JP2004109572A

JP2004109572A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004109572A
Application number: JP2002272775A
Authority: JP
Inventors: Hiroharu Iwasaki; 岩崎　弘治; Ryoichi Kurihara; 栗原　良一
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】通常、偏光フィルムの偏光軸を直交配置させた場合、長波長の光より短波長の光透過率のほうが高く、例えば、よく液晶ＴＶに使用されるヨウ素系偏光シートであれば、偏光軸を直交させるように配置し黒表示を行った場合、黒ではなくヨウ素の色である濃いブルーが表示される。つまり、液晶のＯｎ表示からＯｆｆ表示、または中間調表示へ移行する場合は、色調が青方向にシフトする事になる。
【解決手段】液晶パネルの光透過特性に合せた補正特性を保持し、入力映像信号に合せてバックライトの制御をすることで、液晶表示装置の表示色を適正に保つ事が可能となる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶モニターや液晶テレビなどの液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示装置の技術進歩はめざましく、装置の薄さにより省スペースを計れることや省電力が計れることを武器にノート型パソコン、モニター、液晶ＴＶ、携帯情報機器、携帯電話等に使用され、大きな市場を形成している。
【０００３】
この液晶表示装置は、一対のガラス基板で液晶を挟んだ素子（液晶パネル）の光入射側及び光出射側に偏光板を装着した構成になっており、該偏光板で偏光され液晶パネルに入射された直線偏光光を各画素の液晶層によって変調することにより、画像表示を可能としている。
【０００４】
液晶パネルの基本動作原理を図２に示し説明する。図２はノーマリーホワイト型の液晶パネルを表し、液晶を挟む２枚の偏光シートの偏光軸が直交するように配置されており、充分な印加電圧を加えることで透過率が最小となる構成である。
【０００５】
図２において、５ａは入射側偏光シート、５ｂは出射側偏光シート、５ｃは液晶部、５ｄは液晶分子であり、電圧印加により螺旋状に回転配向する液晶分子を、光が通らないように偏光方向を直交させた２枚の偏光フィルム５ａ及び５ｂで挟む構成となっている。
【０００６】
図２（ａ）は液晶パネルの光透過（Ｏｎ表示）の原理図で、電圧印加が無い場合液晶パネル５ｃは螺旋状に回転配向されており、入射した光はまず偏光フィルム５ａで一方向の振動方向に偏光され、この偏光光は液晶分子の隙間に沿って、偏光方向が９０゜捻られることで、偏光光は偏光フィルム５ｂを透過することになる。
【０００７】
図２（ｂ）は液晶パネルの光遮断（Ｏｆｆ表示）の原理で、液晶パネルは電圧を印加されると、液晶分子は捻れがとれ直立するため、偏光フィルム５ａで偏光した光は、偏光方向を変えることなく液晶パネルを透過することになり、偏光光は遮断される。
【０００８】
また、中間調の表示は、Ｏｎ表示とＯｆｆ表示の中間となる適当な電圧を液晶パネルにかけることによって表現している。カラーの表示方法は１画素をそれぞれＲｅｄ（赤）、Ｇｒｅｅｎ（緑）、Ｂｌｕｅ（青）　のフィルターを有する　３つのドットから構成し、各ドットを制御する事で必要色を表示することになる。
【０００９】
図３に液晶表示装置の回路ブロックを示す。図３において、１はＹ／Ｃ分離回路、２はビデオクロマ回路、３はＡ／Ｄコンバータ、４は液晶コントローラ、５は液晶パネル、６は蛍光管駆動回路、７はバックライト、８はマイコン、１１は階調回路である。
【００１０】
入力映像信号は、Ｙ／Ｃ分離回路１に入力され、輝度信号と色信号に分離される。輝度信号と色信号はビデオクロマ回路２にて光の３原色である、Ｒ、Ｇ、Ｂに変換され、さらに、このアナログＲＧＢ信号はＡ／Ｄコンバーター３により、デジタルＲＧＢ信号に変換され、液晶コントローラ４に入力される。
【００１１】
液晶パネル５では液晶コントローラ４からのＲＧＢ信号が所定のタイミングで入力されると共に、階調回路１１からのＲＧＢそれぞれの階調電圧が供給され、画像が表示されることになる。これらの処理を含め、システム全体の制御はマイコン８が行うことになる。
【００１２】
液晶表示装置の基本構成と基本動作は上述のようになるが、カラー映像表示などの忠実な色再現やハイコントラストを得るためには液晶パネルを構成する各部材の波長依存性等の対応が必要となり、例えば液晶の波長依存性の対応として各種提案がされている。
【００１３】
例えば、特許文献１においては、一般にＴＮモードでは、電圧無印加時に入射直線偏光に対して、液晶層を通過した後の出射光が偏光軸の直交した直線偏光となるように液晶パネルを設計する。
【００１４】
このときの条件は、通常、光学的な位相差△ｎ・ｄ／λ（△ｎ＝液晶の屈折率異方性、ｄ＝液晶層の厚み、λ＝光の波長）がほぼ０．９となる条件であるが、このとき表示モードが電圧無印加時に黒表示となるノーマリーブラックモードの場合では、黒付近の表示は光学的位相差が１付近という比較的大きい領域を用いることになるため波長依存性が大きく、黒付近の中間調では色度変化が激しく表示品位の非常に悪いものになってしまう。
【００１５】
一方、ノーマリーホワイトモードでは、光学的位相差が大きい領域で白表示となるが、このときは波長依存が生じていても、色度変化は少なくまた、黒付近では光学的位相差が小さくなり、波長依存性そのものも小さくなるので、色度変化のない均一で良好な表示が得られ、従って一般にはノーマリーホワイトモードのＴＮ液晶表示装置が用いられる。
【００１６】
ところが、ノーマリーホワイトモードにおいてコントラスト比の高い表示を得ようとすると、黒表示での光の透過率をできるだけ低くする必要があり、ノーマリーホワイトモードは、電圧を印加して液晶分子が基板面に対して垂直に立ち上がった状態で、黒表示となるものであるが、実際には、電圧を印加しても基板界面付近の液晶分子は基板との相互作用が強く、完全に立ち上がらず、その結果、光学的な位相差が発生し、光の偏光状態が変化し、真の黒表示にはなりにくい。
【００１７】
この対応として、光透過性を有する一対の電極基板の間に液晶が狭持された液晶パネルと、液晶パネルの両側に配置された偏光板と、偏光板及び液晶パネルの間に配置され、液晶の所定駆動電圧印加時の、入射光に対する液晶の光学異方性を補正するような光学的位相差を有する光学的位相差フィルムとを備える提案である。
【００１８】
また、特許文献２においては、バックライト光が入射される第１の偏光板上に、異なる厚さをもつＲ、Ｇ、Ｂの各フィルタからなるマルチギャップ・カラーフィルタが設置され、第１の偏光板に対向して第２の偏光板が平行に設置されている。マルチギャップ・カラーフィルタと第２の偏光板と間の第１及び第２の配向膜の間隙には、屈折率異方性Δｎ＝０．０９４の液晶が充填され、マルチギャップ方式の液晶層形成している。
【００１９】
Ｒ、Ｇ、Ｂの各フィルタ上の液晶層の厚さはそれぞれ５．６μｍ、５．０μｍ、４．８μｍとなっている。これをリターデイションΔｎ・ｄで表すとそれぞれ０．５３μｍ、０．４７μｍ、０．４５μｍとなる。このように、マルチギャップ方式の液晶パネルにて、表示色の色度の改善と共に、コントラストの向上を実現する提案である。
【００２０】
更に、特許文献３においては、一対の基板間に１２０°以上にねじれ配向されたネマチック液晶層を挟持してなる液晶セルと、光学的異方体とを一対の偏光板間に配置し、光学的異方体により液晶セルの着色を解消する方法である。
【００２１】
【特許文献１】
特開平５−３２３３１１号公報
【特許文献２】
特開平７−１５９７７０号公報
【特許文献３】
特開平９−３２５３１４号公報
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液晶表示装置においては、画素のＯｎ／Ｏｆｆ時の光学的な特性は、Ｏｎ表示は偏光フィルムの偏光軸を平行にした場合の、Ｏｆｆ表示は偏光フィルムの偏光軸を直交させた場合の光学特性にも強い影響を受ける。
【００２３】
通常、偏光フィルムの偏光軸を直交配置させた場合、長波長の光より短波長の光の透過率のほうが高く、例えば、よく液晶ＴＶに使用されるヨウ素系偏光シートであれば、偏光軸を直交させるように配置し黒表示を行った場合、黒ではなくヨウ素の色である濃いブルー（高い色温度）が表示されます。つまり、Ｏｎ表示からＯｆｆ表示、または中間調表示へ移行する場合は、色調が青方向にシフトする事になる。
【００２４】
図４に、液晶表示装置で白（Ｏｎ）〜グレー〜黒（Ｏｆｆ）表示した場合の色度の変化を測定した一例を示す。液晶パネルに徐々に電圧を印加し、明るさを落していった場合、画面の色が白から徐々に青方向にずれていく事が確認できる。
【００２５】
本発明は、そのような状況に鑑みてなされたもので、偏光フィルムの特性と、その偏光軸の配置方法に起因する液晶パネル印加電圧可変時の表示色の変化を補正することを目的とする発明である。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するため以下のような手段を講じた。
【００２７】
即ち、本発明に係る液晶表示装置は、バックライトとしてエレクトロルミネッセンス発光素子を用いた液晶表示装置において、入力映像信号の輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、この輝度レベル検出手段での検出結果に応じて前記バックライトに与える電圧または電流の値若しくは電圧および電流の値を制御する電圧・電流制御手段と、を具備するようにした。
【００２８】
かかる構成により、液晶パネルの色度の変化をバックライトの色度の変化により相殺することができるものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る液晶表示装置のブロック図を図１に示す。図１において、従来の技術のブロック図（図３）と同様の構成要素には同一の符号を付している。本発明の特徴となるのは、輝度レベル検出回路９、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）１０、電圧制御回路１２およびバックライト１３である。
【００３０】
本発明は、液晶パネルの色度の変化をバックライトの色度の変化により相殺しようとするものである。
【００３１】
以下動作を説明する。
【００３２】
入力映像信号がＹ／Ｃ分離回路１に入力され、ビデオクロマ回路２・Ａ／Ｄコンバーター３・液晶コントローラ４を経由し、液晶パネル５に表示されるまでの基本処理は、図３に示した従来実施例の液晶表示装置と同一であるため、説明は省略する。
【００３３】
本発明ではＹ／Ｃ分離回路１にて映像信号から分離された輝度信号は、輝度レベル検出回路９にも入力される。かかる輝度レベル検出回路９では画面全体の平均輝度レベルが検出され、その結果がマイコン８に入力される。尚、制御用の輝度信号検出レベルとしては、平均輝度レベルのみに限らず、最大輝度レベルや最低輝度レベル及び、それらの組合せレベルを使用することも可能で、更に、画面全体ではなく、画面の特定領域及び又は画面の特定領域に重さを持たせたレベル検出も可能である。
【００３４】
輝度レベル検出回路９にて検出された平均輝度レベルが低くなった場合は、図２で示した偏光シート５ａ、５ｂの波長透過特性から液晶パネル５の出力光の色調は青方向にシフトする事になるため、マイコン８はバックライト１３の発光色度が赤方向にシフトするように制御する。
【００３５】
ここで、本発明では、バックライト１３としてＥＬ（エレクトロルミネッセンス）発光素子を用いている。ＥＬ発光素子は印加電圧または印加電流によりその発光色度を調整できるという性質を有している（このようなＥＬ発光素子の性質は、特開昭５８−９１９０号公報、特開２００１−１５５８６０号公報等で開示されている）。
【００３６】
また、ＬＵＴ１０には、輝度レベルと色度との関係および印加電圧または電流とＥＬ発光素子の色度が対応付けられた表が記録されている。
【００３７】
従って、輝度レベル検出回路９にて検出された平均輝度レベルは、かかるＬＵＴ１０を参照して電圧・電流制御回路１２を制御しＥＬ発光素子への印加電圧または電流を制御する。これによりバックライト１３の発光色度を赤方向にシフトさせる。尚、電圧・電流制御回路１２でＥＬ発光素子への印加電圧と電流の双方を制御するようにしても良い。
【００３８】
また、ＥＬ発光素子を用いることにより蛍光管を用いた従来のバックライトに比べ、インバータ等の蛍光管駆動回路および導光板等の光学部材が不要となるため装置の軽量・薄型化が図れる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、表示画面の色度変化を補正することが可能となると共に装置の軽量化・薄型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による液晶表示装置の機能ブロック図である。
【図２】液晶パネルの基本動作原理図である。
【図３】従来の液晶表示装置の機能ブロック図である。
【図４】液晶表示装置の表示の明るさと色度の変化を測定したグラフである。
【符号の説明】
１　Ｙ／Ｃ分離回路
２　ビデオクロマ回路
３　Ａ／Ｄコンバータ
４　液晶コントローラ
５　液晶パネル
６　蛍光管駆動回路
７　バックライト
８　制御マイコン
９　輝度レベル検出回路
１０　ルックアップテーブル
１１　階調回路
１２　電圧・電流制御回路
１３　バックライト

Claims

バックライトとしてエレクトロルミネッセンス発光素子を用いた液晶表示装置において、
入力映像信号の輝度レベルを検出する輝度レベル検出手段と、
この輝度レベル検出手段での検出結果に応じて前記バックライトに与える電圧または電流の値若しくは電圧および電流の値を制御する電圧・電流制御手段と、
を具備することを特徴とする液晶表示装置。