JP2004333583A - Liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、複数の表示用光源を用いた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ,PDA(Personal Digital Assistants)等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。このような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
【0003】
液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源(バックライト)からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しなくて視認性に劣るため、特に、マルチカラーまたはフルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に、カラーフィルタを用いた透過型のカラー液晶表示装置が使用されている。
【0004】
カラー液晶表示装置は、現在、TFT(Thin Film Transistor)などのスイッチング素子を用いたTN(Twisted Nematic)型のものが広く使用されている。このTFT駆動のTN型液晶表示装置は、STN(Super Twisted Nematic)型に比して表示品質は高いが、液晶パネルの光透過率が現状では4%程度しかないので、高い画面輝度を得るためには高輝度のバックライトが必要になる。このため、バックライトによる消費電力が大きくなってしまう。また、カラーフィルタを用いたカラー表示であるため、1画素を3個の副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であり、その表示色純度も十分ではない。
【0005】
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している(例えば非特許文献1,2,3参照)。このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性(2ms以下)が必須である。
【0006】
そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて100〜1000倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のTFT等のスイッチング素子による駆動を研究開発している(例えば特許文献1参照)。強誘電性液晶は、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向がチルト角だけ変化する。強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した2枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。
【0007】
【特許文献1】
特開平11−119189号公報
【非特許文献1】
吉原敏明,他(T.Yoshihara, et. al.):アイエルシーシー98 (IL CC 98) P1−074頁 1998年発行
【非特許文献2】
吉原敏明,他(T.Yoshihara, et. al.):エーエム−エルシーディ’99ダイジェストオブテクニカルペーパーズ (AM−LCD’99 Digest of Technical Papers,) 185頁 1999年発行
【非特許文献3】
吉原敏明,他(T.Yoshihara, et. al.):エスアイディ’00ダイジェストオブテクニカルペーパーズ (SID’00 Digest of Technical Papers,)1176頁 2000年発行
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、光利用効率が高くて、消費電力の低減化が可能であるという利点を有してはいるが、特に携帯機器への適用には消費電力のより一層の低減化が望まれている。また、昼間の屋外での使用を考慮した場合には、視認性の観点から高輝度の表示が要求されるが、夜間の使用を考慮した場合には、輝度を低くすることが要求される。このように、画面輝度の調整が必要とされるが、消費電力の点からも、この画面輝度の調整は重要である。このような画面輝度の調整は、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置だけなく、カラーフィルタ方式の液晶表示装置においても要求されている。
【0009】
しかしながら、複数の表示用光源を用いた従来の液晶表示装置では、これらの複数の表示用光源が一括的に制御されているため、高輝度での表示、及び、輝度の調整を十分に行えないという問題がある。
【0010】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、表示輝度の向上を図れると共に、画面輝度の高精度の調整を容易に行える液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係る液晶表示装置は、複数の表示用光源が複数組にグループ化されており、各組毎に表示用光源の一括点灯/一括消灯を制御する手段を備えることを特徴とする。
【0012】
第1発明にあっては、液晶表示装置における複数の表示用光源を複数のブロックに分割し、各ブロックを単位として各ブロック内の表示用光源の一括点灯/一括消灯を制御する。
【0013】
例えば光源を並列に接続し2つのブロックに分割した場合、全ての表示用光源を1ブロックとして点灯/消灯を一括制御する従来例に比べて、ブロックでの駆動電流を約半分にできる。各ブロックでの駆動電流は、ブロック数が増えるに従って減少する。よって、分割するブロック数を多くすることにより、各ブロックに対応する電源への要求電流を低くできる。一方、表示用光源の発光強度は駆動電流に依存するため、駆動電流を大きくすることにより発光強度を高くできる。よって、本発明のように各ブロックを単位として各ブロック毎に点灯/消灯を制御することにより、ブロック毎の駆動電流を低く抑えることが可能となり、1ブロックあたりの電源の電流容量が同じである場合には、従来例に比べて高い表示輝度を実現できる。
【0014】
また、複数の表示用光源を複数のブロックに分割させ、各ブロックを単位として各ブロック毎に点灯/消灯の制御及び輝度の調整を行えるため、全ての表示用光源を1つのブロックとして駆動させる従来例と比べて、よりきめ細かい輝度調整が可能となる。例えば、1つのブロックにおいてn種類の駆動電流を用いる場合、従来例ではn種類の輝度しか得られないが、本発明において例えば2つのブロックに分割したときには、(2n−1)種類の輝度に調整できる。一般的に、1つのブロックにおける駆動電流がn種類、分割数をmブロックとした場合、{n+(m−1)(n−1)}種類の輝度を表現できる。以上のように、各ブロックを単位として、表示用光源の輝度を調整するため、画面輝度の高精度な調整を容易に行える。
【0015】
第2発明に係る液晶表示装置は、第1発明において、各組内おける前記表示用光源が略一様に分布して配置されていることを特徴とする。
【0016】
第2発明にあっては、複数に分割された各ブロック内の複数の表示用光源が略一様に分布して配置されているため、設置した全ての表示用光源を点灯させなくても、少なくとも一つのブロック内の表示用光源を全て点灯させることにより、均一な面発光の光源として機能でき、一様な高輝度の表示を実現できる。
【0017】
第3発明に係る液晶表示装置は、第1または第2発明において、前記表示用光源が、赤,緑及び青の光、または、赤,緑,青及び白の光を発する光源であることを特徴とする。
【0018】
第3発明にあっては、赤,緑及び青の光、または、赤,緑,青及び白の光が、表示用光源から発せられる。よって、フルカラー表示が可能である。
【0019】
第4発明に係る液晶表示装置は、第1乃至第3発明のいずれかにおいて、前記表示用光源が発光ダイオードであることを特徴とする。
【0020】
第4発明にあっては、表示用光源として発光ダイオードを使用する。よって、各色の発光を容易に行えると共に、発光強度を容易に調整できて、画面輝度の調整も容易である。
【0021】
第5発明に係る液晶表示装置は、第1乃至第4発明のいずれかにおいて、自発分極を有する液晶材料を用いていることを特徴とする。
【0022】
第5発明にあっては、強誘電性液晶材料または反強誘電性液晶材料などの自発分極を有する液晶材料を使用する。よって、高速応答性に優れた表示を実現でき、動画表示特性に優れた液晶表示装置を提供できる。
【0023】
第6発明に係る液晶表示装置は、第1乃至第5発明のいずれかにおいて、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うことを特徴とする。
【0024】
第6発明にあっては、フィールド・シーケンシャル方式にてカラー表示を行うため、高精細、高速応答、高色純度表示、及び、高透過率を実現した表示を行える。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【0026】
図1は本発明による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図2は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、図3は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図、並びに、図5はバックライトの平面図である。
【0027】
図1において、21,22は図2に断面構造が示されている液晶パネル,バックライトを示している。また、31は、パーソナルコンピュータから同期信号SYNが入力され、表示に必要な各種の制御信号CSを生成する制御信号発生回路である。画像メモリ部30からは画素データPDが、データドライバ32へ出力される。画素データPD、及び、印加電圧の極性を変えるための制御信号CSに基づき、データドライバ32を介して液晶パネル21には、複数回のデータ書込み走査時に電圧が印加される。
【0028】
また制御信号発生回路31からは制御信号CSが、基準電圧発生回路34,データドライバ32,スキャンドライバ33及びバックライト制御回路35へそれぞれ出力される。基準電圧発生回路34は、基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ32へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ33へそれぞれ出力する。データドライバ32は、画像メモリ部30からの画素データPDと制御信号発生回路31からの制御信号CSとに基づいて、画素電極40の信号線42に対して信号を出力する。この信号の出力に同期して、スキャンドライバ33は、画素電極40の走査線43をライン毎に順次的に走査する。またバックライト制御回路35は、駆動電圧をバックライト22に与えて、バックライト22から赤色光,緑色光,青色光をそれぞれ発光させる。
【0029】
液晶パネル21は、図2及び図3で示されているように、上層(表面)側から下層(背面)側に、偏光フィルム1,ガラス基板2,共通電極3,ガラス基板4,偏光フィルム5をこの順に積層して構成されており、ガラス基板4の共通電極3側の面にはマトリクス状に配列された画素電極40,40…が形成されている。画素電極40,40…の上面には配向膜12が、共通電極3の下面には配向膜11がそれぞれ配置され、これらの配向膜11,12間に液晶物質が充填されて液晶層13が形成される。なお、14は液晶層13の層厚を保持するためのスペーサである。
【0030】
このような構成の液晶パネル21は、具体的には次のようにして製造する。画素電極40,40…(画素数640×480)を有するTFT基板と共通電極3を有するガラス基板2とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して200℃で1時間焼成することにより、約200Åのポリイミド膜を配向膜11,12として成膜する。更に、これらの配向膜11,12をレーヨン製の布でラビングし、ラビング方向が平行となるようにこれらの2枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径1.8μmのシリカ製のスペーサ14でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製する。この空パネルの配向膜11,12間に、TFT41の駆動時に図4に示すようなハーフV字状の電気−光学応答特性を示す強誘電性液晶を封入して液晶層13とする。封入した強誘電性液晶の自発分極の大きさは8nC/cm2 であり、また、電圧無印加時の液晶分子の平均分子軸と電圧印加時の液晶分子の平均分子軸とのなす角の最大値は片側で30°である。作製したパネルをクロスニコル状態の2枚の偏光フィルム1,5で挟んで液晶パネル21とし、電圧を印加しないときに暗状態になるようにする。
【0031】
図3に示すように、共通電極3及び画素電極40,40…間にはデータドライバ32及びスキャンドライバ33等よりなる駆動部50が接続されている。データドライバ32は、信号線42を介してTFT41と接続されており、スキャンドライバ33は、走査線43を介してTFT41と接続されている。TFT41はスキャンドライバ33によりオン/オフ制御される。また個々の画素電極40,40…は、TFT41に接続されている。そのため、信号線42及びTFT41を介して与えられるデータドライバ32からの信号により、個々の画素の透過光強度が制御される。
【0032】
バックライト22は、図2,図5に示されているように、LEDアレイ7と導光及び光拡散板6とで構成されている。バックライト22は、液晶パネル21の下層(背面)側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板6の端面に臨ませた状態でLEDアレイ7が備えられている。このLEDアレイ7は、導光及び光拡散板6と対向する面に3原色、即ち赤,緑,青の各色を発光するLED素子を1チップとした複数の表示用光源としての16灯のLEDチップ17を有する。
【0033】
これらの16灯のLEDチップ17を8灯ずつの2つのブロック(第1ブロック,第2ブロック)に分割する。具体的には、例えば、図5の上端側から見て奇数番目に配置されている8灯のLEDチップ17を第1ブロックとし、偶数番目に配置されている8灯のLEDチップ17を第2ブロックとする。この結果、第1ブロックに属するLEDチップ17と、第2ブロックに属するLEDチップ17とが交互に配置されることになり、夫々のブロックにおいて8灯のLEDチップ17が一様に分布される。そして、各ブロック単位で、8灯のLEDチップ17の一括点灯/消灯を制御すると共に、8灯のLEDチップ17の輝度を調整する。
【0034】
図6は、バックライト22の光源であるLEDアレイ7の駆動回路を示す図である。図6に示す回路では、各グループでアノードを共通としている。第1アノードと赤色用の第1カソードとの間に第1グループに属して赤色光を発する8個のLED素子が並列に設けられ、第1アノードと緑色用の第1カソードとの間に第1グループに属して緑色光を発する8個のLED素子が並列に設けられ、第1アノードと青色用の第1カソードとの間に第1グループに属して青色光を発する8個のLED素子が並列に設けられている。また、第2アノードと赤色用,緑色用,青色用の第2カソードとの間に、第2グループに属して赤色光,緑色光,青色光を発する夫々8個のLED素子が並列に設けられている。
【0035】
そして、後述する赤,緑,青の各サブフレームにおいては赤,緑,青のLED素子をそれぞれ点灯させる。導光及び光拡散板6はこのLEDアレイ7の各LED素子からの光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。液晶パネル21と、赤,緑,青の時分割発光が可能であるバックライト22とを重ね合わせる。バックライト22の点灯タイミング及び発光色は、液晶パネル21に対する表示データに基づくデータ書込み走査に同期して制御される。
【0036】
次に、本発明に係る液晶表示装置の動作について説明する。パーソナルコンピュータから画像メモリ部30へ表示用の画素データPDが入力され、画像メモリ部30は、この画素データPDを一旦記憶した後、制御信号発生回路31から出力される制御信号CSを受け付けた際に、この画素データPDを出力する。制御信号発生回路31で発生された制御信号CSは、データドライバ32と、スキャンドライバ33と、基準電圧発生回路34と、バックライト制御回路35とに与えられる。基準電圧発生回路34は、制御信号CSを受けた場合に基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ32へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ33へそれぞれ出力する。
【0037】
データドライバ32は、制御信号CSを受けた場合に、画像メモリ部30から出力された画素データPDに基づいて、画素電極40の信号線42に対して信号を出力する。スキャンドライバ33は、制御信号CSを受けた場合に、画素電極40の走査線43をライン毎に順次的に走査する。データドライバ32からの信号の出力及びスキャンドライバ33の走査に従ってTFT41が駆動し、画素電極40に電圧が印加され、画素の透過光強度が制御される。
【0038】
バックライト制御回路35は、制御信号CSを受けた場合に駆動電圧をバックライト22に与えてバックライト22のLEDアレイ7(16灯のLEDチップ17)が有している赤,緑,青の各色のLED素子を時分割して発光させて、経時的に赤色光,緑色光,青色光を順次発光させる。この際、第1ブロック,第2ブロック毎に各色のLED素子の点灯/消灯を制御する。但し、第1,第2ブロック内では8個の各色のLED素子を一括的に制御しており、各ブロック内の対応する色の全てのLED素子を、同時に点灯させ、同時に消灯させる。また、点灯の際に、第1ブロック,第2ブロック毎に各色のLED素子の輝度を調整する。但し、各ブロック内にあっては、対応する色の全てのLED素子の輝度は同一である。
【0039】
液晶パネル21とバックライト22とを重ね合わせ、図7に示すような駆動シーケンスに従って、フィールド・シーケンシャル方式によるカラー表示を行う。フレーム周波数を60Hzとして、1つのフレーム(期間:1/60s)を3つのサブフレーム(期間:1/180s)に分割し、図7(a)に示すように、例えば1フレーム内の第1番目のサブフレームにおいて赤色の画像データの2回のデータ走査を行い、次の第2番目のサブフレームにおいて緑色の画像データの2回のデータ走査を行い、最後の第3番目のサブフレームにおいて青色の画像データの2回のデータ走査を行う。各サブフレームでの2回のデータ走査において、1回目(前半)のデータ走査時に各画素の液晶に印加される電圧と、2回目(後半)のデータ走査時に各画素の液晶に印加される電圧とは、極性が反対で実質的に等しい大きさとする。そして、1回目のデータ走査による輝度の方が2回目のデータ走査による輝度よりも大きくなるように、液晶に印加される電圧の極性を設定する。
【0040】
一方、図7(b)に示すように、バックライト22の赤,緑,青各色の点灯は、各サブフレームの一部の期間とする。即ち、1回目(前半)のデータ走査の開始タイミング(サブフレームの開始タイミング)に同期して赤色光,緑色光または青色光の発光を開始し、2回目(後半)のデータ走査の終了タイミングに同期してその発光を停止させる。
【0041】
ここで、本発明では、図6に示した回路構成を用いて、赤,緑,青の各色のサブフレームにおいてその色のLED素子への駆動電流の大きさを、第1ブロック,第2ブロック毎に独立的に制御する。例えば、第1ブロックに属する8灯全てのLEDチップ17を消灯し、第2ブロックに属する8灯のLEDチップ17のみを点灯して、カラー表示することができる。このようにしても、第1ブロックのLEDチップ17と第2ブロックのLEDチップ17とを交互に配置させているため、各ブロックでLEDチップ17が一様に分布しているので、むらが少ない一様な表示が可能である。
【0042】
また、第1ブロック,第2ブロックで各別にLED素子の駆動電流の大きさを制御するため、より細かな輝度の調整が可能となる。0の場合も含めてLED素子の駆動電流の大きさを5段階に制御できるとする。図8(a),(b)は、このような場合における従来例,本発明での輝度調整の例、即ち、従来例,本発明で実現可能な画面輝度の大きさを示す模式図である。図8(a),(b)において、面積が画面輝度の大きさ(レベル)を表している。
【0043】
各色の全てのLED素子(LEDチップ)を一括して制御する従来例では、図8(a)に示すように、駆動電流の種類数と同数の5種類の画面輝度の大きさしか実現できない。これに対して、本発明では、第1ブロック,第2ブロックで各別に各色のLED素子(LEDチップ)の駆動電流の大きさを制御するので、図8(b)に示すように、9種類の画面輝度の大きさを実現できる。
【0044】
このように、本発明ではきめ細かい画面輝度の調整が可能となる。また、全てのLEDチップを一つのブロックとして一括制御する従来例と比べて、同じ電流容量の駆動電源回路を用いた場合、本発明では第1,第2ブロックの各ブロックに流れる駆動電流を約2倍まで高くすることができるので、高い輝度を実現できる。
【0045】
本発明の他の実施の形態について説明する。以下の実施の形態では、入力される赤,緑,青の3色の画素データを赤,緑,青,白の4色の画素データに変換し、変換した4色の画素データを用いてフルカラー表示を行う。まず、この変換の手法について説明する。
【0046】
図9(a)は各フレームにおける元の赤(r),緑(g),青(b)の階調レベルを示しており、図9(b)は各フレームにおける変換後の赤(r′),緑(g′),青(b′),白(w)の階調レベルを示している。各フレームにおいて、赤,緑,青の画素データの階調レベルを比較して最低階調レベルを検出する。例えば、図9(a)に示す最初のフレームにおいては、緑表示のデータの階調レベルが最も低い。この場合、赤表示,青表示のサブフレームにおいては、比較前の赤,青の階調レベル(r,b)から緑の階調レベル(g)を差し引いた階調レベル(r′=r−g,b′=b−g)に応じた赤表示,青表示を行う。
【0047】
赤,緑,青の混合色である白表示のサブフレームにおいては、緑の階調レベル(g)に応じた白表示(w=g)を行う。なお、緑表示のサブフレームにおいても、比較前の緑の階調レベル(g)から緑の階調レベル(g)を差し引いた階調レベル(g′=g−g)に応じた緑表示を行うことになるが、その差し引いた階調レベル(g′)は0となるので、これは一般的に”黒”表示となる。
【0048】
図10は、このような他の実施の形態における液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。図10において、図1と同一または同様の部材には同一番号を付している。なお、白色のサブフレームにおいては、第1ブロック,第2ブロックを独立的に制御しながら、LEDチップ17における赤,緑,青のLED素子を同時に点灯させる。
【0049】
図10において、23は、外部の例えばパーソナルコンピュータから入力される3色の画素データPDを、上述した手法に従って表示用の4色の画素データPD′に変換する画素データ変換回路であり、画素データ変換回路23は、変換した画素データPD′を画像メモリ部30へ出力する。なお、制御信号発生回路31,データドライバ32,スキャンドライバ33,基準電圧発生回路34等の他の部材の構成及び動作は、画素データPDが変換画素データPD′に変わるだけであって、前述した実施の形態(図1)と基本的に同様であるので、その説明は省略する。
【0050】
図11は、このような他の実施の形態における駆動シーケンスを示す図である。フレーム周波数を60Hzとして、1つのフレーム(期間:1/60s)を4つのサブフレーム(期間:1/240s)に分割し、図11(a)に示すように、例えば1フレーム内の第1番目のサブフレームにおいて赤色の画像データの2回のデータ走査を行い、次の第2番目のサブフレームにおいて緑色の画像データの2回のデータ走査を行い、次の第3番目のサブフレームにおいて青色の画像データの2回のデータ走査を行い、最後の第4番目のサブフレームにおいて白色の画像データの2回のデータ走査を行う。なお、各サブフレームでの2回のデータ走査において、1回目(前半)のデータ走査時に各画素の液晶に印加される電圧と、2回目(後半)のデータ走査時に各画素の液晶に印加される電圧とは、極性が反対で実質的に等しい大きさとする。そして、1回目のデータ走査による輝度の方が2回目のデータ走査による輝度よりも大きくなるように、液晶に印加される電圧の極性を設定する。
【0051】
一方、図11(b)に示すように、バックライト22の赤,緑,青,白各色の点灯は、各サブフレームの一部の期間とする。即ち、1回目(前半)のデータ走査の開始タイミング(サブフレームの開始タイミング)に同期して赤色光,緑色光,青色光または白色光の発光を開始し、2回目(後半)のデータ走査の終了タイミングに同期してその発光を停止させる。
【0052】
この実施の形態では、図5に示した回路構成を用いて、赤,緑,青,白の各色のサブフレームにおいてLED素子への駆動電流の大きさを、第1ブロック,第2ブロック毎に独立的に制御するようにするため、赤,緑,青のサブフレームを用いる前述した実施の形態と同様に、表示輝度を向上できると共に、画面輝度の高精度の調整を容易に行えるという効果を奏する。
【0053】
なお、上述した実施の形態では、ブロックの分割数を2としたが、その分割数が3以上であっても同様に行えることは勿論である。分割するブロックの数が多いほど、より高い表示輝度を実現できると共に、より精度良く画面輝度を調整できるため、ブロックの分割数をLEDチップの個数と同じにすることが、装置構成の大嵩化を問題にしなければ、理想的である。また、本発明においては、各LEDチップをブロック内で並列に接続したが、直列接続であってもかまわない。
【0054】
また、液晶材料としてハーフV字状の電気−光学応答特性を示す強誘電性液晶材料を用いるようにしたが、V字状の電気−光学応答特性を示す強誘電性液晶材料、または、ハーフV字状若しくはV字状の電気−光学応答特性を示す反強誘電性液晶材料を用いても良い。また、使用する光源は、LED光源としたが、EL(Electronic Luminescence),冷陰極管等のような光源であれば特にLED光源に限定されることはない。
【0055】
上述した実施の形態では、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を例として説明したが、カラーフィルタを設けたカラーフィルタ方式の液晶表示装置においても同様の効果が得られる。なぜならば、白色光を出射する複数の白色光源素子を複数のブロックに分けることにより、本発明を同様に適用できるからである。
【0056】
図12は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置における液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。図12において、図2と同一部分には、同一番号を付してそれらの説明を省略する。共通電極3には、3原色(R,G,B)のカラーフィルタ60,60…が設けられている。また、バックライト22は、白色光を出射する複数の白色光源素子を備えた白色光源70と導光及び光拡散板6とから構成されている。白色光源70を構成する複数の白色光源素子は複数にブロック化されており、各ブロック単位で独立的に駆動が制御される。このようなカラーフィルタ方式の液晶表示装置にあっては、白色光源70からの白色発光を複数色のカラーフィルタ60で選択的に透過させることにより、カラー表示を行う。
【0057】
カラーフィルタ方式の液晶表示装置にあっても、上述したフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置と同様に、複数の白色光源素子を複数のブロックに分け、各ブロック単位で一括点灯/一括消灯の制御及び輝度の調整を行うことにより、表示輝度の向上及び画面輝度の高精度調整を図れるという同様の効果を奏する。
【0058】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明では、複数の表示用光源を複数のブロックに分割し、各ブロックを単位として各ブロック内の表示用光源の一括点灯/一括消灯を制御するようにしたので、表示輝度の向上を図ることができると共に、画面輝度の高精度な調整を容易に行うことができる。
【0059】
また、本発明では、複数に分割された各ブロック内の複数の表示用光源を略一様に分布して配置するようにしたので、設置した全ての表示用光源を点灯させなくても、少なくとも一つのブロック内の表示用光源を全て点灯させることにより、均一な面発光の光源として機能でき、一様な高輝度の表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の液晶表示装置の回路構成の一例を示すブロック図である。
【図2】フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図3】本発明の液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図4】本発明の液晶表示装置に使用する液晶材料の電気−光学応答特性を示すグラフである。
【図5】本発明の液晶表示装置におけるバックライトの平面図である。
【図6】本発明の液晶表示装置におけるLEDアレイの駆動回路を示す図である。
【図7】本発明のフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置における駆動シーケンスの一例を示す図である。
【図8】従来例及び本発明における輝度調整の例を示す図である。
【図9】本発明の液晶表示装置における画素データの変換例を示す図である。
【図10】本発明の液晶表示装置の回路構成の他の例を示すブロック図である。
【図11】本発明のフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置における駆動シーケンスの他の例を示す図である。
【図12】カラーフィルタ方式の液晶表示装置の液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【符号の説明】
3 共通電極
7 LEDアレイ
17 LEDチップ
21 液晶パネル
22 バックライト
31 制御信号発生回路
32 データドライバ
35 バックライト制御回路
40 画素電極
41 TFT
60 カラーフィルタ
70 白色光源[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to a liquid crystal display device using a plurality of display light sources.
[0002]
[Prior art]
With the progress of the so-called information society in recent years, electronic devices represented by personal computers, PDAs (Personal Digital Assistants), and the like have been widely used. With the spread of such electronic devices, there is a demand for portable devices that can be used both in offices and outdoors, and there is a demand for reductions in their size and weight. A liquid crystal display device is widely used as one of means for achieving such an object. The liquid crystal display device is an indispensable technology not only for reducing the size and weight but also for reducing the power consumption of a portable electronic device driven by a battery.
[0003]
Liquid crystal display devices are roughly classified into a reflection type and a transmission type. The reflective type is a configuration in which light rays incident from the front of the liquid crystal panel are reflected on the back side of the liquid crystal panel, and the image is visually recognized by the reflected light. This is a configuration in which an image is visually recognized by transmitted light. Since the reflection type is inferior in visibility because the amount of reflected light is not constant depending on environmental conditions, a transmission type color liquid crystal using a color filter is generally used as a display device such as a personal computer for performing multi-color or full-color display. A display device is used.
[0004]
As a color liquid crystal display device, a TN (Twisted Nematic) type using a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) is widely used at present. Although the TFT-driven TN type liquid crystal display device has a higher display quality than the STN (Super Twisted Nematic) type, the light transmittance of the liquid crystal panel is only about 4% at present, so that a high screen luminance can be obtained. Requires a high-luminance backlight. For this reason, power consumption by the backlight increases. In addition, since color display is performed using a color filter, one pixel must be composed of three sub-pixels, and it is difficult to achieve high definition, and the display color purity is not sufficient.
[0005]
In order to solve such a problem, the present inventors have developed a field sequential type liquid crystal display device (for example, see Non-Patent
[0006]
Therefore, the present inventors have proposed a field-sequential type liquid crystal display device or a color filter type liquid crystal display device having the above-mentioned excellent advantages to achieve a high-speed response by 100 to 1000 compared to the conventional liquid crystal display device. Research and development of driving a liquid crystal such as a ferroelectric liquid crystal having spontaneous polarization that can expect twice as fast response by using a switching element such as a TFT (for example, see Patent Document 1). In a ferroelectric liquid crystal, the major axis direction of the liquid crystal molecules changes by a tilt angle when a voltage is applied. A liquid crystal panel sandwiching a ferroelectric liquid crystal is sandwiched between two polarizing plates whose polarization axes are orthogonal to each other, and the intensity of transmitted light is changed by utilizing birefringence caused by a change in the long axis direction of liquid crystal molecules.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-11-119189
[Non-patent document 1]
Toshiaki Yoshihara, et al. (T. Yoshihara, et. Al.): ICLC 98 (IL CC 98), pp. 1-074, 1998
[Non-patent document 2]
Toshiaki Yoshihara, et al. (T. Yoshihara, et. Al.): AM-LCD '99 Digest of Technical Papers (AM-LCD'99 Digest of Technical Papers,) p. 185, published in 1999
[Non-Patent Document 3]
Toshiaki Yoshiwara, et al. (T. Yoshihara, et. Al.): SID'00 Digest of Technical Papers (SID'00 Digest of Technical Papers,) p. 1176, 2000
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Field-sequential liquid crystal display devices have the advantages of high light use efficiency and reduction of power consumption, but especially for application to portable devices, the power consumption is further increased. Reduction is desired. In addition, when the use outdoors in the daytime is considered, a display with high luminance is required from the viewpoint of visibility, but when the use in the nighttime is considered, the luminance is required to be reduced. As described above, it is necessary to adjust the screen brightness. From the viewpoint of power consumption, the adjustment of the screen brightness is important. Such adjustment of the screen luminance is required not only in the field sequential type liquid crystal display device but also in the color filter type liquid crystal display device.
[0009]
However, in a conventional liquid crystal display device using a plurality of display light sources, since the plurality of display light sources are controlled collectively, high-luminance display and luminance adjustment cannot be performed sufficiently. There is a problem.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device capable of improving display luminance and easily adjusting screen luminance with high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The liquid crystal display device according to the first invention is characterized in that a plurality of display light sources are grouped into a plurality of groups, and a unit is provided for controlling collective turning on / off of the display light sources for each group.
[0012]
In the first invention, a plurality of display light sources in the liquid crystal display device are divided into a plurality of blocks, and collective lighting / collective turning off of the display light sources in each block is controlled in units of each block.
[0013]
For example, when the light sources are connected in parallel and divided into two blocks, the drive current in the blocks can be reduced to about half as compared with the conventional example in which all the display light sources are made into one block and the lighting / extinguishing is collectively controlled. The drive current in each block decreases as the number of blocks increases. Therefore, by increasing the number of divided blocks, the required current to the power supply corresponding to each block can be reduced. On the other hand, since the emission intensity of the display light source depends on the drive current, the emission intensity can be increased by increasing the drive current. Therefore, by controlling the lighting / extinguishing for each block as a unit as in the present invention, the driving current for each block can be suppressed low, and the current capacity of the power supply per block is the same. In this case, higher display brightness can be realized as compared with the conventional example.
[0014]
Further, since a plurality of display light sources are divided into a plurality of blocks, and each block can be turned on / off and the brightness can be adjusted in units of each block, all display light sources are driven as one block. Compared to the example, finer brightness adjustment is possible. For example, when n types of drive currents are used in one block, only n types of brightness can be obtained in the conventional example. However, in the present invention, when divided into two blocks, the brightness is adjusted to (2n-1) types of brightness. it can. In general, when one block has n types of drive currents and the number of divisions is m blocks, {n + (m-1) (n-1)} types of luminance can be expressed. As described above, since the brightness of the display light source is adjusted for each block, highly accurate adjustment of the screen brightness can be easily performed.
[0015]
The liquid crystal display device according to the second invention is characterized in that, in the first invention, the display light sources in each group are arranged substantially uniformly.
[0016]
According to the second aspect, since the plurality of display light sources in each of the plurality of divided blocks are arranged substantially uniformly, it is not necessary to turn on all the installed display light sources. By turning on all the display light sources in at least one block, it can function as a light source for uniform surface light emission, and display with uniform high luminance can be realized.
[0017]
In the liquid crystal display device according to a third aspect, in the first or second aspect, the display light source is a light source that emits red, green, and blue light, or red, green, blue, and white light. Features.
[0018]
In the third invention, red, green, and blue light, or red, green, blue, and white light are emitted from the display light source. Therefore, full color display is possible.
[0019]
A liquid crystal display device according to a fourth aspect is the liquid crystal display device according to any one of the first to third aspects, wherein the display light source is a light emitting diode.
[0020]
In the fourth invention, a light emitting diode is used as a display light source. Therefore, emission of each color can be easily performed, emission intensity can be easily adjusted, and adjustment of screen luminance can be easily performed.
[0021]
A liquid crystal display device according to a fifth aspect is characterized in that in any one of the first to fourth aspects, a liquid crystal material having spontaneous polarization is used.
[0022]
In the fifth invention, a liquid crystal material having spontaneous polarization such as a ferroelectric liquid crystal material or an antiferroelectric liquid crystal material is used. Therefore, a display excellent in high-speed response can be realized, and a liquid crystal display device excellent in moving image display characteristics can be provided.
[0023]
A liquid crystal display device according to a sixth aspect is the liquid crystal display device according to any one of the first to fifth aspects, wherein color display is performed by a field sequential system.
[0024]
According to the sixth aspect of the present invention, since color display is performed by the field sequential method, high definition, high speed response, high color purity display, and display realizing high transmittance can be performed.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention will be specifically described with reference to the drawings showing the embodiments. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.
[0026]
FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of a liquid crystal display device according to the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view of a liquid crystal panel and a backlight, and FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of the liquid crystal display device. 5 is a plan view of the backlight.
[0027]
In FIG. 1,
[0028]
The control
[0029]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
[0030]
The
[0031]
As shown in FIG. 3, a driving
[0032]
The
[0033]
These 16
[0034]
FIG. 6 is a diagram showing a drive circuit of the
[0035]
Then, in each of the red, green, and blue sub-frames described later, the red, green, and blue LED elements are respectively turned on. The light guide and
[0036]
Next, the operation of the liquid crystal display device according to the present invention will be described. When pixel data PD for display is input from the personal computer to the
[0037]
When receiving the control signal CS, the
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
On the other hand, as shown in FIG. 7B, lighting of each color of the
[0041]
Here, in the present invention, using the circuit configuration shown in FIG. 6, the magnitude of the drive current to the LED element of each color in the red, green, and blue subframes is determined by the first block and the second block. Independently controlled every time. For example, color display can be performed by turning off all the eight
[0042]
Further, since the magnitude of the drive current of the LED element is separately controlled in each of the first block and the second block, finer adjustment of luminance is possible. It is assumed that the magnitude of the driving current of the LED element can be controlled in five stages including the case of 0. FIGS. 8A and 8B are schematic diagrams showing the conventional example and the example of luminance adjustment in the present invention in such a case, that is, the conventional example and the magnitude of the screen luminance that can be realized in the present invention. . 8A and 8B, the area represents the size (level) of the screen luminance.
[0043]
In a conventional example in which all the LED elements (LED chips) of each color are collectively controlled, as shown in FIG. 8A, only five screen luminance levels equal to the number of drive current types can be realized. On the other hand, in the present invention, the first block and the second block individually control the magnitude of the driving current of the LED element (LED chip) of each color, and therefore, as shown in FIG. Screen luminance can be realized.
[0044]
As described above, according to the present invention, it is possible to finely adjust the screen luminance. Also, in comparison with the conventional example in which all the LED chips are collectively controlled as one block, when a drive power supply circuit having the same current capacity is used, in the present invention, the drive current flowing through each of the first and second blocks is reduced. Since the brightness can be increased up to twice, high brightness can be realized.
[0045]
Another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiment, input pixel data of three colors of red, green, and blue are converted into pixel data of four colors of red, green, blue, and white, and full-color is used using the converted pixel data of four colors. Display. First, the conversion method will be described.
[0046]
FIG. 9A shows the original red (r), green (g), and blue (b) gradation levels in each frame, and FIG. 9B shows the converted red (r ') in each frame. ), Green (g ′), blue (b ′), and white (w). In each frame, the lowest gradation level is detected by comparing the gradation levels of the red, green, and blue pixel data. For example, in the first frame shown in FIG. 9A, the gradation level of the green display data is the lowest. In this case, in the red and blue display sub-frames, the gradation level (r ′ = r−) obtained by subtracting the green gradation level (g) from the red and blue gradation levels (r, b) before comparison. g, b '= b-g).
[0047]
In a white display subframe that is a mixed color of red, green, and blue, white display (w = g) is performed according to the green gradation level (g). In the green display sub-frame, the green display corresponding to the gray level (g ′ = gg) obtained by subtracting the green gray level (g) from the green gray level (g) before the comparison is performed. However, since the subtracted gradation level (g ') becomes 0, this generally results in "black" display.
[0048]
FIG. 10 is a block diagram showing a circuit configuration of a liquid crystal display device according to such another embodiment. 10, the same or similar members as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the white subframe, the red, green, and blue LED elements of the
[0049]
In FIG. 10,
[0050]
FIG. 11 is a diagram showing a driving sequence in such another embodiment. Assuming that the frame frequency is 60 Hz, one frame (period: 1/60 s) is divided into four subframes (period: 1/240 s), and for example, as shown in FIG. , Two data scans of the red image data are performed in the next subframe, two data scans of the green image data are performed in the next second subframe, and the blue scan is performed in the next third subframe. Two data scans of the image data are performed, and two data scans of the white image data are performed in the last fourth subframe. In the two data scans in each sub-frame, a voltage applied to the liquid crystal of each pixel during the first (first half) data scan and a voltage applied to the liquid crystal of each pixel during the second (second half) data scan. Voltage is opposite in polarity and substantially equal in magnitude. Then, the polarity of the voltage applied to the liquid crystal is set so that the luminance by the first data scanning is higher than the luminance by the second data scanning.
[0051]
On the other hand, as shown in FIG. 11B, lighting of each color of the
[0052]
In this embodiment, the magnitude of the drive current to the LED elements in the red, green, blue, and white subframes is determined for each of the first block and the second block by using the circuit configuration shown in FIG. Since independent control is performed, similar to the above-described embodiment using the red, green, and blue subframes, the display luminance can be improved and the effect of easily adjusting the screen luminance with high accuracy can be obtained. Play.
[0053]
In the above-described embodiment, the number of block divisions is set to two. However, it goes without saying that the same operation can be performed even when the number of divisions is three or more. The larger the number of blocks to be divided, the higher the display luminance can be realized, and the more accurate the screen luminance can be adjusted. Therefore, it is necessary to make the number of divided blocks equal to the number of LED chips. Ideal if you don't care. In the present invention, the LED chips are connected in parallel in the block, but may be connected in series.
[0054]
Further, a ferroelectric liquid crystal material exhibiting a half V-shaped electro-optical response characteristic is used as a liquid crystal material, but a ferroelectric liquid crystal material exhibiting a V-shaped electro-optical response characteristic or a half-V An antiferroelectric liquid crystal material exhibiting a V-shaped or V-shaped electro-optical response characteristic may be used. Although the light source used is an LED light source, the light source is not particularly limited to the LED light source as long as it is a light source such as an EL (Electronic Luminescence), a cold cathode tube or the like.
[0055]
In the above-described embodiment, the field sequential type liquid crystal display device has been described as an example. However, a similar effect can be obtained in a color filter type liquid crystal display device provided with a color filter. This is because the present invention can be similarly applied by dividing a plurality of white light source elements that emit white light into a plurality of blocks.
[0056]
FIG. 12 is a schematic sectional view of a liquid crystal panel and a backlight in a color filter type liquid crystal display device. 12, the same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The
[0057]
Even in the color filter type liquid crystal display device, similarly to the above-described field sequential type liquid crystal display device, a plurality of white light source elements are divided into a plurality of blocks, and collective lighting / collective lighting control and By performing the brightness adjustment, the same effect can be obtained that the display brightness can be improved and the screen brightness can be adjusted with high accuracy.
[0058]
【The invention's effect】
As described in detail above, in the present invention, a plurality of display light sources are divided into a plurality of blocks, and collective lighting / collective turning off of the display light sources in each block is controlled in units of each block. The display luminance can be improved, and the screen luminance can be easily adjusted with high accuracy.
[0059]
Further, in the present invention, since the plurality of display light sources in each of the plurality of divided blocks are arranged so as to be substantially uniformly distributed, even if all of the installed display light sources are not turned on, at least By turning on all the display light sources in one block, it can function as a light source for uniform surface light emission, and uniform high-luminance display can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a liquid crystal panel and a backlight of a field sequential liquid crystal display device.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the overall configuration of a liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing an electro-optical response characteristic of a liquid crystal material used in the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a backlight in the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a driving circuit of an LED array in the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an example of a driving sequence in the field sequential type liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an example of luminance adjustment in the conventional example and the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a conversion example of pixel data in the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing another example of the circuit configuration of the liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing another example of the driving sequence in the field sequential type liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a liquid crystal panel and a backlight of a color filter type liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
3 Common electrode
7 LED array
17 LED chip
21 LCD panel
22 Backlight
31 Control signal generation circuit
32 Data Driver
35 Backlight control circuit
40 pixel electrode
41 TFT
60 color filter
70 White light source
Claims (6)
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