこで、上記のように光源の発光波形をフレームごとに逆位相とする場合、図29に示すように、制御部15は、まず、調光周波数(300Hz;フレーム周波数(60Hz)の5倍)で、蛍光管33からパルス幅の比較的長い主発光パルスを発光する。そして、この主発光パルスを、フレームごとに位相反転するように制御する。
また、制御部15は、光源の発光波形に対し、パルス幅の比較的に短い輝度補償パルスを、主発光パルスと同じ周波数(330Hz)で、かつ逆位相で挿入する。
さらに、制御部15は、主発光パルスの位相の変わるタイミング(図29におけるフレームの境界点)で、輝度補償パルスに代えて、輝度補償加パルスあるいは輝度補償減パルスを挿入する。
ここで、輝度補償加パルスは、主発光パルスが連続してOFF(ロー)となるときに挿入される、光源をONとするパルスである。一方、輝度補償減パルスは、主発光パルスが連続してON(ハイ)となるときに挿入される、光源をOFFとするパルスである。
すなわち、この構成では、主発光パルスの光量が少なくなり過ぎるところで、輝度補償加パルスを挿入して光量を上げる一方、主発光パルスの光量が多くなり過ぎるところで、輝度補償減パルスを挿入して光量を下げるように設計されている。
これにより、この構成では、各ラインにおけるフレーム間での輝度の差を少なくできる(各フレームの時間平均輝度を一定に近づけられる)。従って、フリッカを低減することが可能となる。
また、PWM調光とサブフレーム表示とを組み合わせる場合、光源の発光波形を、直流成分(DC成分)を含むように制御することで、フリッカや横縞などの干渉現象を抑制することも可能である。
図30は、このような制御を行う場合における、本表示装置の構成を示すブロック図である。この構成は、図22に示した構成において、光源駆動回路32に代えて、第1光源駆動回路34、第2光源駆動回路35を備え、さらに、これら回路34・35とPWM調光制御回路31との間に、位相制御回路36を備えた構成である。
また、この構成では、蛍光管33が、一つおきに、第1蛍光管33aと第2蛍光管33bとに分けられている(蛍光管33a・33bが交互に並んでいる)。ここで、第1蛍光管33aは、第1光源駆動回路34に接続されている蛍光管33である。また、第2蛍光管33bは、第2光源駆動回路35に接続されている光源である。
この構成では、制御部15が、蛍光管33a・33bから出力すべき光量を示す調光率信号を生成し、PWM調光制御回路31に出力する。そして、この調光率信号に応じて、PWM調光制御回路31および位相制御回路36が、第1蛍光管33aに対するランプ電流のON/OFFに関する周期を示す信号を生成し、第1光源駆動回路34に伝達するとともに、第2蛍光管33bに対するランプ電流のON/OFFに関する周期を示す信号を生成し、第2光源駆動回路35に伝達する。さらに、光源駆動回路34・35が、伝達された信号に応じてランプ電流(パルス電流)を生成し、蛍光管33a・33bに出力するように設計されている。
このように、図30の構成では、2組の蛍光管33a・33bを、それぞれ独立に発光させることが可能となっている。図31(a)および(b)は、図30に示した構成における、第1蛍光管33aの発光波形(第1波形)、第2蛍光管33bの発光波形(第2波形)と、両蛍光管33a・33bの発光波形を混合した波形(混合波形)の例を示すグラフである。なお、図31(a)は、調光率(各蛍光管における最大の発光量に対する、発光量の割合)75%の場合、図31(b)は調光率50%の場合に関するものである。
これらの図に示す例では、制御部15が、第1波形と第2波形との位相を、互いに180°変えるように制御している。従って、図31(a)に示すように、調光率75%の場合、発光量の75%がDC成分となる。また、図31(b)に示すように、調光率50%の場合、発光量の全て(100%)がDC成分となる(DC的な駆動を行える)。
このような制御を行うことにより、1周期内(2フレーム内)での光源の発光量における時間変動量を小さくできる。また、ライン間での発光量の差も低減できる。従って、調光信号の周波数を上げなくとも、フリッカや横縞などの干渉現象を目立たなくすることが可能となる。
ここで、上記のように光源の発光波形にDC成分を含ませる制御を、上記した「調光周波数を、フレーム周波数のn.5倍であって、450Hz以上の値に設定する」ような制御、あるいは、輝度補償パルスを用いる制御などと組み合わせてもよい。
なお、光源の発光波形にDC成分を含ませる制御において、調光周波数を、フレーム周波数のn.5倍であって270Hz以上の値に設定した場合でも、フリッカや横縞などの干渉現象を十分に目立たなくできることを、実験により確認している。
また、図30に示した構成では、光源の発光波形にDC成分をつくるために、蛍光管33を2種類に分けている。しかしながら、これに限らず、蛍光管33を、3種類に分け、種類ごとに独立に制御するようにしてもよい。図32は、このような制御を行う場合における、本表示装置の構成を示すブロック図である。
この構成では、蛍光管33が、3種類(第1蛍光管33a、第2蛍光管33b、第3蛍光管33c)に分けられている。そして、各蛍光管33a、33b、33cは、この順で、かつ周期的に配列されている(同種の蛍光管が2つおきに配されている)。また、この構成では、位相制御回路36と蛍光管33との間に、第3光源駆動回路37を加えている。そして、この第3光源駆動回路37によって、第3蛍光管33cを駆動(ランプ電流を印加)するようになっている。
この構成では、3組の蛍光管33a〜33cを、それぞれ独立に発光させることが可能となっている。図33(a)および(b)は、図30に示した構成における、蛍光管33a〜33c(第1〜第3波形)と、これらを混合した波形(混合波形)の例を示すグラフである。
なお、図33(a)は、調光率50%の場合、図31(b)は調光率25%の場合に関するものである。また、これらの図に示す例では、第1〜第3波形の位相を、互いに120°ずつ、ずらすように制御している。従って、図33(a)および(b)に示すように、調光率50%を同じくする場合でも、蛍光管33をグループに分類せずに同時に明滅させる場合に比して、DC成分を多くできる。
このような制御を行うことにより、1周期内(2フレーム内)での光源の発光量における時間変動量を小さくできる。また、ライン間での発光量の差も低減できる。従って、調光信号の周波数を上げなくとも、フリッカや横縞などの干渉現象を目立たなくすることが可能となる。
なお、蛍光管33の分類数(別々に駆動する蛍光管のグループ数)については、グループの数だけ光源駆動回路を設けることで、任意の数に設定できる。なお、図34に示すように、蛍光管33の分類数をp(pは2以上の自然数)とした場合、第1〜第p波形の位相を、互いに360°/pずつ、ずらすように制御することが好ましい。しかし、少なくとも2つの蛍光管33の発光波形が互いに異なる位相となるようにPWM調光を行うだけでもよい。この構成でも、各光源の発光波形にずれが生じるため、全光源からの光を合わせた混合光のDC成分を多くできる。
また、上記では、液晶パネル21の光源を、直下型バックライトである、複数の蛍光管33としている。しかしながら、これに限らず、光源として、サイド型のバックライト(液晶パネル21の側端部にあるバックライト)となる、LED(発光ダイオード)を用いてもよい。図35に示した表示素子は、液晶パネル21の裏面に導光板41を配置し、さらに、この導光板41の対向する2辺に、第1LED42、第2LED43を配した構成である。この構成は、LED42・43から出射された光を導光板41によって拡げ、面状光として液晶パネル21に出力するように設計されている。
この構成では、図30に示した構成と同様に、制御部15が、第1LED42の発光波形(第1波形)と第2LED43の発光波形(第2波形)との位相を、互いに180度変えるように制御する。これにより、導光板41内で、逆位相の発光波形を混合し、DC成分を作り出せる。従って、この構成でも、液晶パネル21に照射される光のDC成分を多くできる。
なお、上記のように2本のLED42・43を用いる場合、図36に示すように、導光板41の同一の辺に沿って、2本のLED42・43を配置してもよい。この構成でも、図35の構成と同様に、DC成分を多く含む光を液晶パネル21に照射できる。
また、2本のLED42・43をサイド型のフロントライト(液晶パネル21の側端部に配されるフロントライト)として用いることも可能である。この場合、図37・図38に示すように、液晶パネル21は、フロントライト型に構成される。
上記の構成では、液晶パネル21は反射型の液晶表示素子となる。すなわち、この構成では、液晶パネル21は、導光板41からの面状光を前面(ユーザー側の面)から受ける。そして、この面状光を内部の反射板により反射することによって、ユーザーに画像を表示するように設計されている。
また、図34に示した構成では、多数の蛍光管33をp個のグループに分類し、第1〜第p波形の位相を、互いに360°/pずつ、ずらすように制御するとしている。しかしながら、これに限らず、各蛍光管33を個別に駆動するようにしてもよい。この場合、r本の蛍光管33を用いるとすれば、各蛍光管33からの発光波形の位相を、360°/rずつ、ずらすことが好ましい。
また、このような多数の蛍光管33を個別に駆動する構成では、蛍光管33の発光タイミングと液晶パネル21のゲートラインのONタイミングとを同期させることが好ましい。
図39は、上記のような同期を行う場合における、本表示装置の構成を示すブロック図である。この構成では、液晶パネル21の直下にあるr本の蛍光管33を、第1〜第r光源駆動回路32a〜32rによって駆動するように設計されている。
また、上記の構成では、各蛍光管33は、自身に近い複数のゲートラインに対して光を照射することとなる。なお、各蛍光管33に対応するゲートライン数は、例えば蛍光管33が18本、ゲートライン数が768本であれば、42〜43本である。
そして、制御部15は、位相制御回路36に同期信号を送ることによって、各蛍光管33に対応するゲートライン群がONとなったとき(このゲートライン群のスキャンが開始されるとき)に、その蛍光管33の駆動を開始するように制御する(なお、より詳細には、ゲートライン群は全て同時にONとなるわけではないため、蛍光管33の駆動開始タイミングは、ゲートライン群の平均のONタイミングに設定される)。
図40は、このような制御を行う場合における、光源の発光波形、液晶応答波形、透過波形の関係の例を示すグラフである。このグラフに示す例では、調光周波数(180Hz)がフレーム周波数(60Hz)の3倍となっている。また、この図では、異なる2つのゲートライン群A・Bに関する光源の発光波形、液晶応答波形および透過波形を示している。なお、液晶応答波形は、ゲートラインのONタイミングで液晶パネル21の画素に書き込まれ、次のONタイミングまで保持される電圧を表すものである。
この図に示すように、この構成では、光源の発光波形の周波数がフレームの周波数の3倍となっている。従って、ライン群A・Bの双方で、透過波形の周波数が、フレーム周波数と同様の60Hzとなり、フリッカの発生を回避できる。
また、この構成では、ライン群A・Bの双方で、蛍光管33の発光波形と液晶の応答波形との位相の関係が一致している(ライン群A用の光源発光波形とラインB用の光源発光波形との時間的なずれが、ライン群A・B間での、液晶応答波形のずれと一致している)。
従って、この構成では、ライン位置によって、透過波形のONとなる時間(高輝度となる時間)の割合が異なることを防止できる。従って、ライン間で平均輝度に差がでないので、横縞現象の発生を回避することが可能となっている。
なお、上記では、各蛍光管33に対応するゲートライン群がONとなったとき(このゲートライン群のスキャンが開始されるとき)に、その蛍光管33の駆動を開始するように制御する、としている。
しかしながら、『「各蛍光管33に対応するゲートライン群がONとなったときにおける、その蛍光管33の波形の状態」を、全蛍光管33(全ゲートライン群)で同一とするように制御する』ことでも、蛍光管33の発光波形と液晶の応答波形との位相の関係を、全ゲートライン群で一致させられる。従って、このような制御によっても、蛍光管33の発光とゲートライン群のONタイミングとを同期させて横縞を防ぐことが可能である。
また、本実施形態では、光源の調光方式として、PWM調光方式を用いるとしている。しかしながら、これに限らず、PWM調光方式と電流調光方式とを併用するようにしてもよい。図41は、この場合における本表示装置の構成を示すブロック図である。この構成は、図22に示した構成において、新たに電流調光制御回路51を備えたものである。
上記の構成では、制御部15が、蛍光管33から出力すべき光量を示す調光率信号を生成し、PWM調光制御回路31および電流調光制御回路51に出力する。また、調光制御回路31・51が、この調光率信号に応じて、ランプ電流のON/OFFに関する周期を示す信号(電流調光制御信号、PWM調光制御信号)を生成し、光源駆動回路32に伝達する。そして、光源駆動回路32が、伝達された信号に応じてランプ電流(パルス電流)を生成し、全蛍光管33に出力するように設計されている。
図42は、この構成における電流調光制御信号、PWM調光制御信号、ランプ電流および発光波形の例を示すグラフである。この図に示すように、この構成では、制御部15が、調光制御回路31・51を制御して、一定の電流調光制御信号(一定の発光電力を与える信号)を、PWM調光制御信号とともに出力するようになっている。
これにより、蛍光管33のランプ電流波形は、電流調光制御信号に応じた一定の振幅に、PWM調光制御信号に応じた振幅が重なる波形となる。従って、蛍光管33の発光波形は、図42に示すように、一定の電流調光制御信号に応じたDC成分を有する波形となる。
このように、PWM調光方式と電流調光方式とを併用することで、発光波形のDC成分を容易に高められる。これにより、1周期内(2フレーム内)での光源の発光量における時間変動量を小さくできる。また、ライン間での発光量の差も低減できる。従って、調光信号の周波数を上げなくとも、フリッカや横縞などの干渉現象を目立たなくすることが可能となる。
また、液晶パネル21として反射型の液晶表示素子を用い、本表示装置をフロントライト型の反射型液晶表示装置として構成する場合、光源の光を外光に合わせて制御することが好ましい。
図43は、このような制御を行う本表示装置の構成を示す図である。この図に示すように、この構成では、液晶パネル21は、光源となるLED63の光を導光板41で面状光とし、これを前面(ユーザー側の面)から受ける。そして、この面状光を内部の反射板により反射することによって、ユーザーに画像を表示する。
また、この構成は、LED63の輝度を制御するための、光源調光制御回路62を備えている。この光源調光制御回路62は、外光の輝度波形を検知し、液晶パネル21に照射される光のDC成分を大きくするように、LED63の輝度を調整するものである。
すなわち、図44(a)に示すような輝度波形を有する外光のある場合、光源調光制御回路62は、図44(b)に示すように、LED63の輝度波形(発光波形)を、外光輝度波形と同周波数で、逆位相となるように制御する。このため、液晶パネル21に対し、図44(c)に示すような、DC成分の大きい光を照射することが可能となる。
これにより、この構成では、1周期内(2フレーム内)での光源の発光量における時間変動量を小さくできる。また、ライン間での発光量の差も低減できる。従って、調光信号の周波数を上げなくとも、フリッカや横縞などの干渉現象を目立たなくすることが可能となる。
なお、液晶パネル21として、図45に示すようなバックライト型の半透過型の液晶表示素子を用いる場合でも、光源調光制御回路62を用いた制御を行うことは可能である。半透過型の表示装置は、屋内などの比較的に暗い照明下では、バックライト光を利用して透過表示を行う(透過モード)一方、屋外などの比較的に明るい照明下では、照明光を利用して反射表示を行う(反射モード)ものである。これにより、周囲の明るさに拘らず、コントラスト比の高い表示を実現できる。
上記の構成でも、光源調光制御回路62は、LED63の輝度波形を、外光輝度波形と位相の180°異なるように制御する。これにより、液晶パネル21に対し、図44(c)に示すような、同周波数で逆位相の光の混合された、DC成分の大きい光を照射することが可能となる。
また、本実施形態では、本表示装置の光源として、蛍光管やLEDを用いるとしている。しかしながら、これに限らず、本表示装置の光源については、これらに加えて、EL(Electro luminescence)、FED(Field Emission Display)のいずれかから構成してもよい。また、光源を、蛍光管、LED、ELおよびFEDを組み合わせたものから構成してもよい。また、図34〜図38等では、光源を棒状に表現している。しかしながら、光源の形状としては、丸型形状でもU字型形状でもよい。すなわち、本発明では、光源の形状には特にとらわれない。
また、サブフレーム表示とPWM調光とを組み合わせる場合、本表示装置の表示部14については、液晶表示素子に限らず、非自発光型の表示素子(光源を必要とする素子)であれば、どのような表示素子を用いてもよい。
また、本実施形態では、制御部15が、液晶パネル21に表示信号を送るとともに、PWM調光の制御も行うとしている。しかしながら、これに限らず、制御部15とは別に、PWM調光を制御する部材(PWM調光制御部)を設けてもよい。従って、本表示装置を、1フレームを、m個(m;2以上の整数)のサブフレームに分割して画像表示を行う表示装置であって、表示信号の電圧に基づいた輝度の画像を表示する、液晶表示素子からなる表示画面を備えた表示部と、1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を生成して表示部に出力する制御部とを備えており、さらに、表示部の光源をPWM調光方式で調光するPWM調光制御部を備えている構成である、と表現することもできる。
また、本表示装置を液晶テレビとする場合、チューナ部17として、テレビ放送信号のチャネルを選択し、選択されたチャネルのテレビ画像信号を、フレームメモリ11を介して制御部15に伝達するものを用いてもよい。この構成では、制御部15が、このテレビ画像信号に基づいて表示信号を生成することとなる。また、チューナ部17として、テレビ放送信号のチャネルを選択し、選択されたチャネルのテレビ画像信号を、各種映像処理を行う回路(図示せず)を介して制御部15に伝達するものを用いてもよい。
また、本発明の表示装置を、1フレームを、第1および第2サブフレームからなる2つのサブフレームに分割して画像表示を行う表示装置において、入力された表示信号の輝度階調に基づいた輝度の画像を表示する表示部と、1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1および第2サブフレームの表示信号である第1および第2表示信号を生成し、表示部に出力する制御部とを備えており、この制御部が、低明度の画像を表示する場合に、第1表示信号の輝度階調を調整する一方、第2表示信号の輝度階調を最小または第1所定値(例えば最大階調の0.02%)より小さい値とし、高明度の画像を表示する場合に、第1表示信号の輝度階調を最大または第2所定値(例えば最大階調の80%)より大きい値とする一方、第2表示信号の輝度階調を調整し、第1サブフレームの期間と第2サブフレームの期間との比を、1:nあるいはn:1(nは1より大きい実数)に設定するとともに、表示部の光源をPWM調光方式で調光する構成である、と表現することもできる。
また、図39に示した表示装置を、1フレームを、m個(m;2以上の整数)のサブフレームに分割して画像表示を行う表示装置であって、表示信号の電圧に基づいた輝度の画像を表示する、液晶表示素子からなる表示画面を備えた表示部と、1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を生成して表示部に出力する制御部とを備えており、この制御部が、表示部の光源をPWM調光方式で調光するようになっており、上記の表示部が、複数の直下型の光源を並べてなる光源群を有しており、各光源が、自身に近い複数のゲートラインからなるゲートライン群に光を照射するように設計されており、上記の制御部は、光源の発光波形の周波数をフレームの周波数のn倍とするとともに、「各光源に割り当てられたゲートライン群に応じた液晶の応答波形がONとなっているときにおける、その光源の発光波形の状態」を、全光源で同一とするように、PWM調光を行う構成である、と表現することもできる。
また、上記では、本表示装置における全ての処理を、制御部15の制御により行うとしている。しかしながら、これに限らず、これらの処理を行うためのプログラムを記録媒体に記録し、このプログラムを読み出すことのできる情報処理装置を、制御部15に代えて用いるようにしてもよい。
この構成では、情報処理装置の演算装置(CPUやMPU)が、記録媒体に記録されているプログラムを読み出して処理を実行する。従って、このプログラム自体が処理を実現するといえる。
ここで、上記の情報処理装置としては、一般的なコンピューター(ワークステーションやパソコン)の他に、コンピューターに装着される、機能拡張ボードや機能拡張ユニットを用いることができる。
また、上記のプログラムとは、処理を実現するソフトウェアのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム等)のことである。このプログラムは、単体で使用されるものでも、他のプログラム(OS等)と組み合わせて用いられるものでもよい。また、このプログラムは、記録媒体から読み出された後、装置内のメモリ(RAM等)にいったん記憶され、その後再び読み出されて実行されるようなものでもよい。
また、プログラムを記録させる記録媒体は、情報処理装置と容易に分離できるものでもよいし、装置に固定(装着)されるものでもよい。さらに、外部記憶機器として装置に接続するものでもよい。
このような記録媒体としては、ビデオテープやカセットテープ等の磁気テープ、フロッピー(登録商標)ディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CD、MO、MD、DVD等の光ディスク(光磁気ディスク)、ICカード、光カード等のメモリカード、マスクROM、EPROM、EEPROM、フラッシュROM等の半導体メモリなどを適用できる。
また、ネットワーク(イントラネット・インターネット等)を介して情報処理装置と接続されている記録媒体を用いてもよい。この場合、情報処理装置は、ネットワークを介するダウンロードによりプログラムを取得する。すなわち、上記のプログラムを、ネットワーク(有線回線あるいは無線回線に接続されたもの)等の伝送媒体(流動的にプログラムを保持する媒体)を介して取得するようにしてもよい。なお、ダウンロードを行うためのプログラムは、装置内(あるいは送信側装置・受信側装置内)にあらかじめ記憶されていることが好ましい。
なお、また、液晶応答波形は、ゲートラインのONタイミングで出力されるものである。液晶画素に書き込まれ、次のONタイミングまで液晶画素の電圧が保持され形成されるものであるともいえる。また、液晶表示装置において1フレームに黒を挿入することで擬似インパルスモードを実現する黒色駆動方式と光源のPWM調光方式を組み合わせたときに生じる干渉縞の改善方法については、特許文献6で述べられている。この文献の技術では、1フレーム期間を黒色表示期間と画像表示期間とに分けており、この黒色表示期間を1フレームに対してある比率条件で液晶を駆動する方法や、あるPWM調光周波数条件でのバックライトを駆動する方法または複数のバックライトのPWM調光信号の位相をずらすといった方法で改善を図っている。
一方、液晶の駆動方法で擬似インパルスモードを実現する手法として、特許文献3のように1フレームを複数のサブフレーム期間に分割し、高輝度と低輝度のサブフレームを持ち、すべてのサブフレームの時間積分によって階調を表現する方式(時分割階調駆動方式)がある。この方式の場合、黒を常に挿入する方法に比べて画面の表示輝度が落ちるのを抑制しつつエッジボケ改善などの動画性能を改善することができるという利点があるが、黒挿入する方式と同様にPWM調光方式の光源と組み合わせると干渉現象が発生する。
さらに、黒色駆動方式による擬似インパルスモードの場合は、完全に光源が遮断されるため黒挿入時間を変化させると全体の絶対輝度は変わっても階調が変化することはないが、時分割階調駆動方式の場合は、各サブフレームの時間を変化させると輝度および階調も変化してしまうという制約がある。また、低輝度のサブフレーム期間にも光源の光が液晶の応答波形で変調されて透過しており、挿入期間に光源の消灯している期間を同期するなどといった制御タイミングを調整して改善する手法も採用できない。
このようなことから、本発明の目的は、主に1フレーム期間を2つ以上のサブフレーム期間に分割して、各サブフレームの時間積分によって階調を表現する表示機構を備えた時分割階調による擬似インパルス駆動方法と、PWM調光方式の光源を組み合わせたときに生じるフリッカなどの干渉現象を階調表現や画面表示を損なわずに改善することにあるともいえる。
また、本発明を、以下の第1〜第23表示装置として表現することもできる。すなわち、第1表示装置は、1フレーム期間を2つ以上のサブフレーム期間に分割して、各サブフレームの時間積分によって階調を表現する表示機構を備えた駆動方法と、PWM調光方式の光源とを組み合わせたときに生じる干渉現象を改善するように、PWM調光信号を制御する手段を備える構成である。
また、第2表示装置は、第1表示装置において、干渉現象を改善するために、光源の発光波形が時間的かつ空間的に補償されるようにPWM調光信号を制御する構成である。
また、第3表示装置は、第1表示装置において、干渉現象を改善するために、光源の発光波形になるべくDC成分が多く含まれるように、PWM調光信号を制御する構成である。
また、第4表示装置は、第1表示装置において、干渉現象を改善するために、光源の発光波形が時間的かつ空間的に補償されるようにPWM調光信号を制御するとともに、干渉現象を改善するために、光源の発光波形になるべくDC成分が多く含まれるように、PWM調光信号を制御する構成である。
また、第5表示装置は、第2表示装置において、PWM調光の制御信号をフレーム周波数のn.5倍で駆動する構成である。
また、第6表示装置は、第5表示装置において、黒挿入率50%では、450Hz以上のPWM調光の周波数で駆動する構成である。
また、第7表示装置は、第5表示装置において、輝度が一定になるように補償調光パルスを発生する制御手段を備える構成である。
また、第8表示装置は、第2表示装置において、PWM調光の制御信号をフレーム周波数のn倍で駆動しフレーム毎に位相を反転する構成である。
また、第9表示装置は、第8表示装置において、輝度が一定になるように補償する調光パルスを発生する制御手段を備える構成である。
また、第10表示装置は、第3表示装置において、第1の光源と第2の光源を備え、それぞれのPWM調光の位相が180°異なるように制御する手段を備える構成である。
また、第11表示装置は、第3表示装置において、第1の光源と第2の光源と第3の光源を備え、それぞれのPWM調光の位相が120°異なるように制御する手段を備える構成である。
第12表示装置は、第3表示装置において、第1〜第nの光源を備え、それぞれのPWM調光の位相が(360°/n)異なるように制御する手段を備える構成である。
また、第13表示装置は、第10〜第12表示装置において、光源は直下型のバックライトで、空間的に交互に配置されている構成である。
また、第14表示装置は、第10〜第12表示装置において、光源はサイド型のバックライトで、それぞれ両端に逆位相の光源が配置されている構成である。
また、第15表示装置は、第10〜第12表示装置において、光源はサイド型のバックライトで、片端に逆位相の光源が配置されている構成である。
また、第16表示装置は、第10〜第12表示装置において、光源はフロントライトで、それぞれ両端に逆位相の光源が配置されている構成である。
また、第17表示装置は、第10〜第12表示装置において、光源はフロントライトで、片端に逆位相の光源が片端にいっしょに配置されている構成である。
また、第18表示装置は、第5〜第8表示装置のいずれかと、第13〜第16表示装置のいずれかとを組み合わせた構成である。
また、第19表示装置は、干渉現象を改善するために、液晶パネルのラインスキャン駆動に同期して、複数並行に配置した光源をスキャン制御する構成である。
また、第20表示装置は、PWM調光方式と電流調光方式を備え、電流調光方式により光源の発光波形のDC成分をあらかじめ増やすことで、干渉現象を抑制する構成である。
また、第21表示装置は、第2表示装置において、外光を検出するセンサー部と検出した輝度成分と逆位相になるように光源のPWM調光を制御する構成である。
第22表示装置は、第21表示装置において、反射型液晶において、外光と逆位相になるようにフロントライト光源のPWM調光を制御する構成である。また、第21表示装置において、半透過型液晶において、外光と逆位相になるようにバックライト光源のPWM調光を制御する構成である。
また、第23表示装置は、第1〜第22表示装置のいずれかにおいて、光源が蛍光灯、LED、EL、FEDのいずれかまたは組み合わせたものである構成である。
本発明は、白浮き現象の生じる表示画面を備えた装置に対し、好適に使用できるものである。

Claims (17)

  1. 1フレームを、m個(m;2以上の整数)のサブフレームに分割して画像表示を行う表示装置であって、
    表示信号の電圧に基づいた輝度の画像を表示する、液晶表示素子からなる表示画面を備えた表示部と、
    1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を生成して表示部に出力する制御部とを備えており、
    この制御部が、表示部の光源をPWM調光方式で調光することを特徴とする表示装置。
  2. 上記の制御部が、光源の発光波形の周波数を、フレームの周波数のn.5倍であって(nは整数)、450Hz以上の値とするように、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 上記の制御部が、光源の発光波形を、ともにフレームの周波数のn.5倍の周波数を有し、互いに逆位相でパルス幅の異なる主発光パルスと輝度補償パルスとを組み合わせた波形とするように、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  4. 上記の制御部が、
    光源の発光波形を、フレーム周波数のn倍の周波数を有するとともに、フレームごとに位相を反転する主発光パルスと、主発光パルスと同じ周波数で、このパルスと逆位相の輝度補償パルスとを組み合わせた波形とするとともに、
    光源の発光波形に対し、
    主発光パルスが連続してOFFとなるときに、輝度補償パルスに代えて、光源をONとする輝度補償加パルスを挿入する一方、
    主発光パルスが連続してONとなるときに、輝度補償パルスに代えて、光源をOFFとする輝度補償減パルスを挿入するように、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  5. 上記の表示部が複数の光源を有しており、
    上記の制御部が、少なくとも2つの光源の発光波形が互いに異なる位相となるように、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の表示装置。
  6. 上記の制御部が、各光源をp個(pは2以上の自然数)のグループにわけ、光源の発光波形の位相を、グループごとに360°/pずつ、ずらすように設計されていることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  7. 上記の光源が、直下型のバックライトであることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  8. 上記の光源が、サイド型のバックライトであることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  9. 上記の光源が、サイド型のフロントライトであることを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  10. 上記の表示部が、複数の直下型の光源を並べてなる光源群を有しており、各光源が、自身に近い複数のゲートラインからなるゲートライン群に光を照射するように設計されており、
    上記の制御部は、
    光源の発光波形の周波数をフレームの周波数のn倍とするとともに、
    各光源に割り当てられたゲートライン群がONとなったときにおける、その光源の発光波形の状態を、全光源で同一とするように、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  11. 上記制御部は、
    光源に一定の発光電力を供給した状態で、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  12. 上記表示部がフロントライト型の光源を有する反射型の表示素子であり、
    表示部に照射される外光の輝度波形を検出する輝度センサーを備え、
    上記制御部は、
    光源の発光波形を、外光の輝度波形と同周波数で逆位相とするように、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  13. 上記表示部が半透過型の表示素子であり、
    表示部に照射される外光の輝度波形を検出する輝度センサーを備え、
    上記制御部は、
    光源の発光波形を、外光の輝度波形と同周波数で逆位相とするように、PWM調光を行うことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  14. 上記の光源が、蛍光管、LED、EL、FEDのいずれかからなることを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の表示装置。
  15. 請求項1に記載の表示装置と、
    外部から入力された画像信号を制御部に伝達するための信号入力部とを備え、
    表示装置の制御部が、この画像信号に基づいて表示信号を生成するように設計されていることを特徴とする液晶モニター。
  16. 請求項1に記載の表示装置と、
    テレビ放送信号を受信するチューナ部とを備え、
    表示装置の制御部が、このテレビ放送信号に基づいて表示信号を生成するように設計されていることを特徴とする液晶テレビジョン受像器。
  17. 1フレームを、m個(m;2以上の整数)のサブフレームに分割して画像表示を行う表示方法であって、
    1フレームに表示部から出力される輝度の総和をフレームの分割によって変えないように、第1〜第mサブフレームの表示信号である第1〜第m表示信号を生成して液晶表示素子からなる表示部に出力する出力工程を含み、
    さらに、表示部の光源をPWM調光方式で調光する調光工程を含んでいることを特徴とする表示方法。
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