JP2004272156A

JP2004272156A - 画像表示装置

Info

Publication number: JP2004272156A
Application number: JP2003066219A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Fujine; 俊之藤根
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】どのような視聴環境下であっても、良好な階調再現性を実現することが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】周囲照度を計測する周囲照度計測部２１と、該周囲照度計測部２１による周囲照度データ及びバックライト制御回路８による調光制御データに基づいて、画面上に表示可能な最小輝度（画面最小輝度）を検出し、入力画像データに対応して液晶表示パネル２を駆動するための基準階調電圧を可変制御するマイコン２２と、基準階調電圧発生部５により発生させる基準階調電圧の値を画面最小輝度毎に複数記憶しているＲＯＭ等の基準階調電圧データ格納部２３とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力画像データに応じた画像を表示する画像表示装置に関し、特に視聴環境にかかわらず良好な階調再現性を実現することが可能な画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近来、パーソナルコンピュータやテレビ受信機などの軽量化、薄形化によってディスプレイ装置も軽量化、薄形化が要求されており、このような要求に従って陰極線管（ＣＲＴ）の代わりに液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ装置（ＰＤＰ）などのようなフラットパネル型ディスプレイが開発されている。
【０００３】
例えば、ＬＣＤは二つの基板の間に注入されている異方性誘電率を有する液晶層に電界を印加し、この電界の強さを調節して基板を透過する光の量を調節することによって所望の画像信号を得る表示装置である。このようなＬＣＤは携帯の簡便なフラットパネル型ディスプレイのうちの代表的なものであり、この中でも薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をスイッチング素子として用いたＴＦＴＬＣＤが主に用いられている。
【０００４】
このような従来の液晶表示装置について、図１２乃至図１６とともに説明する。図１２は従来の液晶表示装置の概略構成を示すブロック図であり、同図において、１はＬＣＤコントローラ、２は液晶表示パネル、３は信号線駆動回路、４は走査線駆動回路、５は基準階調電圧発生部、６はバックライト、７はバックライト駆動用のインバータ回路、８はバックライト制御回路である。
【０００５】
画像データは階調データ及び同期データとしてＬＣＤコントローラ１へ入力される。階調データは例えばＲＧＢ信号であり、同期データは垂直同期信号、水平同期信号、データイネーブル信号（ＤＥ）、及びクロック等を含むデータである。ＬＣＤコントローラ１は、入力された階調データ及び同期データに基づいて、信号線駆動回路３へ出力する階調データ及び信号側制御信号を生成するとともに、走査線駆動回路４へ出力する走査線制御信号を生成し、液晶表示パネル２における画像表示制御を行う。
【０００６】
また、ＬＣＤコントローラ１は、バックライト制御回路８を介してインバータ回路７を制御することで、バックライト点灯期間（バックライトデューティー）、バックライト駆動電流を調整することにより、バックライト６によるバックライト照明光の明るさを調光制御している。
【０００７】
ここで、図１３を参照して液晶表示パネル２（アクティブマトリクス型ＬＣＤ）の構成について説明する。液晶表示パネル２は第一及び第二のガラス基板（図示せず）を備えており、第一のガラス基板上には、ｎ本の走査線Ｇ１〜Ｇｎとｍ本の信号線Ｓ１〜Ｓｍの各交差部付近に非線形素子（スイッチング素子）であるＴＦＴ（Ｔｈｉｎｆｉｌｍｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１１が設けられている。
【０００８】
ＴＦＴ１１のゲート線は走査線Ｇ１〜Ｇｎに接続され、ソース電極は信号線Ｓ１〜Ｓｍに接続され、ドレイン電極は画素電極に接続されている。第二のガラス基板は第一のガラス基板と対向する位置に配置され、ＩＴＯ等の透明電極によりガラス基板表面の一面に共通電極が形成されている。この共通電極のそれぞれは共通電極駆動回路１２に接続され、この共通電極駆動回路１２によって電位が設定される。そして、上記共通電極と第一のガラス上に形成された画素電極との間に液晶１３が封入されている。
【０００９】
上述の走査線Ｇ１〜Ｇｎ及び信号線Ｓ１〜Ｓｍは、走査線駆動回路４及び信号線駆動回路３にそれぞれ接続されている。走査線駆動回路４はｎ本の走査線Ｇ１〜Ｇｎに対して高電位を順次印加することによって走査を行い、各走査線Ｇ１〜Ｇｎに接続されたＴＦＴ１１をオン状態とする。走査線駆動回路４が走査線Ｇ１〜Ｇｎを走査している状態において、信号線駆動回路３が画像データに応じた階調電圧をｍ本の信号線Ｓ１〜Ｓｍの何れかに出力することにより、オン状態となっているＴＦＴ１１を介して画素電極に階調電圧が書き込まれ、一定の電位に設定された共通電極と階調電圧が印加された画素電極との間の電位差により光の透過量が制御される。
【００１０】
ここで、液晶表示パネル２の裏面に配設されたバックライト６が、インバータ回路７により駆動されて一定の輝度を発光しているため、液晶表示パネル２の上述した動作原理によって、バックライト６から射出された光の透過量が制御されて所望の画像表示が行われる。
【００１１】
また、図１２に示した基準階調電圧発生部５は、信号線駆動回路３に対して基準階調電圧を供給するものである。基準階調電圧は、画像データの階調レベルに応じて適宜設定された液晶表示パネル２への印加電圧である。図１４は液晶の印加電圧に対する透過率の関係の一例を示す説明図である。図１４に示すような特性を持つ液晶を用いて画像を表示するために、例えば図１５に示すように、画像データの階調レベルと光透過率の関係がガンマ２．２の曲線となるように基準階調電圧を設定する。
【００１２】
基準階調電圧として設定されるのは、図１４に示すように、例えば最大表示階調を８等分した基準階調の電圧であり、残りの階調電圧は隣接した基準階調電圧を分割することにより生成される。具体的には、抵抗分割された回路により、全表示階調電圧を設定する。
【００１３】
以上、従来の液晶表示装置について説明したが、従来の液晶表示装置で画像表示を行った場合、視聴環境（照度）の影響を受けることから、例えば特開平６−８３２８７号公報では、周囲の明るさに応じて、表示輝度の直線性に関係するγ補正特性を切り換え、特に中間調レベルの表示コントラストを向上させるものが提案されている。
【００１４】
これによると、屋内等の通常使用環境下では、図１６中の折れ線Ａで示すγ補正特性を選択し、屋外等の周囲が明るい環境下では、図１６中の折れ線Ｂで示すような、γ１〜γ２の信号レベルに対してのみ増幅度を上げた特性とすることで、中間調レベル表示の明るさをアップさせて、通常の映像信号の視認性を向上させることが可能となっている。
【００１５】
【特許文献１】
特開平６−８３２８７号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したような液晶表示装置において、周囲の明るさ（照度）を変えた場合の階調−輝度特性は、図１７、図１８に示すとおり、周囲照度が変化しても傾きは変わらない。しかしながら、本願発明者の実験によれば、表示される輝度によってその輝度付近の階調識別輝度差が異なることが明らかとなった。その関係は、表示輝度の対数と、識別限界輝度差の対数の関係が比例関係にあるというものである。
【００１７】
すなわち、周囲が暗く、画面に黒を表示した際の輝度が低い場合、黒付近の階調識別性は向上し（少しの輝度差でも判別可能）、逆に、周囲が明るい場合には、黒を表示しても画面の表面反射により輝度の大きな黒しか表示できない。このような場合、前述の周囲の明るさが暗い場合よりも階調識別性は低下する（少しの輝度差は判別できない）。
【００１８】
このように、周囲照度の変化に伴い、特に低階調部分での視覚的な階調再現性（識別限界輝度）が異なり、周囲照度が小さい場合は、周囲光の液晶表示パネルの表面での反射光量が小さいため、画面上に表示可能な最低輝度も小さくなり、低階調部分の微妙な輝度変化を識別することが可能であるが、周囲照度が大きい場合は、周囲光の液晶表示パネルの表面での反射光量が大きいため、画面上に表示可能な最低輝度も大きくなり、低階調部分の微妙な輝度変化を識別し難くなるという問題があった。
【００１９】
また、画面上に表示可能な最低輝度は、上述した周囲光の液晶表示パネル表面での反射の他、バックライト光の液晶表示パネルの透過光量によっても影響を受け、バックライト発光輝度が小さい場合は、画面上に表示可能な最低輝度も小さくなり、低階調部分の微妙な輝度変化を識別することが可能であるが、バックライト発光輝度が大きい場合は、画面上に表示可能な最低輝度も大きくなり、低階調部分の微妙な輝度変化を識別し難くなる。
【００２０】
尚、上述したような、画面上に表示可能な最小輝度に応じて生じる階調再現性の変化が、中高階調部分ではほとんど無視できる程度であり、低階調部分で顕著に表れるのは、人間の視覚特性によるものと考えられる。
【００２１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、どのような視聴環境下であっても、良好な階調再現性を実現することが可能な画像表示装置を提供するものである。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、入力画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、画面上に表示可能な最小輝度を検出する検出手段と、前記検出された画面上に表示可能な最小輝度に基づいて、入力画像データに対応する低階調の表示輝度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
本願の第２の発明は、前記検出手段が、周囲照度に基づいて画面上に表示可能な最小輝度を検出するものであることを特徴とする。
【００２４】
本願の第３の発明は、前記検出手段が、バックライト発光輝度に基づいて画面上に表示可能な最小輝度を検出するものであることを特徴とする。
【００２５】
本願の第４の発明は、前記制御手段が、前記画面上に表示可能な最小輝度に基づき、前記入力画像データに対応して液晶表示パネルへ印加する階調電圧を可変する基準階調電圧回路であることを特徴とする。
【００２６】
本願の第５の発明は、前記制御手段が、前記画面上に表示可能な最小輝度に基づき、前記入力画像データの階調レベルを可変する階調補正回路であることを特徴とする。
【００２７】
本発明の画像表示装置によれば、周囲照度やバックライト発光輝度などから求められる、画面上に表示可能な最小輝度に基づいて、入力画像データに対応する低階調の表示輝度を制御することにより、画面上に表示可能な最小輝度が小さい場合は、低階調の表示輝度が暗くなる（輝度変化が小さくなる）ように、また、画面上に表示可能な最小輝度が大きい場合は、低階調の表示輝度が明るく（輝度変化が大きくなる）なるように、自動調整することが可能となる。これによって、どのような視聴環境下であっても、低階調における視覚的な階調再現性を良好に維持することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の画像表示装置の第１実施形態を、液晶表示装置に適用した場合について、図１乃至図７とともに詳細に説明するが、上記従来例と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ここで、図１は本実施形態の液晶表示装置における概略構成を示すブロック図、図２は本実施形態の液晶表示装置における基準階調電圧データ格納部の内容例を示す概略説明図、図３は本実施形態の液晶表示装置における表示階調と表示輝度との関係を示す説明図である。
【００２９】
また、図４は本実施形態の液晶表示装置における画面最低輝度と黒付近の傾きとの関係を示す説明図、図５は本実施形態の液晶表示装置における基準階調電圧発生部の概略構成を示すブロック図、図６は本実施形態の液晶表示装置における信号線駆動回路の要部概略構成を示す回路図、図７は本実施形態の液晶表示装置におけるガンマ特性を示す概略説明図である。
【００３０】
本実施形態の液晶表示装置は、図１に示すように、周囲の明るさを検知する周囲照度計測部２１と、該周囲照度計測部２１により検知された周囲照度データ及びバックライト制御回路８による調光制御データに基づいて、画面上に表示可能な最小輝度（画面最小輝度）を検出し、入力画像データに対応して液晶表示パネル２を駆動するための基準階調電圧を可変制御するマイコン２２と、基準階調電圧発生部５により発生させる基準階調電圧の値を画面最小輝度毎に複数記憶しているＲＯＭ等の基準階調電圧データ格納部２３とを備えている。
【００３１】
ここで、基準階調電圧発生部５は、基準階調電圧データ格納部２３に格納されている基準階調電圧データに基づき、信号線駆動回路３に対して基準階調電圧を供給するものである。ここで、基準階調電圧データ格納部２３には、図２に示すように、周囲照度／バックライト発光輝度に基づいて求められる画面最小輝度に対応した基準階調電圧データがＲＯＭの別領域に格納されており、これらはマイコン２２により選択指示されて、基準階調電圧発生部５に出力される。
【００３２】
すなわち、入力画像データの表示階調と液晶表示パネル２の表示輝度との関係は、図３に示すとおりであるが、本実施形態の液晶表示装置においては、図４に示すように、周囲が明るい場合やバックライトが明るい場合は、黒付近を表示する際の傾きが大きくなる（輝度変化が大きくなる＝低階調の表示輝度が明るくなる）ように基準階調電圧を可変制御するとともに、周囲が暗い場合やバックライトが暗い場合は、黒付近を表示する際の傾きが小さくなる（輝度変化が小さくなる＝低階調の表示輝度が暗くなる）ように基準階調電圧を可変制御する。
【００３３】
このため、基準階調電圧データ格納部２３には、周囲光の明るさとバックライト照明光の明るさとによって求められる、画面上に表示可能な最小輝度（画面最小輝度）に応じて、低階調付近の傾きを異ならしめる３種類の基準階調電圧データが用意されている。尚、本実施形態では、画面最小輝度による視覚的な階調再現性への影響が大きな低階調部分に着目して、上述のように、黒付近の傾きを可変制御するようにしているが、中高階調部分についても、当然ながら、黒付近との連続性を確保するために適宜調整がなされている。
【００３４】
ここでは、例えば表示信号レベル数すなわち表示データ数が８ｂｉｔの２５６階調である場合、０，３２，６４，９６，１２８，１６０，１９２，２２４，２５５階調に相当する電圧データＶ０，Ｖ３２，・・・，Ｖ２５５が設定／格納されており、この格納された基準階調以外の階調については、上記基準階調電圧を線形に抵抗分割することで、液晶表示パネル２に印加する全階調電圧が求められる。
【００３５】
基準階調電圧発生部５は、図５に示すように、基準階調電圧データ格納部２３より取得したＶ０，Ｖ３２，・・・，Ｖ２５５のデジタルデータを、ＤＡコンバータ５ａによりＤ／Ａ変換した後、アンプ部５ｂにより適宜増幅することで調整された基準階調電圧ＶＡ０，ＶＡ３２，・・・，ＶＡ２５５を、ソースドライバ等を含む信号線駆動回路３へ供給する。信号線駆動回路３は、図６に示すように、基準階調電圧ＶＡ０，ＶＡ３２・・・・ＶＡ２５５の各入力端子が抵抗分割接合されており、画像データに対応した全階調電圧を生成することで、８ｂｉｔの画像データを表示することができる。
【００３６】
尚、ここでは、０，３２，６４，９６，１２８，１６０，１９２，２２４，２５５の３２階調毎の９つの基準階調に対する階調電圧を発生し、これ以外の階調電圧を抵抗分割によって生成するものについて説明したが、これに限らず、例えば１６階調毎の基準階調に対する階調電圧を発生するものなどに適用しても良いことは言うまでもない。また、本実施形態においては、説明を簡単化するため、画面最小輝度に応じて３種類の基準階調電圧データを切り替えているが、切替データ数はこれに限られないことは明らかである。
【００３７】
以上のように、基準階調電圧データ格納部２３に格納された基準階調電圧データの各々は、マイコン２２からの切替制御信号によって、そのいずれかが基準階調電圧発生部５に読み出され、この基準階調電圧データに基づき、入力画像データの各階調レベルに対応して液晶表示パネル２へ印加される階調電圧が決定される。
【００３８】
これによって、図７に示すように、画面最小輝度が小さい場合は、黒付近を表示する際の傾きを緩やかにする（輝度変化を小さくなる）ことが可能であり（図７中の曲線ａ）、画面最小輝度が大きい場合は、黒付近の傾きを大きくする（輝度変化を大きくする）ことが可能となる（図７中の曲線ｃ）。従って、画面最小輝度が大きくなっても、低階調部分の微妙な輝度変化を容易に識別することが可能となり、ガンマ特性の変化に由来する画質劣化の発生を抑制することができる。
【００３９】
尚、上述した実施形態においては、画面に表示可能な最小輝度（画面最小輝度）に応じて、液晶表示パネル２を駆動するための基準階調電圧を可変する構成としているが、本発明はこれに限らず、例えばＬＣＤコントローラ１の前段にて、入力画像データの階調レベルを変換することにより、入力画像データに対応する低階調の表示輝度を可変制御する構成としても良い。
【００４０】
これについて、本発明の第２実施形態として、図８乃至図１１とともに説明するが、上述した第１実施形態と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。ここで、図８は本実施形態の液晶表示装置における概略構成を示すブロック図、図９は本実施形態の液晶表示装置における階調補正部の入出力特性（第１例）を示す概略説明図、図１０は本実施形態の液晶表示装置における階調補正部の入出力特性（第２例）を示す概略説明図、図１１は本実施形態の液晶表示装置における階調補正部の入出力特性（第３例）を示す概略説明図である。
【００４１】
本実施形態の液晶表示装置は、図８に示すように、周囲照度計測部２１により検知された周囲照度データ及びバックライト制御回路８による調光制御データに基づいて、画面上に表示可能な最小輝度（画面最小輝度）を検出し、前記入力画像データの階調レベルを可変制御するマイコン３２と、入力画像データに対する出力画像データの値を画面最小輝度毎に複数記憶しているＲＯＭ等の階調補正データ格納部３３と、前記画面最小輝度に応じて、入力画像データの階調レベルを可変する階調補正回路３４とを備えている。
【００４２】
ここで、階調補正回路３４は、階調補正データ格納部３３に格納されている階調補正データに基づき、階調レベルを変換した上で、ＬＣＤコントローラ１に画像データを出力するものである。ここで、階調補正データ格納部３３には、周囲照度／バックライト発光輝度に基づいて求められる画面最小輝度に対応した階調補正データがＲＯＭの別領域に格納されており、これらはマイコン３２により選択指示されて、階調補正回路３４での階調変換処理に用いられる。
【００４３】
すなわち、本実施形態の液晶表示装置においては、図９〜図１１に示すように、画面最小輝度が大きい場合（周囲が明るい場合やバックライトが明るい場合）は、黒付近を表示する際の傾きが大きくなる（輝度変化が大きくなる＝低階調の表示輝度が明るくなる）ように、入力画像データに対する階調補正処理を施す（図９〜図１１中の曲線ａ）とともに、画面最小輝度が小さい場合（周囲が暗い場合やバックライトが暗い場合）は、黒付近を表示する際の傾きが小さくなる（輝度変化が小さくなる＝低階調の表示輝度が暗くなる）ように、入力画像データに対する階調補正処理を施す（図９〜図１１中の曲線ｃ）。
【００４４】
これによって、画面最小輝度が小さい場合は、黒付近を表示する際の傾きを緩やかにする（輝度変化を小さくなる）ことが可能であり、画面最小輝度が大きい場合は、黒付近の傾きを大きくする（輝度変化を大きくする）ことが可能となる。従って、画面最小輝度が大きくなっても、低階調部分の微妙な輝度変化を容易に識別することが可能となり、ガンマ特性の変化に由来する画質劣化の発生を抑制することができる。
【００４５】
以上詳述したとおり、本発明の画像表示装置によれば、画面上に表示可能な最小輝度に基づいて、入力画像データに対応する低階調の表示輝度を適切に可変制御しているので、どのような視聴環境下であっても、低階調部分における視覚的な階調再現性を良好に維持することができ、常に高画質の画像表示を実現することが可能となる。
【００４６】
尚、上述した本発明の第１、第２実施形態においては、周囲照度及びバックライト発光輝度から画面に表示可能な最小輝度（画面最小輝度）を求めて、入力画像データに対応する低階調の表示輝度を調整しているが、例えば周囲照度或いはバックライト発光輝度のいずれか一方により画面最小輝度を求めても良く、これに限られないことは言うまでもない。また、本発明は、液晶表示装置に限らず、ＣＲＴやＰＤＰなどの種々の画像表示装置に適用可能であることは明らかである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の液晶表示装置は、上記のような構成としているので、画面上に表示可能な最小輝度に基づいて、入力画像データに対応する低階調の表示輝度を制御することにより、どのような視聴環境下であっても、低階調における視覚的な階調再現性を良好に維持することが可能となり、常に高画質の画像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像表示装置の第１実施形態における概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の画像表示装置の第１実施形態における基準階調電圧データ格納部の内容例を示す概略説明図である。
【図３】本発明の画像表示装置の第１実施形態における表示階調と表示輝度との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の画像表示装置の第１実施形態における画面最低輝度と黒付近の傾きとの関係を示す説明図である。
【図５】本発明の画像表示装置の第１実施形態における基準階調電圧発生部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の画像表示装置の第１実施形態における信号線駆動回路の要部概略構成を示す回路図である。
【図７】本発明の画像表示装置の第１実施形態におけるガンマ特性を示す概略説明図である。
【図８】本発明の画像表示装置の第２実施形態における概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の画像表示装置の第２実施形態における階調補正部の入出力特性（第１例）を示す概略説明図である。
【図１０】本発明の画像表示装置の第２実施形態における階調補正部の入出力特性（第２例）を示す概略説明図である。
【図１１】本発明の画像表示装置の第２実施形態における階調補正部の入出力特性（第３例）を示す概略説明図である。
【図１２】従来の液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１３】液晶表示パネルの概略構成を示す説明図（等価回路図）である。
【図１４】液晶の印加電圧に対する透過率の関係の一例を示す説明図である。
【図１５】液晶表示装置におけるガンマ特性を示す概略説明図である。
【図１６】従来の液晶表示装置におけるγ補正特性を示す概略説明図である。
【図１７】従来の液晶表示装置における周囲照度を変えた際の階調−輝度特性を示す説明図である。
【図１８】図１７における低階調部分の拡大図である。
【符号の説明】
１ＬＣＤコントローラ
２液晶表示パネル
３信号線駆動回路
４走査線駆動回路
５基準階調電圧発生部
６バックライト
７バックライト用インバータ回路
８バックライト制御回路
２１周囲照度計測部
２２、３２マイコン
２３基準階調電圧データ格納部
３３階調補正データ格納部
３４階調補正回路

Claims

入力画像データに応じた画像を表示する画像表示装置であって、
画面上に表示可能な最小輝度を検出する検出手段と、
前記検出された画面上に表示可能な最小輝度に基づいて、入力画像データに対応する低階調の表示輝度を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
前記請求項１に記載の画像表示装置において、
前記検出手段は、周囲照度に基づいて画面上に表示可能な最小輝度を検出するものであることを特徴とする画像表示装置。
前記請求項１に記載の画像表示装置において、
前記検出手段は、バックライト発光輝度に基づいて画面上に表示可能な最小輝度を検出するものであることを特徴とする画像表示装置。
前記請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、前記画面上に表示可能な最小輝度に基づき、前記入力画像データに対応して液晶表示パネルへ印加する階調電圧を可変する基準階調電圧回路であることを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項１乃至３のいずれかに記載の画像表示装置において、
前記制御手段は、前記画面上に表示可能な最小輝度に基づき、前記入力画像データの階調レベルを可変する階調補正回路であることを特徴とする画像表示装置。