JP2004212489A

JP2004212489A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2004212489A
Application number: JP2002379738A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shimizu; 将樹清水; Takashi Yoshii; 隆司吉井; Yutaka Inoue; 裕井上
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP4149257B2

Abstract

【課題】画像非表示領域に対するバックライト光を有効利用することで、光利用効率を高めて画像の表示輝度を向上させることが可能な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示パネル１の各分割表示領域に対する、バックライト光源３からのバックライト光を透過／遮光することによって、前記液晶表示パネル１の各分割表示領域に対し、前記バックライト光を１垂直期間内で間欠的に供給するための光学シャッター手段１７を設け、前記光学シャッター手段１７は、前記バックライト光の遮光状態時に、該バックライト光の少なくとも一部を前記バックライト光源３側に反射して、画像表示光として利用可能とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バックライト光源により液晶表示パネルを照明して画像を表示する液晶表示装置に関し、特にインパルス型表示に近づけることにより、動画表示の際に生じる動きぼけを防止する液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高精細、低消費電力、省スペースを実現できる液晶表示装置（ＬＣＤ）等のフラットパネル型表示装置（ＦＰＤ）が盛んに開発されてきており、その中でも特にコンピュータ表示装置やテレビジョン表示装置等の用途へのＬＣＤの普及は目覚しいものがある。しかしながら、このような用途に従来から主として用いられてきた陰極線管（ＣＲＴ）表示装置に対して、ＬＣＤにおいては、動きのある画像を表示した場合に、観視者には動き部分の輪郭がぼけて知覚されてしまうという、いわゆる「動きぼけ」の欠点が指摘されている。
【０００３】
動画表示における動きぼけが液晶の光学応答時間の遅れ以外に、例えば特開平９−３２５７１５号公報に記載されているように、ＬＣＤの表示方式そのものにも起因するという指摘がなされている。電子ビームを走査して蛍光体を発光させて表示を行うＣＲＴ表示装置においては、各画素の発光は蛍光体の若干の残光はあるものの概ねインパルス状となる、いわゆるインパルス型表示方式となっている。
【０００４】
これに対して、ＬＣＤ表示装置においては、液晶に電界を印加することにより蓄えられた電荷が次に電界を印加するまで比較的高い割合で保持されるため（特にＴＦＴＬＣＤにおいては、画素を構成するドット毎にＴＦＴスイッチが設けられており、さらに通常は各画素毎に補助容量が設けられているので蓄えられた電荷の保持能力がきわめて高い）、液晶画素が次のフレームの画像情報に基づく電界印加により書き換えられるまで発光し続けるという、いわゆるホールド型表示方式である。
【０００５】
このような、ホールド型表示装置においては、画像表示光のインパルス応答が時間的な広がりを持つため、時間周波数特性が劣化して、それに伴い空間周波数特性も低下し、観視画像のぼけが生じる。そこで、上述の特開平９−３２５７１５号公報においては、表示面に設けたシャッタもしくは光源ランプ（バックライト）をオン／オフ制御することにより、表示画像の各フィールド期間の後半のみ表示光を観視者に提示して、インパルス応答の時間的広がりを制限することにより、観視画像の動きぼけを改善する表示装置が提案されている。
【０００６】
また、特開平９−３２５７１５号公報のもののように、表示すべき１垂直期間内の画像信号を書き込んで所定時間を経過した後に、バックライト光源を全面点灯させることにより、動画表示の際に生じる動きぼけ等の画質劣化を改善する方式に対して、例えば特開２０００−２７５６０４号公報、特開２０００−３２１５５１号公報には、液晶表示パネルを複数の表示領域に分割し、それぞれの領域に対応するバックライト光源を１垂直期間内で順次スキャン点灯させることにより、動画表示の際に生じる動きぼけ等の画質劣化を改善する、所謂走査型のバックライト点灯方式が提案されている。
【０００７】
このようにバックライトを順次高速点滅させることで、ホールド型駆動の表示状態からＣＲＴのようなインパルス型駆動の表示に近づけるものについて、図２３及び図２４とともに説明する。図２３において、１は液晶層と該液晶層に走査信号及びデータ信号を印加するための電極とを有するアクティブマトリクス型の液晶表示パネル、２は入力画像信号に基づいて前記液晶表示パネル１のデータ電極及び走査電極を駆動するための電極駆動部、３は前記液晶表示パネル１の裏面に配置された直下型のバックライト光源である。
【０００８】
また、４はバックライト光源３を間欠駆動するための光源駆動部、５は入力画像信号から垂直／水平同期信号を抽出する同期信号抽出部、６は同期信号抽出部５で抽出された垂直／水平同期信号に基づいて、バックライト光源３の各発光領域を上下方向に順次スキャン点灯するタイミングを制御する制御ＣＰＵである。バックライト光源３は、複数個の蛍光灯ランプ（ＣＣＦＴ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができ、所定の本数（個数）を１発光領域として、液晶表示パネル１における複数の分割表示領域の各々に対応させている。
【０００９】
液晶表示パネル１を例えば３つの画面領域▲１▼〜▲３▼に分割した場合、図２４に示すように、液晶表示パネル１のある画面領域における水平ライン群（表示分割領域）の画像書込走査が完了してから、該水平ライン群に対応するバックライト光源３の発光領域（ある蛍光灯ランプ群又はＬＥＤ群）を点灯させ、次のフレームの画像書込走査が開始されるタイミングで消灯する。
【００１０】
これを上下方向に次の領域、・・・と繰り返すことによって、図２４中の白抜き部分で示すように、バックライト点灯期間を、画像信号の書込走査箇所に対応して、時間の経過に伴い発光領域単位で、順次移行させることができる。尚、ここでは説明を簡単にするために、液晶の応答遅延分は考慮していないが、これを考慮して各画面領域における画像書込走査の完了タイミングとバックライト点灯タイミングとの間に適宜液晶応答期間を設けても良い。
【００１１】
このように、画像信号の書き込み後、各画面領域に対してバックライト光を照射する動作を１フレーム期間（例えば60Hzのプログレッシブスキャンの場合は16.7msec）内で順次繰り返すことで、ある画像信号のフレームを走査してから次のフレームを走査するまで、画素の発光時間（画像表示期間）を短縮して、擬似的なインパルス型表示を実現することが可能となり、動きぼけによる動画表示品位の低下を防ぐことができる。
【００１２】
しかしながら、上述した走査型のバックライト点灯方式においては、バックライト点滅駆動を行うため、バックライトの光学特性、すなわち発光や残光特性が問題となり、バックライト光源を点滅させたときに、ある色、例えばGreenの残光特性が他の色よりも長い場合に、色付き（この場合、Greenに色付く）が発生し、動画性能の向上は可能であっても、表示品位を落とす結果となってしまう。
【００１３】
そこで、例えば特開２００１−１５９８７１号公報には、図２５に示すように、透過型液晶表示パネル１の裏面に配設されたバックライト光源３を常時点灯（連続発光）させるとともに、両者の間に設けられた液晶光学シャッター７（遮蔽部材）でバックライト光を一定期間遮断することによって、上述した色付きによる画質劣化を招来することなく、擬似的なインパルス駆動型表示を実現するものが開示されている。
【００１４】
ここで、透過型液晶表示パネル１への画像信号の入力と、駆動回路８での液晶光学シャッター７の駆動タイミングとは、表示コントローラ９によって調整される。表示コントローラ９は、透過型液晶表示パネル１に、一定周期たとえば１秒間に６０周期で異なる画像を表示することができ、すなわち１秒間に６０フレームの動画像を表示することができる。駆動回路８は、動画像のフレーム期間の開始を表す垂直同期信号に同期して、バックライト光が透過型液晶表示パネル１の各領域に照射されるのを一定時間遮断するように液晶光学シャッター７を駆動する。
【００１５】
【特許文献１】
特開平９−３２５７１５号公報
【特許文献２】
特開２０００−２７５６０４号公報
【特許文献３】
特開２０００−３２１５５１号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５９８７１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように、液晶表示パネル１へのバックライト光を分割表示領域毎に一定期間遮断（消光）した場合、画像非表示領域に照射されるバックライト光は画像表示に有効利用されず、光利用効率が低いために画像の表示輝度を向上させることが困難であるという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、画像非表示領域に対するバックライト光を有効利用することで、光利用効率を高めて画像の表示輝度を向上させることが可能な液晶表示装置を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、バックライト光源を用いて、液晶表示パネルを照射することにより、画像を表示する液晶表示装置であって、前記液晶表示パネルの各分割表示領域に対する、前記バックライト光源からのバックライト光を透過／遮光することによって、前記液晶表示パネルの各分割表示領域に対し、前記バックライト光を１垂直期間内で間欠的に供給するための光学シャッター手段を設け、前記光学シャッター手段が、前記バックライト光の遮光状態時に、該バックライト光の少なくとも一部を前記バックライト光源側に反射することを特徴とする。
【００１９】
本願の第２の発明は、前記第１の発明において、前記光学シャッター手段が、少なくとも一方の面が光反射面とされた複数の反射部材を回動自在に設けて構成されることを特徴とする。
【００２０】
本願の第３の発明は、前記第１の発明において、前記光学シャッター手段が、動的散乱液晶を用いて構成されることを特徴とする。
【００２１】
本願の第４の発明は、前記第３の発明において、前記光学シャッター手段が、前記動的散乱液晶の前記バックライト光源側及び前記液晶表示パネル側のそれぞれに偏光分離手段を設けて構成されることを特徴とする。
【００２２】
本願の第５の発明は、前記第４の発明において、前記偏光分離手段のそれぞれが、その偏光軸方向が互いに垂直方向となるように配設されることを特徴とする。
【００２３】
本願の第６の発明は、前記第４の発明において、前記偏光分離手段のそれぞれが、その偏光軸方向が互いに平行方向となるように配設されることを特徴とする。
【００２４】
本願の第７の発明は、前記第１〜第６の発明において、前記光学シャッター手段がバックライト光を遮光している期間、該光学シャッター手段に対応する液晶表示パネルの分割表示領域に黒表示信号を供給することを特徴とする。
【００２５】
本願の第８の発明は、前記第７の発明において、前記分割表示領域数をＮとした場合、入力画像信号のフレーム周波数を（Ｎ−１）倍に変換するフレーム周波数変換手段と、前記フレーム周波数が変換された画像信号と黒表示信号とを所定タイミングで切り替えて出力する黒挿入手段とを設けたことを特徴とする。
【００２６】
本発明の液晶表示装置によれば、液晶表示パネルへのバックライト光を分割表示領域毎に一定期間遮光することにより、動画表示の際に生じる動きぼけを防止して動画質を向上させるとともに、液晶表示パネルの画像非表示領域に対するバックライト光を画像表示領域に集光することにより、バックライト光の利用効率を高めて、画像の表示輝度を向上させることが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について、図１乃至図８とともに詳細に説明するが、上述した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要部概略構成を示す機能ブロック図、図２は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターを説明するための概略斜視図、図３は本実施形態の液晶表示装置における表示動作原理を説明するための説明図である。
【００２８】
また、図４は本実施形態の液晶表示装置における画面上部を画像表示領域とした状態を説明するための概略側断面図、図５は本実施形態の液晶表示装置における画面下部を画像表示領域とした状態を説明するための概略断面図、図６は本実施形態の液晶表示装置における表示動作原理の他の例を説明するための説明図、図７は本実施形態の液晶表示装置における画面全体を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図、図８は本実施形態の液晶表示装置における画面全体を画像表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【００２９】
本実施形態の液晶表示装置は、図１に示すように、アクティブマトリクス型の透過型液晶表示パネル１と、該液晶表示パネル１の裏面に配置された直下型のバックライト光源３との間に、シャッター駆動部１８により複数の分割発光領域毎にバックライト光の透過／反射を切替可能な光学シャッター１７を設けている。シャッター駆動部１８は、同期信号抽出部４により入力画像信号から抽出された同期信号に基づいて、制御ＣＰＵ６によって駆動制御される。
【００３０】
ここで、本実施形態における光学シャッター１７は、図２に示すように、一方の面が光反射面、他方の面が光吸収面からなる薄板状の複数の反射部材から構成され、この反射部材の長手方向が液晶表示パネル１の走査線方向と平行になるように配設されている。また、この光学シャッター１７の反射部材は、その長手方向が回転軸方向と一致するように回動自在に設けられており、液晶表示パネル１の各分割表示領域に対応した複数の反射部材毎に独立して、その回動状態が電気的に制御可能とされている。
【００３１】
すなわち、光学シャッター１７は、反射部材の回動状態に応じて、バックライト光を透過して、液晶表示パネル１の画像表示領域を照射することが可能であるばかりでなく、反射部材によりバックライト光を反射することで、液晶表示パネル１の画像非表示領域へ向かう光を遮断するとともに、この反射光を画像表示領域に集光することによって、画像表示領域を照射するバックライト光を増大させて、バックライト光の利用効率を向上させることが可能である。
【００３２】
尚、本実施形態においては、説明を簡略化するために、液晶表示パネル１の分割表示領域数を２とし、各々の画面領域について１フレーム周期で画像表示期間と画像非表示期間とを繰り返すことで、インパルス率（１フレーム期間内における画像表示期間の割合）が５０％の擬似的なインパルス型表示を実現するものについて説明するが、液晶表示パネル１の分割表示領域数を３以上の任意の数としても良いことは言うまでもない。また、上記バックライト光源３としては、直下型蛍光灯ランプの他、直下型又はサイド照射型のＬＥＤ光源、ＥＬ光源などを用いることができる。
【００３３】
次に、本実施形態の液晶表示装置は、図３に示すとおり、液晶表示パネル１の画面全体に対して１フレーム周期（例えば60Hzのプログレッシブスキャンの場合は16.7msec）で、表示すべき１フレームの画像信号の書込走査を行う。尚、バックライト光源３は、画像書込走査に関わらず、常時点灯（連続発光）している。
【００３４】
ここで、画面上半分の画像書込走査が完了した時点で、図４に示すように、画面上半分の表示領域に対応する光学シャッター１７が透過状態になるように、当該領域に対応する反射部材を回動駆動するとともに、画面下半分の表示領域に対応する光学シャッター１７が反射（遮光）状態になるように、当該領域に対応する反射部材を回動駆動する。これによって、液晶表示パネル１の画面上半分の画像表示領域にのみバックライト光を照射して、液晶表示パネル１の画面下半分を画像非表示領域とすることができる。
【００３５】
このとき、液晶表示パネル１の画面下半分の領域に対応する反射部材で全反射されたバックライト光は、バックライト光源３に設けられた反射板３ａにより再び反射されて液晶表示パネル１側へ向かうので、画像表示領域に集光することができる。これによって、バックライト光の利用効率を高めることができ、画像表示領域における画像表示輝度を向上させることが可能となる。
【００３６】
同様に、画面下半分の画像書込走査が完了した時点で、図５に示すように、画面下半分の表示領域に対応する光学シャッター１７が透過状態になるように、当該領域に対応する反射部材を回動駆動するとともに、画面上半分の表示領域に対応する光学シャッター１７が反射（遮光）状態になるように、当該領域に対応する反射部材を回動駆動する。これによって、液晶表示パネル１の画面下半分の画像表示領域にのみバックライト光を照射して、液晶表示パネル１の画面上半分を画像非表示領域とすることができる。
【００３７】
ここでも、液晶表示パネル１の画面上半分の領域に対応する反射部材で全反射されたバックライト光は、バックライト光源３に設けられた反射板３ａにより再び反射されて液晶表示パネル１側へ向かうので、画像表示領域に集光することができる。これによって、バックライト光の利用効率を高めることができ、画像表示領域における画像表示輝度を向上させることが可能である。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、入力画像信号の同期信号に応じて、液晶表示パネル１の各分割表示領域に対応した光学シャッター１７の反射部材を可動制御することにより、画像非表示領域に対応する発光領域から出射されたバックライト光を、光学シャッター１７によって反射し、画像表示領域へ集光することができるので、バックライト光源３からのバックライト光を画像表示のために有効利用することが可能となり、光利用効率を高めて画像の表示輝度を向上させることができる。ここで、光学シャッター１７と液晶表示パネル１との間に光拡散シートを設けることで、反射部材による画面上の輝度ムラの発生を防止することが可能である。
【００３９】
尚、上記の一例においては、液晶の応答時間を考慮せず、ある水平ライン群（分割表示領域）の画像書込走査が完了した直後に、当該分割表示領域にバックライト光を照射して画像表示を行うようにしているが、液晶の応答時間を考慮して、光学シャッター１７を駆動するタイミングを制御するようにしても良い。
【００４０】
例えば図６に示すように、ある水平ライン群（分割表示領域）の画像書込走査が完了してから、液晶の応答時間（ここでは、１／８フレーム期間）だけ遅延した後、当該分割表示領域に対応する光学シャッター１７の反射部材を透過状態に駆動することで、液晶の不完全応答による画面上の輝度ムラがない良好な画像表示が可能となる。
【００４１】
この場合、全ての分割表示領域、すなわち全画面領域を画像の非表示状態にする期間が生じるが、この期間においては、図７に示すように、光学シャッター１７を構成する全ての反射部材を反射（遮光）状態に回動させれば良い。また、この期間ではいずれの分割表示領域においてもバックライト光を利用しないので、バックライト光源３を全面消灯して、消費電力を低減するようにしても良い。
【００４２】
尚、全ての分割表示領域、すなわち全画面領域を画像の表示状態にする場合は、図８に示すように、光学シャッター１７を構成する全ての反射部材を透過状態に回動させれば良いことは言うまでもない。ただし、この状態においては、画像非表示領域が存在しないので、光学シャッター１７の反射によるバックライト光の画像表示領域への集光作用を行うことはできず、画像の表示輝度が低下するため、バックライト光源３の発光輝度そのものを増大させる必要がある。
【００４３】
次に、上記第１実施形態においては、液晶表示パネル１の各分割表示領域に対するバックライト光の透過／反射の切り替えを機械的に行うものについて説明したが、これを光学的に行っても良く、これについて以下詳細に説明する。
【００４４】
本発明の第２の実施形態について、図９乃至図１３とともに詳細に説明するが、上述した第１の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９は本実施形態の液晶表示装置における表示動作原理を説明するための説明図、図１０は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターを説明するための概略斜視図である。
【００４５】
また、図１１は本実施形態の液晶表示装置における画面中央部を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図、図１２は本実施形態の液晶表示装置における画面下部を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図、図１３は本実施形態の液晶表示装置における画面上部を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【００４６】
本実施形態の液晶表示装置は、液晶表示パネル１とバックライト光源３との間に、バックライト光の透過／反射の切り替えを行う光学シャッターとして、動的散乱液晶を用いた光学シャッター２７を設けるとともに、この光学シャッター２７の透過／反射の各モードを、液晶表示パネル１の各分割表示領域に対応した領域単位で電気的に切替制御するためのシャッター駆動部２８を備えている。
【００４７】
尚、本実施形態においては、説明を簡略化するために、液晶表示パネル１の分割表示領域数を３とし、各々の画面領域について１フレーム周期で画像表示期間と画像非表示期間とを繰り返すことで、図９に示すように、各分割表示領域の画像表示期間を２／３フレーム期間に短縮して、擬似的なインパルス型表示を実現するものについて説明するが、液晶表示パネル１の分割表示領域数がこれに限られないことは明らかである。
【００４８】
本実施形態における光学シャッター２７は、例えば図１０に示すように、ネマティック液晶が封入されたマイクロカプセルが分散した透明なポリマー・フィルムを２枚の透明導電膜付きポリエステル・フィルムに挟んだもので、液晶表示パネル１の分割表示領域に対応した領域▲１▼〜▲３▼毎に任意に電圧の印加が制御されて、バックライト光の透過／反射が切り替えられる。尚、上記印加電圧は交流駆動することにより、液晶材料の寿命劣化を防止することが可能である。
【００４９】
すなわち、この光学シャッター２７は、電圧が印加されていない状態では、棒状の分子として表される液晶がマイクロカプセルの内壁に沿って並ぶため、入射光はポリマーと液晶の屈折率の違い及び液晶の複屈折性によってマイクロカプセルの表面や内部で屈折し散乱する。また、電圧が印加されると、液晶分子が電圧を印加した方向と平行に並ぼうとするため、電極に対して垂直に配列する。このような状態で、屈折率がポリマーのそれと一致する液晶であれば、マイクロカプセルの界面がないのに等しい状態となり、入射光は散乱せずに透過する。
【００５０】
このような動的散乱液晶シートとしては、例えば日本板硝子ウムプロダクツ株式会社製のウムフィルム（商品名）が知られており、このウムフィルムを用いれば、反射（散乱）状態〜透過は約1/1000秒、透過〜反射（散乱）状態は約1/100秒の速さで、所定の領域における透過／反射の各モードを切り替えることが可能となる。尚、通常この種の液晶材料は高熱に弱いため、直接バックライト光源３に接触しない位置（例えばサイド照射型バックライトの場合、導光板の液晶表示パネル側）に配設するのが望ましい。
【００５１】
次に、本実施形態の液晶表示装置の動作について説明する。液晶表示パネル１の画面上部（１／３）の画像書込走査が完了した時点で、図１１に示すように、画面上部及び下部の分割表示領域に対応する光学シャッター２７が透過状態になるように、当該領域に対応する動的散乱液晶へ電圧の印加を行うとともに、画面中央部の分割表示領域に対応する光学シャッター２７が反射（散乱）状態になるように、当該領域に対応する動的散乱液晶への電圧の印加を停止する。これによって、液晶表示パネル１の画面上部（１／３）及び下部（１／３）の画像表示領域にのみバックライト光を照射して、その他の画面中央部（１／３）を画像非表示領域とすることができる。
【００５２】
このとき、液晶表示パネル１の画面中央部に位置する分割表示領域に対応する動的散乱液晶で反射されたバックライト光は、バックライト光源３に設けられた反射板３ａにより再び反射されて液晶表示パネル１側へ向かうので、液晶表示パネル１の画面上下部に位置する画像表示領域に集光することができる。これによって、バックライト光の利用効率を高めることができ、画像表示領域における画像表示輝度を向上させることが可能となる。
【００５３】
また、画面中央部（１／３）の画像書込走査が完了した時点では、図１２に示すように、画面上部及び中央部の分割表示領域に対応する光学シャッター２７が透過状態になるように、当該領域に対応する動的散乱液晶へ電圧の印加を行うとともに、画面下部の分割表示領域に対応する光学シャッター２７が反射（遮光）状態になるように、当該領域に対応する動的散乱液晶への電圧の印加を停止する。これによって、液晶表示パネル１の画面上部（１／３）及び中央部（１／３）の画像表示領域にのみバックライト光を照射して、その他の画面下部（１／３）を画像非表示領域とすることができる。
【００５４】
ここでも、液晶表示パネル１の画面下部に位置する分割表示領域に対応する動的散乱液晶で反射されたバックライト光は、バックライト光源３に設けられた反射板３ａにより再び反射されて液晶表示パネル１側へ向かうので、液晶表示パネル１の画面上部及び中央部に位置する画像表示領域に集光することができる。これによって、バックライト光の利用効率を高めることができ、画像表示領域における画像表示輝度を向上させることが可能である。
【００５５】
同様に、画面下部の画像書込走査が完了した時点では、図１３に示すように、画面中央部及び下部の分割表示領域に対応する光学シャッター２７が透過状態になるように、当該領域に対応する動的散乱液晶へ電圧の印加を行うとともに、画面上部の分割表示領域に対応する光学シャッター２７が反射（遮光）状態になるように、当該領域に対応する動的散乱液晶への電圧の印加を停止する。これによって、液晶表示パネル１の画面中央部（１／３）及び下央部（１／３）の画像表示領域にのみバックライト光を照射して、その他の画面上部（１／３）を画像非表示領域とすることができる。
【００５６】
ここでも、液晶表示パネル１の画面上部に位置する分割表示領域に対応する動的散乱液晶で反射されたバックライト光は、バックライト光源３に設けられた反射板３ａにより再び反射されて液晶表示パネル１側へ向かうので、液晶表示パネル１の画面中央部及び下部に位置する画像表示領域に集光することができる。これによって、バックライト光の利用効率を高めることができ、画像表示領域における画像表示輝度を向上させることが可能である。
【００５７】
以上のように、本実施形態によれば、入力画像信号の同期信号に応じて、液晶表示パネル１の各分割表示領域に対応した光学シャッター２７の電圧印加を切替制御することにより、画像非表示領域に対応する発光領域から出射されたバックライト光を、光学シャッター２７によって反射し、画像表示領域へ集光することができるので、バックライト光源３からのバックライト光を画像表示のために有効利用することが可能となり、光利用効率を高めて画像の表示輝度を向上させることができる。
【００５８】
尚、上述の実施形態においては、液晶の応答時間を考慮せず、ある水平ライン群（分割表示領域）の画像書込走査が完了した直後に、当該分割表示領域にバックライト光を照射して画像表示を行うようにしているが、液晶の応答時間を考慮して、光学シャッター２７を駆動するタイミングを制御するようにしても良いことは言うまでもない。
【００５９】
また、上記第２実施形態においては、動的散乱液晶の光散乱作用を利用して、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対応するバックライト光を反射（遮光）しているが、この場合、バックライト光の約半分程度は液晶表示パネル１の画像非表示領域に透過してしまい、これを完全に反射（遮光）することはできず、液晶表示パネル１の画像表示領域への集光効率も低い。この画像表示領域へのバックライト光の集光効率を向上するものについて、以下詳細に説明する。
【００６０】
本発明の第３の実施形態について、図１４乃至図１９とともに詳細に説明するが、上述した第２の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１４は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターの一例を説明するための概略斜視図、図１５は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターの画像表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図、図１６は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターの画像非表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図である。
【００６１】
また、図１７は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターの他の例を説明するための概略斜視図、図１８は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターの画像表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図、図１９は本実施形態の液晶表示装置における光学シャッターの画像非表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図である。
【００６２】
本実施形態における光学シャッター３７は、図１４に示すように、第２実施形態として上述した動的散乱液晶を、特定方向の直線偏光を反射し、それに直交する方向の直線偏光を透過させる２枚の反射型偏光シート（光偏光選択性反射透過シート）で挟持して構成したものであり、液晶表示パネル１の分割表示領域に対応した動的散乱液晶における領域▲１▼〜▲３▼毎に電圧の印加が制御されて、バックライト光の透過／反射が切り替えられる。
【００６３】
ここでは、バックライト光源３側の反射型偏光シートと液晶表示パネル１側の反射型偏光シートとは、その透過偏光軸方向が互いに直角になるように配設されており、すなわち、バックライト光源３側の反射型偏光シートはＰ偏光を透過してＳ偏光を反射するとともに、液晶表示パネル１側の反射型偏光シートはＳ偏光を透過してＰ偏光を反射するものとしている。
【００６４】
尚、上述のような、偏光透過軸に平行な方向の偏光方向成分の光を透過させ、偏光透過軸に垂直な偏光方向成分の光を反射させる性質を有する反射型偏光シートとしては、例えば、住友スリーエム株式会社製のＤＢＥＦ（製品名）を用いることができる。
【００６５】
次に、本実施形態の液晶表示装置の動作について説明する。液晶表示パネル１の画像表示領域にバックライト光を照射する場合は、図１５に示すように、動的散乱液晶に対する電圧の印加をオフして、動的散乱液晶を散乱状態とする。従って、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過したＰ偏光を有するバックライト光は、動的散乱液晶によって円偏光に変換され、そのうちのＳ偏光のみが液晶表示パネル１側の反射型偏光シートを透過するとともに、Ｐ偏光は液晶表示パネル１側の反射型偏光シートで反射されて、動的散乱液晶に再入射する。
【００６６】
一方、バックライト光源３側の反射型偏光シートで反射したＳ偏光を有するバックライト光は、バックライト光源３の反射板３ａで反射されてＰ偏光となり、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過した後、動的散乱液晶に入力して円偏光に変換される。以上のとおり、この状態においては、液晶表示パネル１側の反射型偏光シートを透過したバックライト光を液晶表示パネル１の画像表示領域に照射することが可能である。
【００６７】
また、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対するバックライト光を遮光する場合は、図１６に示すように、動的散乱液晶への電圧の印加をオンして、動的散乱液晶を透過状態とする。従って、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過したＰ偏光を有するバックライト光は、動的散乱液晶をそのまま透過し、液晶表示パネル１側の反射型偏光シートで反射されて、動的散乱液晶に再入射する。
【００６８】
一方、バックライト光源３側の反射型偏光シートで反射したＳ偏光を有するバックライト光は、バックライト光源３の反射板３ａで反射されてＰ偏光となり、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過した後、動的散乱液晶に入射する。以上のとおり、この状態においては、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対するバックライト光をほぼ完全に遮光することが可能である。
【００６９】
また、このとき、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対応する反射型偏光シートで反射されたバックライト光は、バックライト光源３に設けられた反射板３ａにより再び反射されて液晶表示パネル１側へ向かうので、液晶表示パネル１の画像表示領域に集光することができる。これによって、バックライト光の利用効率を高めることができ、画像表示領域における画像表示輝度を向上させることが可能となる。
【００７０】
尚、上記本実施形態の一例（光学シャッター３７）においては、２枚の反射型偏光シートを、その透過偏光軸方向が互いに直角になるように配設することにより、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対するバックライト光をほぼ完全に遮光することができ、良好なインパルス型表示が可能となるが、液晶表示パネル１の画像表示領域に対するバックライト光の透過率（バックライト光の有効利用率）はやや低くなる。
【００７１】
そこで、液晶表示パネル１の画像表示領域に対するバックライト光の透過率（バックライト光の有効利用率）を向上させるためには、図１７に示すように、動的散乱液晶を挟持する２枚の反射型偏光シートを、その透過偏光軸方向が互いに平行になるように配設すれば良い。このような配置関係にある２枚の反射型偏光シートを備えた光学シャッター４７について、以下説明する。
【００７２】
すなわち、液晶表示パネル１の画像表示領域にバックライト光を照射する場合は、図１８に示すように、動的散乱液晶に対する電圧の印加をオンして、動的散乱液晶を透過状態とする。従って、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過したＰ偏光を有するバックライト光は、動的散乱液晶をそのまま透過した後、液晶表示パネル１側の反射型偏光シートも透過して、液晶表示パネル１を照射する。
【００７３】
一方、バックライト光源３側の反射型偏光シートで反射したＳ偏光を有するバックライト光は、バックライト光源３の反射板３ａで反射されてＰ偏光となり、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過した後、動的散乱液晶に入射する。以上のとおり、この状態においては、バックライト光をほぼ完全に透過して、液晶表示パネル１の画像表示領域に照射することが可能である。
【００７４】
また、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対するバックライト光を遮光する場合は、図１９に示すように、動的散乱液晶への電圧の印加をオフして、動的散乱液晶を散乱状態とする。従って、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過したＰ偏光を有するバックライト光は、動的散乱液晶によって円偏光に変換され、そのうちのＳ偏光のみが液晶表示パネル１側の反射型偏光シートを透過するとともに、Ｐ偏光は液晶表示パネル１側の反射型偏光シートで反射されて、動的散乱液晶に再入射する。
【００７５】
一方、バックライト光源３側の反射型偏光シートで反射したＳ偏光を有するバックライト光は、バックライト光源３の反射板３ａで反射されてＰ偏光となり、バックライト光源３側の反射型偏光シートを透過した後、動的散乱液晶に入射する。以上のとおり、この状態においては、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対するバックライト光を低減することが可能である。
【００７６】
また、このとき、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対応する反射型偏光シートで反射されたバックライト光は、バックライト光源３に設けられた反射板３ａにより再び反射されて液晶表示パネル１側へ向かうので、液晶表示パネル１の画像表示領域に集光することができる。これによって、バックライト光の利用効率を高めることができ、画像表示領域における画像表示輝度を向上させることが可能となる。
【００７７】
ここで、上述の反射型偏光シートは、その透過偏光軸方向によって熱膨張率が異なるため、２枚の反射型偏光シートを、その透過偏光軸方向が互いに垂直となるように配設した場合、両者の形状変化の違いから、少なくとも一方が撓んだりシワが生じたりして、輝度ムラが発生する可能性があるが、上記本実施形態における他の例のように、２枚の反射型偏光シートを、その透過偏光軸方向が互いに平行となるように配設することにより、両者の形状変化は同一となり、熱に対して柔軟に対応することが可能である。
【００７８】
以上のように、上記本実施形態の他の例においては、２枚の反射型偏光シートを、その透過偏光軸方向が互いに平行になるように配設することによって、液晶表示パネル１の画像表示領域に対するバックライト光をほぼ完全に透過することができ、画像表示輝度を向上させることが可能となるが、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対するバックライト光の遮光度はやや低下する。このような画像非表示領域におけるバックライト光の漏洩に対しては、該液晶表示パネル１の画像非表示領域に黒表示信号を供給することで、完全な画像非表示（黒表示）を実現することが可能であり、これについて以下詳細に説明する。
【００７９】
本発明の第４の実施形態について、図２０乃至図２２とともに詳細に説明するが、上述した第３の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２０は本実施形態の液晶表示装置における要部概略構成を示す機能ブロック図、図２１は本実施形態の液晶表示装置における各部動作例を示すタイミングチャート、図２２は本実施形態の液晶表示装置における表示動作原理を説明するための説明図である。
【００８０】
本実施形態の液晶表示装置は、図２０に示すように、液晶表示パネル１を垂直方向にＮ分割して各分割表示領域を構成した場合、入力画像信号のフレーム周波数を（Ｎ−１）倍に変換するフレーム周波数変換部５１と、黒レベル固定の黒表示信号を発生する黒信号発生部５２と、フレーム周波数変換部５１でフレーム周波数変換された画像信号と黒信号発生部５２より出力された黒表示信号とを、制御ＣＰＵ５６からの制御信号に基づいて切替出力する信号切替部５３（黒挿入手段）とを備えている。
【００８１】
ここで、フレーム周波数変換部５１は、例えばフレームメモリを備えたものであり、入力画像信号の１フレーム分の画像をフレームメモリに記憶した後、制御ＣＰＵ５６からの制御信号に基づいて、（Ｎ−１）倍のフレーム周波数で画像信号を（Ｎ−１）回繰り返し読み出すことで、液晶表示パネル１に対するフレーム表示周期（垂直表示周期）が１／（Ｎ−１）に時間軸圧縮された画像信号を出力する。
【００８２】
ここでは、説明を簡略化するために、液晶表示パネル１の分割表示領域数を３とし、図２１（ｂ）に示すように、２倍のフレーム周波数（120Hz）で画像信号を２回繰り返し読み出すことで、液晶表示パネル１に対するフレーム表示周期（垂直表示周期）が1/120秒（8.3msec）に時間軸圧縮された画像信号を出力するものについて説明するが、液晶表示パネル１の分割表示領域数Ｎを任意の数としても良いことは言うまでもない。
【００８３】
また、信号切替部１０は、制御ＣＰＵ５６からの制御信号に基づいて、図２１（ｃ）に示すように、フレーム周波数変換部５１で２倍速変換された画像信号において、液晶表示パネル１の画像非表示領域に対し書込走査を行う期間に黒表示信号を挿入して、電極駆動部２に出力する。電極駆動部２は、図２２に示すように、各垂直表示期間の画像信号及び黒表示信号を、液晶表示パネル１の画面全体に対して１走査期間（１／２フレーム期間＝8.3msec）内で書込走査する。すなわち、入力画像信号の１フレーム期間（16.7msec）内で液晶表示パネル１の画面全体を２回走査して画像表示を行う。
【００８４】
以上のように、本実施形態の液晶表示装置によれば、光学シャッター４７が遮光（散乱）状態となっている画像非表示期間において、該遮光（散乱）状態となっている光学シャッター４７に対応する液晶表示パネル１の非表示領域に黒表示信号を供給することができ、従って、画像非表示領域に対して光学シャッター４７からバックライト光が漏洩している場合であっても、完全な黒表示を行うことが可能となり、良好なインパルス型表示を実現することができる。
【００８５】
【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、液晶表示パネルへのバックライト光を分割表示領域毎に一定期間遮光することにより、動画表示の際に生じる動きぼけを防止して動画質を向上させるとともに、液晶表示パネルの画像非表示領域に対するバックライト光を画像表示領域に集光することにより、バックライト光の利用効率を高めて、画像の表示輝度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における要部概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における光学シャッターを説明するための概略斜視図である。
【図３】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における表示動作原理を説明するための説明図である。
【図４】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における画面上部を画像表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【図５】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における画面下部を画像表示領域とした状態を説明するための概略断面図である。
【図６】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における表示動作原理の他の例を説明するための説明図である。
【図７】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における画面全体を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【図８】本発明の液晶表示装置の第１実施形態における画面全体を画像表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【図９】本発明の液晶表示装置の第２実施形態における表示動作原理を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置の第２実施形態における光学シャッターを説明するための概略斜視図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置の第２実施形態における画面中央部を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【図１２】本発明の液晶表示装置の第２実施形態における画面下部を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【図１３】本発明の液晶表示装置の第２実施形態における画面上部を画像非表示領域とした状態を説明するための概略側断面図である。
【図１４】本発明の液晶表示装置の第３実施形態における光学シャッターの一例を説明するための概略斜視図である。
【図１５】本発明の液晶表示装置の第３実施形態における光学シャッターの一例の画像表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図である。
【図１６】本発明の液晶表示装置の第３実施形態における光学シャッターの一例の画像非表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図である。
【図１７】本発明の液晶表示装置の第３実施形態における光学シャッターの他の例を説明するための概略斜視図である。
【図１８】本発明の液晶表示装置の第３実施形態における光学シャッターの他の例の画像表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図である。
【図１９】本発明の液晶表示装置の第３実施形態における光学シャッターの他の例の画像非表示領域に対する動作原理を説明するための概略側断面図である。
【図２０】本発明の液晶表示装置の第４実施形態における要部概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２１】本発明の液晶表示装置の第４実施形態における各部動作例を示すタイミングチャートである。
【図２２】本発明の液晶表示装置の第４実施形態における表示動作原理を説明するための説明図である。
【図２３】従来の液晶表示装置（走査型バックライト点灯方式）における要部概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２４】従来の液晶表示装置（走査型バックライト点灯方式）における表示動作原理を説明するための説明図である。
【図２５】従来の液晶表示装置（走査型光シャッター方式）を説明するための概略側断面図である。
【符号の説明】
１液晶表示パネル
２電極駆動部
３バックライト光源
４光源駆動部
５同期信号抽出部
６、５６制御ＣＰＵ
１７、２７、３７、４７光学シャッター
１８、２８シャッター駆動部
５１フレーム周波数変換部
５２黒信号発生部
５３信号切替部

Claims

バックライト光源を用いて、液晶表示パネルを照射することにより、画像を表示する液晶表示装置であって、
前記液晶表示パネルの各分割表示領域に対する、前記バックライト光源からのバックライト光を透過／遮光することによって、前記液晶表示パネルの各分割表示領域に対し、前記バックライト光を１垂直期間内で間欠的に供給するための光学シャッター手段を設け、
前記光学シャッター手段は、前記バックライト光の遮光状態時に、該バックライト光の少なくとも一部を前記バックライト光源側に反射することを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記光学シャッター手段は、少なくとも一方の面が光反射面とされた複数の反射部材を回動自在に設けて構成されることを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項１に記載の液晶表示装置において、
前記光学シャッター手段は、動的散乱液晶を用いて構成されることを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項３に記載の液晶表示装置において、
前記光学シャッター手段は、前記動的散乱液晶の前記バックライト光源側及び前記液晶表示パネル側のそれぞれに偏光分離手段を設けて構成されることを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項４に記載の液晶表示装置において、
前記偏光分離手段のそれぞれは、その偏光軸方向が互いに垂直方向となるように配設されることを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項４に記載の液晶表示装置において、
前記偏光分離手段のそれぞれは、その偏光軸方向が互いに平行方向となるように配設されることを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項１乃至６のいずれかに記載の液晶表示装置において、
前記光学シャッター手段がバックライト光を遮光している期間、該光学シャッター手段に対応する液晶表示パネルの分割表示領域に黒表示信号を供給することを特徴とする液晶表示装置。
前記請求項７に記載の液晶表示装置において、
前記分割表示領域数をＮとした場合、入力画像信号のフレーム周波数を（Ｎ−１）倍に変換するフレーム周波数変換手段と、
前記フレーム周波数が変換された画像信号と黒表示信号とを所定タイミングで切り替えて出力する黒挿入手段とを設けたことを特徴とする液晶表示装置。