JP4252051B2 - 液晶表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、動画表示特性に優れた液晶表示装置に関する。

近年、液晶表示装置が広く利用されるようになっており、最近では、液晶テレビだけでなく、パーソナルコンピュータ用モニタや携帯端末機器（携帯電話やＰＤＡなど）においても動画情報を表示するニーズが急速に高まっている。液晶表示装置で動画を高品位で表示するためには、液晶層の応答時間を短く（応答速度を速く）する必要があり、１垂直走査期間（典型的には１フレーム）内で所定の階調に到達することが要求される。

液晶表示装置の応答特性を改善する駆動方法として、表示すべき階調に対応する電圧（所定の階調電圧）よりも高い電圧（「オーバーシュート電圧」という。）を印加する方法（「オーバーシュート駆動」という。）が知られている。

オーバーシュート電圧を印加することによって、中間調表示における応答特性を改善することができる。例えば、特許文献１には、オーバーシュート駆動されるＭＶＡ型液晶表示装置が開示されている。ＭＶＡ型液晶表示装置は、従来主流であったＴＮ型液晶表示装置に比べ、優れた視角特性を有しているので、近年その利用が広まりつつある。
特開２０００−２３１０９１号公報

しかしながら、オーバーシュート駆動を行うためには、液晶パネルの種類や仕様に応じて最適なオーバーシュート電圧を設定する必要があり、その設定は非常に煩雑である。また、オーバーシュート駆動を好適に行うためには、大容量のメモリを含む回路構成や複雑な演算を行うための回路構成が必要であるので、製造コストの上昇を招いてしまう。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で高品位の動画表示が可能な液晶表示装置およびその駆動方法を提供することにある。

本発明による液晶表示装置は、液晶層および前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに駆動電圧を供給する駆動回路とを備えた液晶表示装置であって、前記駆動回路は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せを、前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ₁（Ｌ₁は前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度、Ｌ₂は前記正規の階調に対応する輝度、Ｃ₁はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達する第１のグループと到達しない第２のグループとに区分し、前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給することができ、且つ、前記第２のグループに属する組合せについて前記正規の階調とは別の階調に対応する階調電圧を供給することができ、前記別の階調は、前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₃−Ｌ₁）・Ｃ₂（Ｌ₃は前記別の階調に対応する輝度、Ｃ₂はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達するように規定されており、そのことによって上記目的が達成される。

ある好適な実施形態において、前記予め定められた定数Ｃ₁とＣ₂とは互いに等しい。

ある好適な実施形態において、前記予め定められた定数Ｃ₁は０．８以上である。

ある好適な実施形態において、前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する。

ある好適な実施形態において、前記予め定められた定数Ｃ₁は０．９以上である。

ある好適な実施形態において、前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する。

ある好適な実施形態において、前記予め定められた定数Ｃ₂は０．８以上である。

ある好適な実施形態において、前記第２のグループに属する組合せについて前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₃−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₃−Ｌ₁）まで変化する。

ある好適な実施形態において、前記予め定められた定数Ｃ₂は０．９以上である。

ある好適な実施形態において、前記第２のグループに属する組合せについて前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₃−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₃−Ｌ₁）まで変化する。

ある好適な実施形態において、前記別の階調は、前記正規の階調と前垂直走査期間の表示階調との間の階調である。

ある好適な実施形態において、前記駆動回路は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直期間の入力画像信号に対応する前記正規の階調との組合せに基づいてルックアップテーブルを参照し、前記ルックアップテーブルに従って階調電圧を供給する。

あるいは、本発明による液晶表示装置は、液晶層および前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに駆動電圧を供給する駆動回路とを備えた液晶表示装置であって、前記駆動回路は、現垂直走査期間の入力画像信号を、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せに応じて所定の表示階調データに変換する信号変換部を有し、前記信号変換部は、前垂直走査期間の表示階調データを記憶する第１のメモリと、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せのうちの少なくとも一部の組合せに対応した表示階調データを記憶している第２のメモリとを有し、前記第２のメモリに記憶されている前記表示階調データは、当該表示階調データに対応した階調電圧を供給して前記液晶層が定常状態に達したときの輝度と前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度との差を目標変化量とするとき、当該表示階調データに対応した階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間内に輝度の変化量が前記目標変化量に対して所定の比率に到達するように選択されている。

ある好適な実施形態において、前記第２のメモリは、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せのうちの一部の組合せのみに対応した表示階調データを記憶しており、前記信号変換部は、前記第２のメモリに記憶されている前記一部の組合せのみに対応した表示階調データから他の組合せに対応した表示階調データを生成する演算回路をさらに有する。

あるいは、本発明による液晶表示装置は、液晶層および前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに駆動電圧を供給する駆動回路とを備えた液晶表示装置であって、前記駆動回路は、現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調が特定の範囲内の階調である場合には、前記正規の階調に対応する階調電圧を供給することができ、且つ、前記正規の階調が前記特定の範囲外の階調である場合には、前記正規の階調とは別の、前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給することができ、前記特定の範囲は、黒表示状態から前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間が経過したときの輝度がＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ（Ｌ₁は前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度、Ｌ₂は前記正規の階調に対応する輝度、Ｃはゼロを超え１以下の予め定められた定数）以上となり、且つ、黒表示状態から前記特定の範囲外の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間が経過したときの輝度がＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ未満となるように予め設定されており、そのことによって上記目的が達成される。

ある好適な実施形態において、前記予め定められた定数Ｃは０．８以上である。

ある好適な実施形態において、黒表示状態から前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間内に輝度が少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する。

ある好適な実施形態において、前記予め定められた定数Ｃは０．９以上である。

ある好適な実施形態において、黒表示状態から前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間内に輝度が少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する。

ある好適な実施形態において、前記液晶層は、垂直配向型の液晶層である。

ある好適な実施形態において、本発明による液晶表示装置は、前記液晶パネルの温度を検知する温度センサをさらに備え、前記駆動回路は、前記温度センサによって検知された前記液晶パネルの温度が所定の温度以上であるときには、前記正規の階調に対応する階調電圧のみを供給する。

ある好適な実施形態において、前記所定の温度は４０℃である。

ある好適な実施形態において、液晶表示装置が起動されてから所定時間経過後は、前記駆動回路が前記正規の階調に対応する階調電圧のみを供給する。

本発明による液晶表示装置の駆動方法は、液晶層と前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極とを有する液晶パネルを備えた液晶表示装置の駆動方法であって、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せを、前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ₁（Ｌ₁は前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度、Ｌ₂は前記正規の階調に対応する輝度、Ｃ₁はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達する第１のグループと到達しない第２のグループとに区分するステップ（ａ）と、前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給するステップ（ｂ）と、前記第２のグループに属する組合せについて前記正規の階調とは別の階調に対応する階調電圧を供給するステップ（ｃ）と、を包含し、前記別の階調は、前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₃−Ｌ₁）・Ｃ₂（Ｌ₃は前記別の階調に対応する輝度、Ｃ₂はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達するように規定されており、そのことによって上記目的が達成される。

ある好適な実施形態において、前記ステップ（ａ）は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直期間の入力画像信号に対応する前記正規の階調との組合せに基づいてルックアップテーブルを参照することによって実行され、前記ステップ（ｂ）および前記ステップ（ｃ）は、前記ルックアップテーブルに従って階調電圧を供給することによって実行される。

本発明によると、簡易な構成で高品位の動画表示が可能な液晶表示装置およびその駆動方法が提供される。本発明による液晶表示装置は、種々の電子機器に好適に用いられる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

（実施形態１）
図１に、本実施形態における液晶表示装置１００を模式的に示す。液晶表示装置１００は、液晶パネル１０と、駆動回路２０とを備えている。

液晶パネル１０は、液晶層と、液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極を有している。液晶層は、一対の基板（例えばガラス基板）に挟持されており、基板の液晶層側の表面に電極が設けられている。液晶パネル１０としては、公知の構造の液晶パネルを広く用いることができる。

駆動回路２０は、入力画像信号に応じて、液晶パネル１０に駆動電圧を供給する。本実施形態における駆動回路２０は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する階調（以下では「正規の階調」とも称する）との組合せに応じて、正規の階調に対応した階調電圧（以下では「正規の階調電圧」とも称する）と、正規の階調とは別の階調（以下では「変則階調」とも称する）に対応した階調電圧（以下では「変則階調電圧」とも称する）のいずれか一方を選択的に供給することができる。

以下、駆動回路２０のより具体的な構成とその機能を説明する。以下では、液晶パネル１０が垂直配向型液晶層を備えノーマリブラックモードで表示を行い、１垂直走査期間が１フレームに相当する場合について説明を行う。図２に、駆動回路２０の具体的な構成の一例を示す。ここで例示する駆動回路２０は、信号変換部２１、表示制御部２２、ゲートドライバ２３およびソースドライバ２４を有している。

信号変換部２１は、外部から入力画像信号を受け取り、階調電圧を供給するための信号（表示階調データ）に変換する。表示制御部２２は、信号変換部２１から出力された表示階調データに基づいて、ゲートドライバ２３およびソースドライバ２４に制御信号を送る。ゲートドライバ２３は、液晶パネル１０のゲート配線に接続されており、表示制御部２２から受け取った制御信号に応じてＴＦＴのゲート電極にゲート電圧を供給する。また、ソースドライバ２４は、液晶パネル１０のソース配線に接続されており、表示制御部２２から受け取った制御信号に応じてＴＦＴのソース電極にソース電圧（正規の階調電圧または変則階調電圧）を供給する。

本実施形態における信号変換部２１は、フレームメモリ２５、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）メモリ２６および演算回路２７を有している。フレームメモリ２５は、１フレーム前の表示階調データを保持する。

ＬＵＴメモリ２６には、ルックアップテーブルが格納されている。ルックアップテーブルは、例えば図３に示すように、５行×５列の２次元マトリクス構造を有しており、現フレームの正規の階調と、前フレームの表示階調との組合せから１つの表示階調（０〜２５５）が決定される。図３に示すように、現フレームの正規の階調と前フレームの表示階調との組合せによって決定される表示階調は、現フレームの正規の階調である場合もあるし、正規の階調とは別の変則階調（図３中に下線を付して示している）である場合もある。例えば、前フレームの表示階調が０階調、現フレームの正規の階調が６３階調の組合せに対しては、正規の階調である６３階調ではなく、４３階調が表示階調となる。なお、ここでも述べたように、本願明細書において「フレームの表示階調」は、特にことわらない限り、駆動回路２０の構成要素（ここでは信号変換部２１）によって１フレームごとに決定される表示すべき階調（１フレーム内で不変）を指し、実際の液晶パネルの輝度（１フレーム内で変化し得る）を指さない。「垂直走査期間の表示階調」についても同様である。

演算回路２７は、ＬＵＴメモリ２６に格納（記憶）されているＬＵＴによって決定された表示階調に基づいて表示階調データを生成する。なお、図３に例示したルックアップテーブルは、全ての階調の組合せを記述せず、６４階調ごとの組合せのみを記述している。演算回路２７は、ルックアップテーブルに記述されていない組合せに対応した階調については、記述されている組合せから補間演算することによって生成する。このように、ＬＵＴに記述する組合せを制限すると、ＬＵＴメモリ２６に必要とされる容量を少なくすることができる。勿論、全ての階調の組合せを記述する２５６行×２５６列のマトリクス構造を有するＬＵＴを用意してもよい。

上述したように、本実施形態における駆動回路２０は、演算回路２７によって演算された表示階調データに従って階調電圧を供給する。ルックアップテーブルには、図３に示すように、前フレームの表示階調と現フレームの正規の階調との組合せに対して正規の階調および変則階調のいずれかが選択的に記述されているので、駆動回路２０は、ルックアップテーブルを参照することにより、正規の階調電圧および変則階調電圧のいずれか一方を選択的に液晶パネル１０に供給することができる。

図３に示したルックアップテーブルは、液晶パネル１０の応答特性に基づいて作成される。図４に、垂直配向型液晶層を備えたある仕様の液晶パネル１０の０℃における応答特性を示す。図４は、黒表示状態（最低階調表示状態）から所定の階調電圧を印加したときの階調電圧レベルと応答時間（ｍｓ）との関係を示すグラフである。なお、階調電圧レベルとしては、黒表示状態の輝度を０、白表示状態（最高階調表示状態）の輝度を１として、印加階調電圧に対応する輝度（定常状態に達したときの輝度）を白表示状態の輝度で除した輝度比を示し、応答時間としては、一般的な応答時間すなわち輝度が定常状態の輝度の１０％から９０％まで変化するのに必要な時間を示している。

図４からわかるように、垂直配向型液晶層を備えた液晶パネル１０では、低階調の中間調に対応した階調電圧を印加した場合に、応答速度が遅く、応答特性が低い。液晶パネル１０のリフレッシュレートが例えば６０Ｈｚの場合、１フレームは約１６．７ｍｓであるので、図４において応答時間が１６．７ｍｓを超えてしまうような階調電圧レベル（具体的には輝度比０．０２を超え０．２７未満の範囲）を用いると、１フレームに相当する時間内に輝度の変化量が目標とする輝度変化量（前フレームの階調に対応する輝度と、現フレームの階調に対応する輝度との差で表される）の９０％に到達しないことになる。このように、１フレームに相当する時間内に輝度の変化量が目標変化量に対して所定の比率に達しない階調の範囲を、本願明細書では「禁止範囲」と呼び、他の範囲、すなわち、１フレームに相当する時間内に輝度の変化量が目標変化量に対して所定の比率に達する階調の範囲を、本願明細書では「許容範囲」と呼ぶ。

ルックアップテーブルの作成の際には、前フレームの表示階調と現フレームの正規の階調との組合せごとに、現フレームの正規の階調が許容範囲内（すなわち禁止範囲外）にある場合には、正規の階調が選択され、許容範囲外（すなわち禁止範囲内）にある場合には、正規の階調に代えて、別の階調（変則階調）が選択される。つまり、ＬＵＴメモリ２６に記憶されている表示階調データは、当該表示階調データに対応した階調電圧を供給した後１フレームに相当する時間内に輝度の変化量が目標変化量（当該表示階調データに対応した階調電圧を供給して液晶層が定常状態に達したときの輝度と前フレームの表示階調に対応する輝度との差）に対して所定の比率に到達するように選択されている。

例えば、前フレームの表示階調Ａに対応する輝度をａとし、現フレームの正規の階調Ｂに対応する輝度をｂとしたとき、ＡからＢへの階調の変化に応じた実際の輝度変化量（１フレームに相当する時間内における変化量）が目標変化量（すなわち｜ａ−ｂ｜）に対して所定の比率以上である場合には、ルックアップテーブルには表示階調としてＢがそのまま記述されることになる。一方、実際の輝度変化量が目標変化量に対して所定の比率未満である場合には、ルックアップテーブルには、表示階調としてＢではなく、輝度変化量が所定の比率に到達するような階調Ｃが記述される。階調Ａ、Ｂが、Ａ＜Ｂの関係を有していれば、階調Ａ、Ｂ、Ｃは、「Ａ＜Ｃ＜Ｂ」の関係を満足することになるし、逆に、階調Ａ、Ｂが、Ａ＞Ｂの関係を有していれば、階調Ａ、Ｂ、Ｃは、「Ａ＞Ｃ＞Ｂ」の関係を満足することになる。

駆動回路２０は、演算回路２７がこのようにして作成されたルックアップテーブル（階調変換テーブル）を参照して演算した表示階調データに従って階調電圧を供給する。従って、液晶パネル１０には常に、輝度の変化量が１フレーム内に目標変化量に対して所定の比率に到達するような階調電圧のみが供給される。そのため、応答速度の遅さに起因した画像のにじみ等の発生が抑制され、高品位の動画表示を行うことができる。

図５（ａ）および（ｂ）を参照しながら、にじみの発生が抑制される理由を説明する。図５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、黒い（例えば０階調）背景３０の中を中間調の四角形３２を左側から右側へ移動させた場合の表示の様子を模式的に示す図である。図５（ａ）は禁止範囲内の階調で四角形３２を表示する場合を示し、図５（ｂ）は禁止範囲外の階調で四角形３２を表示する場合を示している。

禁止範囲内の階調を用いる場合、液晶層の応答速度が遅いために、図５（ａ）に模式的に示すように、四角形３２の右側のエッジ（端辺）３２ａが明瞭に観察されず、輪郭のにじみが発生することがある。一方、禁止範囲外の階調を用いる場合、図５（ｂ）に模式的に示すように、応答速度が改善され右側のエッジ３２ａは明瞭に観察されるので、輪郭のにじみは発生しない。

ここで、本発明による液晶表示装置１００の駆動と、いわゆるオーバーシュート駆動との違いを説明する。

オーバーシュート駆動では、現フレームの入力画像信号に対応する正規の階調とは異なる階調に対応するオーバーシュート電圧を供給するが、その場合でも、目標とする階調はあくまでも正規の階調であり、輝度が１フレーム内に正規の階調に対応した輝度に到達するように階調電圧の供給が行われる。

これに対し、液晶表示装置１００の駆動では、目標階調は必ずしも正規の階調ではない。変則階調電圧を供給する場合には、目標階調は、正規の階調ではなく変則階調である。つまり、正規の階調が液晶層の応答速度が遅い禁止範囲内の階調である場合には、目標階調そのものが禁止範囲外の階調に変更される。

オーバーシュート駆動では、目標階調が常に正規の階調であるため、正規の階調と前フレームの表示階調との階調差が大きい場合には、たとえオーバーシュート電圧を印加したとしても、１フレーム内に目標輝度に到達しないことがあり、そのことによって表示品位が低下することがある。以下、より具体的に説明する。

一般に、液晶層の応答には、「立ち上がり」と「立ち下がり」の２種類が存在する。「立ち上がり」は、液晶層への印加電圧の上昇に伴う表示状態の変化であり、「立ち下がり」は、液晶層への印加電圧の低下に伴う表示状態の変化である。ノーマリブラックモードの液晶表示装置では、「立ち上がり」は透過率の上昇に対応し、「立ち下がり」は透過率の低下に対応する。

図６に、オーバーシュート駆動を行う液晶表示装置において、立ち下がり、立ち上がりの順に応答が起こったときの輝度の時間変化を示す。このとき、図中に鎖線で示されるように、１フレーム内で目標階調に対応した輝度に到達することが好ましいが、実際の液晶表示装置では、破線で示されるように、立ち下がり応答の際に１フレーム内で輝度が目標階調に対応した輝度まで低下しないことがある。そして、その状態から立ち上がり応答のためのオーバーシュート電圧が印加されるために、輝度が目標階調に対応した輝度よりも高くなり、白光り（パネル内の画素の一部に目標階調よりも著しく高い階調が表示されてしまう状態）が発生してしまう。この問題を解決するために、数フレームに亘って表示階調データをフレームメモリに格納してそのデータから現在の輝度を演算予測し、予測した輝度に基づいてオーバーシュート電圧を決定する手法も考えられるが、大容量のフレームメモリを設けたり、複雑な演算を行うための回路を設けたりする必要があるので、製造コストの上昇を招いてしまう。

これに対し、液晶表示装置１００では、目標階調そのものを変更するので、輝度の変化量は１垂直走査期間内に目標変化量に対して所定の比率に必ず到達する。そのため、上述した白光りが発生することはない。また、オーバーシュート駆動において白光りを抑制するために用いるような複雑な回路構成とする必要がなく、簡易な構成で駆動を行うことができる。

また、同じ仕様の液晶パネルであっても、製造プロセスのばらつきによってその応答特性には差異がある。そのため、同じ仕様の複数の液晶パネルのうち、ある液晶パネルについて最適なオーバーシュート電圧を設定しても、そのオーバーシュート電圧が他の液晶パネルについては最適ではない場合がある。つまり、ある液晶パネルについて設定したオーバーシュート電圧を他の液晶パネルに用いると、上述した白光りなどの表示品位の低下が発生することがある。

これに対し、液晶表示装置１００では、１フレーム内に輝度変化量が目標変化量に対して所定の比率に到達できる階調電圧（正規の階調に対応した正規の階調電圧または変則階調に対応した変則階調電圧）が液晶パネル１０に供給されるため、液晶パネル１０の応答特性にばらつきがあっても、図６に示したような白光りが発生しにくい。

なお、変則階調電圧を供給する場合、目標階調を変化させることになるので、表示画像は入力画像信号を忠実に再現したものではない。しかし、上述した階調電圧の選択的な供給は次フレーム以降にも繰り返し行われるので、複数フレームに亘って正規の階調が同じレベルに保持されるような場合には、目標階調は段階的に正規の階調に近づいてやがては正規の階調となる。そのため、多くの場合、目標階調と正規の階調との差異は過渡的なものであり、観察者には認識されにくい。また、変則階調を、正規の階調と前垂直走査期間の表示階調との間の階調に設定すると、表示画像の不自然さを低減でき、目標階調と正規の階調との差異をより認識されにくくすることができる。

上述したように、液晶表示装置１００の駆動回路２０は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せを、正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ₁に到達する「第１のグループ」と到達しない「第２のグループ」とに区分する。ここで、Ｌ₁は前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度であり、Ｌ₂は正規の階調に対応する輝度であり、Ｃ₁はゼロを超え１以下の予め定められた定数である。

そして、駆動回路２０は、第１のグループに属する組合せ（すなわち現垂直走査期間の正規の階調が許容範囲内である組合せ）については正規の階調に対応する階調電圧を供給することができ、第２のグループに属する組合せ（すなわち現垂直走査期間の正規の階調が禁止範囲内である組合せ）については正規の階調とは別の階調（変則階調）に対応する階調電圧を供給することができ、変則階調は、変則階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₃−Ｌ₁）・Ｃ₂に到達するように規定されている。ここでＬ₃は変則階調に対応する輝度であり、Ｃ₂はゼロを超え１以下の予め定められた定数である。

本実施形態では、１フレームに相当する時間内に輝度の変化量が目標変化量の９０％に到達するか否かで許容範囲と禁止範囲とを規定（すなわち第１のグループと第２のグループとを規定）している。これは、上記の定数Ｃ₁が０．９である場合に相当する。また、第１のグループに属する組合せについて正規の階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化し、第２のグループに属する組合せについて変則階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₃−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₃−Ｌ₁）まで変化することを意味している。

例えば、黒表示状態（ゼロ階調に対応）の輝度を０、白表示状態（最高階調に対応）の輝度を１とし、前フレームの表示階調が輝度０．１に対応する階調、現フレームの正規の階調が輝度０．２に対応する階調である組合せを考えると、正規の階調電圧を供給した場合に輝度が１フレームに相当する時間内に０．１９（＝Ｌ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ＝０．１＋（０．２−０．１）・（０．９））に到達するときはこの組合せは第１のグループに属し、到達しないときはこの組合せは第２のグループに属することになる。また、前フレームの表示階調が輝度０．９に対応する階調、現フレームの正規の階調が輝度０．１に対応する階調である組合せを考えると、正規の階調電圧を供給した場合に輝度が１フレームに相当する時間内に０．１８（＝Ｌ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ＝０．９＋（０．１−０．９）・（０．９））に到達するときはこの組合せは第１のグループに属し、到達しないときはこの組合せは第２のグループに属することになる。

なお、禁止範囲および許容範囲を規定する（すなわち第１グループと第２グループを規定する）ための比率（定数Ｃ₁に対応）としては他の値を用いてもよい。１垂直走査期間に相当する時間内で輝度の変化量が目標変化量の９０％に到達すれば、目標階調にほぼ到達したものとみなすことができるが、人間の視覚特性を考慮すると、実際には、輝度の変化量が目標変化量の８０％であっても、目標階調にほぼ到達したものとみなすことができる。

従って、輝度の変化量が目標変化量の８０％に到達するか否かで許容範囲と禁止範囲とを規定（すなわち第１のグループと第２のグループとを規定）してもよい。これは、上記の定数Ｃ₁が０．８である場合に相当する。また、第１のグループに属する組合せについて正規の階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化し、第２のグループに属する組合せについて変則階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₃−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₃−Ｌ₁）まで変化することを意味している。

勿論、定数Ｃ₁は０．８や０．９に限られるものではない。動画表示特性を向上する観点からは、定数Ｃ₁は０．８以上であることが好ましく、０．９以上であることがさらに好ましい。また、定数Ｃ₂についても同様に、０．８以上であることが好ましく、０．９以上であることがさらに好ましい。定数Ｃ₁と定数Ｃ₂とは互いに等しくてもよいし、そうでなくてもよい。

なお、本発明は、ここで例示した構成に限定されないが、本実施形態における駆動回路２０のように、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の正規の階調との組合せの第１のグループおよび第２グループへの区分と、供給する階調電圧の決定とをルックアップテーブルを参照することによって行う構成を採用すると、簡易な構成で正規の階調電圧と変則階調電圧の選択的な供給を行うことができる。

（実施形態２）
図７を参照しながら、本実施形態における液晶表示装置２００を説明する。以下では、実施形態１における液晶表示装置１００と異なる点を中心に説明する。

液晶表示装置２００の駆動回路２０Ａは、現フレームの入力画像信号に対応する正規の階調が特定の範囲内の階調である場合には、正規の階調に対応する階調電圧（正規の階調電圧）を供給することができ、正規の階調が特定の範囲外の階調である場合には、正規の階調とは別の、特定の範囲内の階調（ここでも「変則階調」と呼ぶ）に対応する階調電圧（変則階調電圧）を供給することができる。

上記特定の範囲は、黒表示状態から階調電圧を供給するときの「許容範囲」（すなわち禁止範囲以外の範囲）である。つまり、黒表示状態から上記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間が経過したときの輝度がＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ以上となり、且つ、黒表示状態から前記特定の範囲外の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間が経過したときの輝度がＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ未満となる。定数Ｃは例えば０．８や０．９であり、０．８以上であることが好ましく、０．９以上であることがさらに好ましい。

図８に、前フレームの表示階調および現フレームの正規の階調と、駆動回路２０Ａが実際に供給する階調電圧レベルとの関係を示す。なお、図８に示す関係は、図４に示した応答特性を有する液晶パネル１０についてのものである。また、図８では、階調および階調電圧レベルを図４の横軸と同様に輝度比で示している。

図８からわかるように、現フレームの正規の階調が許容範囲内（輝度比０以上０．０２以下、０．２７以上１．００以下）の階調である場合には、正規の階調電圧が供給され、現フレームの正規の階調が許容範囲外すなわち禁止範囲内（輝度比０．０２を超え０．２７未満）である場合には、変則階調電圧として許容範囲内の階調電圧が供給される。このように、前フレームの表示階調に関係なく、現フレームの正規の階調に応じて、液晶パネル１０に供給する階調電圧のレベルが決定される。

従って、前フレームの表示階調を考慮する必要がないので、図７に示すように、信号変換部２１Ａは、前フレームの表示階調データを格納するためのフレームメモリを省略することができる。そのため、製造コストの低減を図ることができる。また、信号変換部２１Ａのルックアップテーブルメモリ２６が備えるルックアップテーブルは、マトリクス構造を有する必要はなく、図９に示すように１行複数列の構造さえ有していればよく、黒表示状態からの応答特性のみでルックアップテーブルを作成することができるので、ルックアップテーブルの作成を簡略化することができる。

本実施形態において説明した構成は、液晶層として垂直配向型の液晶層を備えたＶＡ型液晶表示装置に好適に用いられる。垂直配向型の液晶層に含まれる液晶分子は、電圧無印加時には基板面に略垂直に配向し、電圧印加時には印加電圧の大きさに応じた角度で倒れ込む。垂直配向型の液晶層は、典型的には、負の誘電異方性を有する液晶材料から形成され、その両側に設けられた垂直配向膜によって配向規制されている。

ＶＡ型の液晶表示装置では、前フレームの配向状態に関わらず、液晶分子がわずかに倒れた状態への配向状態の遷移が遅いので、本実施形態において説明した構成を用いる意義が大きい。ＶＡ型の液晶表示装置としては、例えば、特許文献１に開示されているＭＶＡ型液晶表示装置や、特開２００３−４３５２５号公報に開示されているＣＰＡ（Continuous Pinwheel Alignment）型液晶表示装置が挙げられる。

次に、実施形態１の液晶表示装置１００および実施形態２の液晶表示装置２００に用いることができる他の構成を説明する。

液晶パネル１０の応答特性は、一般に、温度が高いほど向上する。そのため、パネル温度に応じて複数のルックアップテーブルを用意しておき、それらを適宜切替えて用いることが好ましい。また、バックライトなどの照明装置を備えた液晶表示装置では、照明装置が発する熱によって、液晶パネル１０の温度は室温よりもかなり高くなることが多く、照明装置を点灯させてから数十秒もすれば、液晶パネル１０の表面温度は５０℃〜６０℃近くになる。従って、液晶パネル１０の応答特性はかなり向上し、どのような階調変化に対しても応答速度が十分となる。そのため、ある温度以上（例えば４０℃以上）では、常に正規の階調電圧を供給するような駆動を行ってもよい。

図１０に、このような信号処理の一例を示す。図１０に示すように、入力画像信号に対応した階調データを、階調変換テーブルを用いて変換階調データに変換してセレクタ４０に入力するとともに、階調変換テーブルを経ずに無変換階調データとしてセレクタ４０に入力する。そして、セレクタ４０は、温度センサ４２で検知した液晶パネル１０の温度に応じて、変換階調データと無変換階調データのいずれかを選択的に出力する。セレクタ４０は、例えば、液晶パネル１０の温度が４０℃未満の場合には変換階調データを出力し、４０℃以上の場合には無変換階調データを出力する。

また、液晶表示装置を起動してから所定時間経過後には液晶パネル１０が所定の温度に達し、応答特性が十分に高くなることが予め分かっている場合には、タイマなどを利用して、起動から所定時間経過後は、駆動回路２０（２０Ａ）が正規の階調電圧のみを供給するような構成としてもよい。

上述したように、本発明による液晶表示装置は、簡易な構成で高品位の動画表示が可能であるので、種々の電子機器の表示装置として好適に用いられる。本発明による液晶表示装置では、表示画像が入力画像信号を忠実に再現したものではないことがあるので、自然画よりも人為的に作成された画像を表示する機会が多い電子機器により好適に用いられる。例えば、カーナビゲーションシステムや、ＰＣ用のモニタ、あるいは、自動車両のインストルメントパネルに好適に用いることができる。特に、自動車両に搭載される電子機器は、低温下でも速やかに動作することが要求されるので、これらの機器用の液晶表示装置に本発明を用いるとその効果が高い。なお、「自動車両」は、自動推進式の乗物または機械で、旅客や品物の輸送あるいは物の移動のために用いられるものを広く指し、例えば、乗用車、オートバイ、バス、トラック、トラクター、飛行機、モーターボート、土木車両、列車などを指す。勿論、ガソリンエンジンなどの内燃機関を備えたものだけでなく、電動機を備えたものも含む。

本発明によると、簡易な構成で高品位の動画表示が可能な液晶表示装置およびその駆動方法が提供される。本発明による液晶表示装置は、カーナビゲーションシステムやＰＣ用のモニタ、自動車両のインストルメントパネルなどの種々の電子機器に好適に用いられる。

本発明による液晶表示装置１００を模式的に示すブロック図である。 本発明による液晶表示装置１００を模式的に示すブロック図である。 液晶表示装置１００の駆動回路が参照するルックアップテーブルの一例を示す図である。 液晶パネルの応答特性の一例を示すグラフである。 （ａ）は、画像のにじみが発生している様子を模式的に示す図であり、（ｂ）は、画像のにじみの発生が抑制される様子を模式的に示す図である。 オーバーシュート駆動を行った場合に発生する白光りを説明するためのグラフである。 本発明による他の液晶表示装置２００を模式的に示すブロック図である。 前フレームの表示階調および現フレームの正規の階調と、液晶表示装置２００が備える駆動回路が実際に供給する階調電圧レベルとの関係を示す図である。 液晶表示装置２００の駆動回路が参照するルックアップテーブルの一例を示す図である。 本発明による液晶表示装置１００および２００に適用され得る信号処理の例を示す図である。

符号の説明

１０ 液晶パネル
２０、２０Ａ 駆動回路
２１、２１Ａ 信号変換部
２２ 表示制御部
２３ ゲートドライバ
２４ ソースドライバ
２５ フレームメモリ
２６ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）メモリ
２７ 演算回路
４０ セレクタ
４２ 温度センサ
１００、２００ 液晶表示装置

Claims (25)

1. 液晶層および前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに駆動電圧を供給する駆動回路とを備えた液晶表示装置であって、
   前記駆動回路は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せを、前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ₁（Ｌ₁は前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度、Ｌ₂は前記正規の階調に対応する輝度、Ｃ₁はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達する第１のグループと到達しない第２のグループとに区分し、前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給することができ、且つ、前記第２のグループに属する組合せについて前記正規の階調とは別の階調に対応する階調電圧を供給することができ、前記別の階調は、前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₃−Ｌ₁）・Ｃ₂（Ｌ₃は前記別の階調に対応する輝度、Ｃ₂はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達するように規定されている、液晶表示装置。
2. 前記予め定められた定数Ｃ₁とＣ₂とは互いに等しい請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記予め定められた定数Ｃ₁は０．８以上である請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記予め定められた定数Ｃ₁は０．９以上である請求項１または２に記載の液晶表示装置。
6. 前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記予め定められた定数Ｃ₂は０．８以上である請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
8. 前記第２のグループに属する組合せについて前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₃−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₃−Ｌ₁）まで変化する、請求項７に記載の液晶表示装置。
9. 前記予め定められた定数Ｃ₂は０．９以上である請求項１から６のいずれかに記載の液晶表示装置。
10. 前記第２のグループに属する組合せについて前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内に少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₃−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₃−Ｌ₁）まで変化する、請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記別の階調は、前記正規の階調と前垂直走査期間の表示階調との間の階調である請求項１から１０のいずれかに記載の液晶表示装置。
12. 前記駆動回路は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直期間の入力画像信号に対応する前記正規の階調との組合せに基づいてルックアップテーブルを参照し、前記ルックアップテーブルに従って階調電圧を供給する、請求項１から１１のいずれかに記載の液晶表示装置。
13. 液晶層および前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに駆動電圧を供給する駆動回路とを備えた液晶表示装置であって、
    前記駆動回路は、現垂直走査期間の入力画像信号を、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せに応じて所定の表示階調データに変換する信号変換部を有し、
    前記信号変換部は、前垂直走査期間の表示階調データを記憶する第１のメモリと、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せのうちの少なくとも一部の組合せに対応した表示階調データを記憶している第２のメモリとを有し、
    前記第２のメモリに記憶されている前記表示階調データは、当該表示階調データに対応した階調電圧を供給して前記液晶層が定常状態に達したときの輝度と前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度との差を目標変化量とするとき、当該表示階調データに対応した階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間内に輝度の変化量が前記目標変化量に対して所定の比率に到達するように選択されている、液晶表示装置。
14. 前記第２のメモリは、前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せのうちの一部の組合せのみに対応した表示階調データを記憶しており、
    前記信号変換部は、前記第２のメモリに記憶されている前記一部の組合せのみに対応した表示階調データから他の組合せに対応した表示階調データを生成する演算回路をさらに有する請求項１３に記載の液晶表示装置。
15. 液晶層および前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極を有する液晶パネルと、前記液晶パネルに駆動電圧を供給する駆動回路とを備えた液晶表示装置であって、
    前記駆動回路は、現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調が特定の範囲内の階調である場合には、前記正規の階調に対応する階調電圧を供給することができ、且つ、前記正規の階調が前記特定の範囲外の階調である場合には、前記正規の階調とは別の、前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給することができ、
    前記特定の範囲は、黒表示状態から前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間が経過したときの輝度がＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ（Ｌ₁は前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度、Ｌ₂は前記正規の階調に対応する輝度、Ｃはゼロを超え１以下の予め定められた定数）以上となり、且つ、黒表示状態から前記特定の範囲外の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間が経過したときの輝度がＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ未満となるように予め設定されている、液晶表示装置。
16. 前記予め定められた定数Ｃは０．８以上である請求項１５に記載の液晶表示装置。
17. 黒表示状態から前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間内に輝度が少なくともＬ₁＋０．２・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．８・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する、請求項１６に記載の液晶表示装置。
18. 前記予め定められた定数Ｃは０．９以上である請求項１５に記載の液晶表示装置。
19. 黒表示状態から前記特定の範囲内の階調に対応する階調電圧を供給した後１垂直走査期間に相当する時間内に輝度が少なくともＬ₁＋０．１・（Ｌ₂−Ｌ₁）からＬ₁＋０．９・（Ｌ₂−Ｌ₁）まで変化する、請求項１８に記載の液晶表示装置。
20. 前記液晶層は、垂直配向型の液晶層である請求項１５から１９のいずれかに記載の液晶表示装置。
21. 前記液晶パネルの温度を検知する温度センサをさらに備え、
    前記駆動回路は、前記温度センサによって検知された前記液晶パネルの温度が所定の温度以上であるときには、前記正規の階調に対応する階調電圧のみを供給する、請求項１から２０のいずれかに記載の液晶表示装置。
22. 前記所定の温度は４０℃である請求項２１に記載の液晶表示装置。
23. 起動されてから所定時間経過後は、前記駆動回路が前記正規の階調に対応する階調電圧のみを供給する、請求項１から２２のいずれかに記載の液晶表示装置。
24. 液晶層と前記液晶層に電圧を印加する少なくとも一対の電極とを有する液晶パネルを備えた液晶表示装置の駆動方法であって、
    前垂直走査期間の表示階調と現垂直走査期間の入力画像信号に対応する正規の階調との組合せを、前記正規の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₂−Ｌ₁）・Ｃ₁（Ｌ₁は前垂直走査期間の表示階調に対応する輝度、Ｌ₂は前記正規の階調に対応する輝度、Ｃ₁はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達する第１のグループと到達しない第２のグループとに区分するステップ（ａ）と、
    前記第１のグループに属する組合せについて前記正規の階調に対応する階調電圧を供給するステップ（ｂ）と、
    前記第２のグループに属する組合せについて前記正規の階調とは別の階調に対応する階調電圧を供給するステップ（ｃ）と、を包含し、
    前記別の階調は、前記別の階調に対応する階調電圧を供給した場合に輝度が１垂直走査期間に相当する時間内にＬ₁＋（Ｌ₃−Ｌ₁）・Ｃ₂（Ｌ₃は前記別の階調に対応する輝度、Ｃ₂はゼロを超え１以下の予め定められた定数）に到達するように規定されている、液晶表示装置の駆動方法。
25. 前記ステップ（ａ）は、前垂直走査期間の表示階調と現垂直期間の入力画像信号に対応する前記正規の階調との組合せに基づいてルックアップテーブルを参照することによって実行され、
    前記ステップ（ｂ）および前記ステップ（ｃ）は、前記ルックアップテーブルに従って階調電圧を供給することによって実行される、請求項２４に記載の液晶表示装置の駆動方法。

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