JP2004341492A - バックライト、液晶表示装置及びその動作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 エネルギー効率を改善した液晶表示装置用バックライトを提供する。
【解決手段】 光導波路を複数の、好ましくは２つの領域に分割し、各領域に、分離した独自の光源を与える。ＬＣＤ表示装置は、この光導波路を有するバックライトと、この光導波路の領域に対応する部分に分割したＬＣＤパネルとを有する。本発明によるバックライト及びＬＣＤ表示装置は、動きアーチファクトを抑圧するとともに、汎用性と、電力節約動作とを達成する。本発明の液晶表示装置動作方法では、当該時点でアドレスされていないＬＣＤパネルの部分に対応する光導波路の領域のみを照射する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光源と、この光源により光導波路のエッジから照射される当該光導波路とを具える液晶表示装置用バックライトであって、前記光導波路は、液晶パネルの対応部分を照射する複数の隣接領域を有している当該バックライトに関するものである。
本発明は、このようなバックライトを有する液晶表示装置にも関するものである。

本発明は更に、このような液晶表示装置であって、光導波路がｎ個の領域を有し、液晶パネルが光導波路の前記ｎ個の領域に対応するｎ個の部分を有し、ｎ≧２とした当該液晶表示装置の動作方法にも関するものである。

米国特許出願公開第2002/0003522号明細書には、動きアーチファクトを低減させる液晶表示方法が開示されている。この方法では、複数の領域に分割された照射部分を有し、その各々の照射／非照射を制御しうるようにした液晶表示装置を用いている。この目的のために、各領域をエレクトロルミネッセンス照射することによる直接照射を用いるか、領域の照射をバックライト部分と液晶パネルとの間に配置した液晶シャッタにより制御するようにしている。後者の場合には、液晶シャッタが、例えば４つの光ストライプに分割されている。各ストライプは、バックライトの照射部分により生ぜしめられる光に対し透過性にしたり、非透過性にしたりすることができる。この場合、光はバックライトの光導波路のエッジに設けられた１つの光源から生ぜしめられる。
米国特許出願公開第2002/0003522号

この液晶表示装置の欠点は、全ての照射部分に同時に１つのみの光源しか用いていないという事実にある。このことは、１つ以上のシャッタ部分が非透過性にある場合に多量の光が失われることを意味する。その結果、エネルギー効率が不所望に低くなる。

本発明の目的は、エネルギー効率を改善した液晶表示装置用バックライトを提供することにある。

この目的は、光源と、この光源により光導波路のエッジから照射される当該光導波路とを具える液晶表示装置用バックライトであって、前記光導波路は、液晶パネルの対応部分を照射する複数の隣接領域を有している当該バックライトにおいて、前記領域の各々に、ほぼ当該領域を照射するための独立制御可能な光源が設けられていることを特徴とするバックライトにより達成する。

光導波路の各領域に対し独立して制御しうる光源を存在させることにより、照射する必要がある領域のみを照射しうるようになる。本発明によるこのバックライトによれば、エネルギー消費量が最小となる。これにより、特に、動きアーチファクトを減少させるのに有効な方法の場合に大きな利点を提供するものである。このことは後に説明する。

本発明によるバックライトの他の利点は、必要に応じ又は望ましい場合に光導波路の特定の領域に対する光源を交換することができるということである。

前記の米国特許出願公開明細書によれば、光導波路の各領域に対し別々の光源を用いる可能性が提供されている。しかし、この場合、エレクトロルミネッセンス光源をバックライト自体に導入する必要がある。このことは、組込み式の光源を有するバックライトを製造する方法が複雑となるという点で不利なことである。更に、光源を後に交換できない。これに対し、本発明によるバックライトには、光導波路の側部からこの光導波路を照射する、いわゆるエッジ照射技術を用いた光源が設けられている。この技術は極めて簡単でより融通性のある技術である為、上述したバックライトの構成を考慮したものである。

前記複数の隣接領域は、互いに共通エッジを有する第１領域及び第２領域をもって構成するのが好ましい。この構成は本発明によるバックライトの最も簡単な構成であるが、本発明によるあらゆる利点を依然として有するものである。従って、この構成のバックライトは可能な最も簡単な方法で製造且つ動作しうる。更に、一方の領域のみを、他方の領域が暗い際に照射するように、又はその逆となるように、バックライトを動作させる場合には、平均電力消費量をほぼ一定にできるとともに、出力密度を、２つよりも多い領域がある場合よりも低くしうる。

２つの領域の各々の光源は、前記共通エッジとは反対側のエッジに設けるのが有利である。これにより、より多くの設計の可能性を提供するばかりではなく、特に、寸法が最大である、又は共通エッジまでの距離が最短である、又はこれらの双方が達成されたエッジに光源を設けることができるようになる。これにより、光源の出力密度をできるだけ低く保つことができる。更に、多くのエッジで光源を冷却することができる。

本発明によるバックライトの光源においては、少なくとも１つの光源がＬＥＤ（発光ダイオード）を有するか、又はＬＥＤを主体とする光源を有するようにするのが好ましいが、本発明はこれに限定されるものではない。発光ダイオードの立上り及び立下り時間は極めて短く、１０ｎ秒程度である。これにより、制御信号に対する応答が極めて迅速となり、平均照射レベルが高くなる。更に、照射すべき領域を多くの小さい副領域に分割し、これら副領域が極めて短い時間の間だけ照射されるようにすることができる。この場合、照射の立上り及び立下りを極めて迅速にする必要がある。更に、ＬＥＤでは、エネルギー効率が高く、照射密度が高く、寿命が極めて長く、且つこれらＬＥＤは多くのオン／オフスイッチング動作に耐える。

ＬＥＤを主体とする光源には、パッケージに入れていないＬＥＤや、種々のパッケージに入れたＬＥＤ、例えば単一パッケージＬＥＤ及びストリップラインＬＥＤが含まれる。後者のパッケージによれば、透明なチューブに入れられたライン状の多数のＬＥＤが得られる。この種類のＬＥＤを主体とする光源は、特に、本発明によるバックライトに用いるのに理想的に適している。この明細書全体に亙って、ＬＥＤという言葉はＬＥＤを主体とする光源をも含むものである。

しかし、陰極蛍光光源のような他の光源を排除するものではない。多くの場合、特に、スイッチング周波数等が低い場合、これらの種類の光源により、照射密度を高く且つ寸法を極めて小さくする。

本発明は、液晶パネルと、この液晶パネル用であって本発明によるバックライトとを具えている液晶表示装置にも関するものである。このような液晶表示装置は、汎用性を有するとともに本発明により電力の経済性が与えられるコンパクトな表示手段である。

液晶表示装置は更に、画像データを液晶パネルに書込む第１手段と、バックライトによる前記隣接領域の照射を独立的に制御する第２手段とを具えているようにするのが有利である。液晶表示装置にはこれらの第１手段及び第２手段の双方又はいずれか一方を必ずしも存在させる必要はないが、コンパクトでほぼ独立型のユニットを得るには装置の機能を組合せるのが有利である。しかし、表示装置に設けられていない他の手段により、液晶パネルと１つ以上の光源との双方又はいずれか一方を制御するようにすることもできる。

画像データを液晶パネルに書込む第１手段は、例えば、複数の走査ラインと、これらに対し垂直な信号ラインとに接続された制御回路をもって構成することができる。走査ラインと信号ラインとの交点には、これらの交点に対応する複数の画素が配置されている。これら画素に対応するスイッチング素子が設けられており、これらスイッチング素子は、適切な信号を受けた際に、各画素と関連する液晶の透過率を切換える。

光導波路の領域の照射を独立的に制御する第２手段は、例えば、光導波路の領域の光源を制御する制御回路を有しうる。第１手段及び第２手段は同時に制御しうるようにするのが有利である。このことは後に更に説明する。

本発明は、光導波路がｎ個の領域を有する液晶表示装置であって、液晶パネルが光導波路の前記ｎ個の領域に対応するｎ個の部分を有し、ｎ≧２とした当該液晶表示装置の動作方法において、
‐ 光導波路の領域の１つに対応する液晶パネルの部分の１つを選択する工程と、
‐ この１つの領域を照射せず光導波路の他の領域の少なくとも１つを照射している間にこの選択した部分に画像データを書込む工程と
を繰返し有する液晶表示装置の動作方法にも関するものである。

本発明の動作方法の好適例では、同じ寸法の２つの領域を有する光導波路を選択し、これら領域の一方に対応する液晶パネルの部分の一方に画像データを書込む工程が時間Ｔを要し、この工程中光導波路の他方の領域が０．８Ｔ及びＴ間の時間中照射されるようにする。

本発明のこの方法によれば、液晶表示装置に動画を表示する場合に、動きアーチファクトを低減させる簡単で的確な方法が得られる。より一般的な感覚では、本発明による方法は、“疑似走査バックライト方法”と称される。

ＬＣＤパネルの一部の選択と、これに対応する領域の照射とは厳密には必ずしも同時の動作とする必要はない。しかし、これらの動作は、書込み動作よりも迅速に互いに追従する必要がある。

書込みは、画像がいずれかの所望の順序で変化している１つ又は複数の部分のみで行なうようにしうることに注意すべきである。ある部分で画像が変化しない場合には、この部分に画像データを再書込みする必要はない。この状態では、複数の光源が存在する利点が顕著になること明らかである。その理由は、不変の画像を有する部分を常に適切な強度で照射でき、このことは光源や画像の平滑性にとって有利である為である。しかし、多くのアドレスモードでは、いかに画像が変化しようとも、順次のすべての部分がアドレスされる。この場合、パネルの各部分が順次に選択され、データがそれに書込まれ、他の部分に対応する領域が対応して照射される。

本発明による方法は本発明による液晶表示装置を用い、液晶パネルは、光導波路の異なる領域に対応する複数の部分に分割する。この分割は必ずしも物理的とする必要はなく、画素を幾つかの部分集合に組分けるものとみなすことができる。同様な方法では、光導波路を必ずしも物理的に分離した領域に分割する必要はなく、使用する光源がこれら領域の１つを優先的に照射しうるようにする。この目的のために、光導波路と光源とを、各光源が光導波路の１つの領域を、従って、液晶パネルの対応部分を排他的ではなく優先的に照射するように設計する。ここに、“排他的ではなく”とは、表示における不連続な照射を阻止するための円滑な遷移が行なわれることを意味するものである。

動きアーチファクトは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）に基づく表示装置を動きの速い画像及びビデオ情報の双方又はいずれか一方を表示するのに用いる場合のこれら表示装置における周知の問題である。これらの動きアーチファクトは以下の３つの要因の組合せによるものである。
（１）ＬＣＤ画素のアドレス及び、これに続く新たなアドレス状態へのこれら画素の（遅い）緩和現象のモード；
（２）ＬＣＤパネルのバックライティング；
（３）人間の目と人間の脳の視覚中心との特性。

特に、ＬＣＤパネルを連続的にバックライティングすると、ＬＣＤ画素の遅い緩和現象の為に、最初の画像の残像が、次の画像がＬＣＤパネルに書込まれている際に依然として見うるようになってしまう。更に、ＬＣＤ上の動きを表わす画像は、静止画の連続列より成るのに対し、人間の目及び脳は動きを連続的に追従しうる。

本発明の方法によれば、アドレスしているＬＣＤパネルの部分は照射しない。換言すれば、光導波路の照射と、パネル部分のアドレスとを互いに移相させる。

本発明の実施例を以下に図面につき説明する。しかし、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
図１ａは、本発明によるバックライトの平面図を示しており、１ａ及び１ｂが２つの光源であり、２ａ及び２ｂが、破線で示す分割ライン３で分割されている２つの光導波路領域である。

符号４は、このバックライトと一緒にＬＣＤパネルを用いる必要がある場合に、このようなパネルをアドレスする必要のある方向を表わす。

図面では、光源１ａ及び１ｂを２つの別々のユニットとして示してある。しかし、実際には、これら光源を、別々に制御しうる部分を有する１つの大きなユニットとして、例えば、別々に制御しうるＬＥＤより成る１つの大きな群として配置することができる。

光源の寸法は小さくするのが好ましい。その理由は、多くの分野でバックライト全体の寸法が小さくなっている為である。従って、光源１ａ及び１ｂは、ＬＥＤ、例えば、白色光ＬＥＤか又はカラーＬＥＤの群、例えば、補色のカラーＬＥＤの群を有するようにするのが好ましい。ＬＥＤは、細長ラインのＬＥＤの形態で存在させるのが有利である。しかし、陰極蛍光光源又はエレクトロルミネッセンス光源のような他の光源を排除するものではない。

光源１ａ及び１ｂは光導波路領域２ａ及び２ｂに光結合されている。光導波路は、当該技術分野で既知のいかなる光導波路構造にもすることできる。図中、光導波路は分割ライン３により２部分２ａ及び２ｂに分割されている。このラインは、いかなる物理的な分割にも対応させる必要はなく、むしろ、主として光源１ａにより照射される領域２ａと、主として光源１ｂにより照射される領域２ｂとの間の境界を表わすものであることに注意すべきである。

図中の光導波路は２部分２ａ及び２ｂに分割されているが、この光導波路は原理的に、互いに平行ないかなる個数の領域にも分割することができることに注意すべきである。この場合、これに応じた個数の多数の光源を存在させる必要がある。これらの光源は、例えば、連続する一列の光源の形態で存在させることができる。隣接する領域の光源は、これら領域の対辺に存在させるのが有利である。この場合、光源の冷却が改善されるという利点が得られる。

領域２ａ及び２ｂは、バックライトと一緒に用いるべきＬＣＤパネルにおいて画像を形成する方向４に応じて分割されている。このようにすると、アドレスされるパネル中の各画素ラインは、確実にバックライトの１つの同じ領域内に位置するようになる。

図１ｂは、光源１ａ及び１ｂと、光導波路領域２ａ及び２ｂとを他の配置にしたバックライトの平面図である。

光導波路領域２ａ及び２ｂは、図１と同じ配置となっている。しかし、この場合、光源１ａ及び１ｂは、分割ライン３に位置する光導波路領域２ａ及び２ｂの共通エッジを挟んで両側に位置するこれら光導波路領域２ａ及び２ｂのエッジ上に、それぞれ配置されている。この配置の場合、光を到達させる最大距離を表わす、光源１ａ及び１ｂと分割ライン３との間の距離が、図１ａの場合よりも短くなるという利点が得られる。このことは、光源の光度を低くでき、光源を広い範囲のものから選択することができるということを意味する。

図２は、本発明によるバックライトを有する液晶表示装置を示す側面図である。

この液晶表示装置は、分割ライン３で分割された光導波路領域２ａ及び２ｂをそれぞれ照射する光源１ａ及び１ｂを有する。これら光源１ａ及び１ｂは、第１接続ケーブル８によりそれぞれこれら光源に接続された光源制御手段７により制御される。

符号５ａ及び５ｂはそれぞれ、他の分割ライン６で分割された、液晶パネルの第１部分及び第２部分である。これらパネル部分５ａ及び５ｂは、第２接続ケーブル１０によりこれらパネル部分に接続されたパネルアドレス手段９によりアドレスされる。

光導波路領域２ａはパネル部分５ａを照射するものであり、光導波路領域２ｂはパネル部分５ｂを照射するものである。照射が良好に対応して行なわれるようにするために、前記の他の分割ライン６を分割ライン３と整列させる必要がある。分割ライン３及び６の双方に対し、これらを物理的な分割ラインとすることができるが、これらを１つの光導波路又はＬＣＤパネルにおける仮想の境界線とみなすこともできる。

パネルアドレス手段９は、パネル部分５ａ及び５ｂの画素又は結晶をアドレスする作用をする。殆どのアドレスモードによれば、画素は順次のラインの形態でアドレスされる。このようなラインは１つのパネル部分内に完全に位置するのが好ましい。この場合、ラインは図面の平面に対し垂直な方向に延在する。順次のラインによるアドレスモードが好ましいが、ランダムアドレスのような他のアドレスモードを排除するものではない。

光源制御手段７は、光源１ａ及び１ｂをそれぞれ独立に動作させる作用をする。この目的のために、この光源制御手段７にはエネルギー源、例えば、幹線電源と、スイッチとを設けることができる。このスイッチは、そのスイッチング作動と、パネルのアドレス作動とを同期させうる電子回路を有しうる。好ましくは、光源制御手段７とパネルアドレス手段９とを結合させる。

図３ａ及び３ｂは、図２による液晶表示装置の光源１ａ及び１ｂに対する制御信号をそれぞれ示す。

図３ａ及び３ｂは光源の両端間の電圧を示す。ここで、Ｖ_onは光源の照射状態における電圧を表わし、０は光源の非照射状態を表わす。この電圧は、光源の動作原理に応じて電流等に代えることができる。

図３ａは光源１ａの両端間の信号を示し、図３ｂは光源１ｂの両端間の信号を示し、これらの双方の図は同じ時間フレームで示してある。時間ｔ＝０とｔ＝Ｔとの間の時間フレームでは、光源１ａがオフ状態にあり、光源１ｂが照射状態にある。本発明による装置を動作させる方法によれば、この時間フレーム中に、液晶パネル部分５ａがアドレスされている。ｔ＝Ｔとｔ＝２Ｔとの間の時間フレーム中では、第１光源１ａが照射状態にあり、第２光源２ｂがオフ状態にある。この時間フレーム中は液晶パネル部分５ｂがアドレスされている。時間ｔ＝２Ｔからは、光源を交互に照射状態にするとともにパネル部分を交互にアドレスするこのサイクルが、１８０°の移相、すなわち、一般には（３６０°／光導波路領域数）の移相をもって２Ｔの周期で繰返される。

本発明による方法のこの例では、光源の個数、光導波路領域の個数及びパネル部分の個数は各々２である。本発明による方法は、これらの個数が２よりも多い場合でも採用しうる。重要なことは、液晶表示パネルの特定部分のアドレス中、この部分を照射する光源をオフ状態にし、液晶表示パネルの他の部分の全て又は幾つかをこれらのそれぞれの光源により照射することである。

図３ａ及び３ｂでは、各光源のデューティサイクルは５０％である。しかし、デューティサイクルは、以下の理由で４０〜６０％の範囲とするのが有利である。液晶の緩和時間は０ではない。表示画像の精細度を更に改善するには、液晶がその定常状態に緩和された時点からのみパネル部分を照射するのが有利である。例えば、アドレス周波数を６０Hzとした殆どの場合、緩和時間を約０．１Ｔにすれば、すなわち、最小のデューティサイクルを４０％とすれば充分である。このことは、各サイクル中に２度、０．１Ｔにわたる完全に黒色のパネルが生じることを意味し、人間の視覚特性によれば、円滑な画像が知覚されるようになる。

更に、画素の緩和時間が、いかなる問題をも生じない程度に短い場合には、又は表示すべき画像が殆ど或いは全く動きを呈しない場合には、デューティサイクルを６０％まで高めることができる。双方の光導波路領域及びパネル部分の照射間にはある程度の重複がある為、得られる画像が更に円滑となる。

しかし、５０％までのデューティサイクルが好ましい。その理由は、この場合、バックライトを動作させるピーク電力が平均電力の１〜１．２５倍である為である。これにより、バックライトに対するパワーエレクトロニクスを、デューティサイクルが５０％よりも多い場合よりも簡単な構成で廉価にする。

本発明によるバックライトの一実施例の平面図である。 本発明によるバックライトの他の実施例の平面図である。 図１ｂのバックライトを有する液晶表示装置の側面図である。 図１ｂのバックライトの一方の光源に対する制御電圧を示す波形図である。 図１ｂのバックライトの他方の光源に対する制御電圧を示す波形図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 光源
２ａ、２ｂ 光導波路領域
３、６ 分割ライン
４ アドレス方向
５ａ、５ｂ パネル部分
７ 光源制御手段
９ パネルアドレス手段

Claims (9)

1. 光源と、この光源により光導波路のエッジから照射される当該光導波路とを具える液晶表示装置用バックライトであって、前記光導波路は、液晶パネルの対応部分を照射する複数の隣接領域を有している当該バックライトにおいて、前記領域の各々に、ほぼ当該領域を照射するための独立制御可能な光源が設けられていることを特徴とするバックライト。
2. 請求項１に記載のバックライトにおいて、前記複数の隣接領域は、互いに共通エッジを有する第１領域及び第２領域より成っていることを特徴とするバックライト。
3. 請求項２に記載のバックライトにおいて、各領域の光源は、前記共通エッジとは反対側のエッジに設けられていることを特徴とするバックライト。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のバックライトにおいて、少なくとも１つの光源が発光ダイオードを有するか、又は発光ダイオードを主体とする光源を有することを特徴とするバックライト。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のバックライトにおいて、少なくとも１つの光源が陰極蛍光光源を有することを特徴とするバックライト。
6. 液晶パネルと、この液晶パネル用で請求項１〜５のいずれか一項に記載のバックライトとを具えている液晶表示装置。
7. 請求項６に記載の液晶表示装置において、この液晶表示装置が更に、画像データを液晶パネルに書込む第１手段と、バックライトによる前記隣接領域の照射を独立的に制御する第２手段とを具えていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項６又は７に記載の液晶表示装置であって、光導波路がｎ個の領域を有し、液晶パネルが光導波路の前記ｎ個の領域に対応するｎ個の部分を有し、ｎ≧２とした当該液晶表示装置の動作方法において、
   ‐ 光導波路の領域の１つに対応する液晶パネルの部分の１つを選択する工程と、
   ‐ この１つの領域を照射せず光導波路の他の領域の少なくとも１つを照射している間にこの選択した部分に画像データを書込む工程と
   を繰返し有する液晶表示装置の動作方法。
9. 請求項８に記載の液晶表示装置の動作方法において、同じ寸法の２つの領域を有する光導波路を選択し、これら領域の一方に対応する液晶パネルの部分の一方に画像データを書込む工程が時間Ｔを要し、この工程中光導波路の他方の領域が０．８Ｔ及びＴ間の時間中照射されるようにする液晶表示装置の動作方法。

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