JP2005092113A - 液晶表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 バックライトからの光の利用効率を向上できて、消費電力の低減化を図れる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】 各色のサブフレームにおいて、各データ走査に要する時間はサブフレームの２５％とし、２回のデータ走査間の時間もサブフレームの２５％とする。各色のサブフレームにおいて、１回目（前半）のデータ走査での中間タイミングと、２回目（後半）のデータ走査での中間タイミングとの間でバックライトを点灯する。バックライトの点灯時間はサブフレームの５０％であり、バックライトが点灯している時間に対して液晶パネルが透過状態（オン）となっている時間の割合（パネルオン率）は８８％となり、光利用効率が高くなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、表示用光源としてバックライトを有するフィールド・シーケンシャル方式またはカラーフィルタ方式の液晶表示装置に関する。
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。
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。
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アクティブ駆動型のものが広く使用されている。このＴＦＴ駆動の液晶表示装置は、表示品質は高いものの、液晶パネルの光透過率が現状では数％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。
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、より精細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。
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。なお、このような液晶表示装置には、図１４に示すような印加電圧に対してハーフＶ字状の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶、または、図１５に示すような印加電圧に対してＶ字状の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶が液晶材料として一般的に使用されている。
図１６は、従来のフィールド・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しており、図１６（ａ）は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図１６（ｂ）はバックライトの赤，緑，青各色の点灯タイミングを表している。１フレームを３つのサブフレームに分割し、例えば図１６（ｂ）に示すように第１番目のサブフレームにおいて赤色を発光させ、第２番目のサブフレームにおいて緑色を発光させ、第３番目のサブフレームにおいて青色を発光させる。
一方、図１６（ａ）に示すとおり、液晶パネルに対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中に、２回の画像データの書込み走査を行う。１回目のデータ走査にあっては、明るい表示を実現できる極性でのデータ走査を行い、２回目のデータ走査では、１回目のデータ走査とは極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧が印加される。これにより、１回目のデータ走査に比べて暗い表示を実現でき、実質的には”黒表示”と見なせる。
図１７は、従来のフィールド・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しており、図１７（ａ）は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図１７（ｂ）はバックライトの赤，緑，青各色の点灯タイミングを表している。１フレームを分割した各サブフレーム毎に赤色，緑色，青色を順次発光させて、赤，緑，青の各色のサブフレーム中に２回の画像データの書込み走査を行う。但し、図１６の例に比べてデータ走査に要する時間を短くしており、図１６（ｂ）のようにサブフレーム中ずっとバックライトを点灯させておくのではなく、１回目のデータ走査の開始タイミングに同期してバックライトを点灯させて２回目のデータ走査の終了タイミングに同期してバックライトを消灯させるようにして、つまり明るい表示を得るためのデータ走査の開始タイミングと暗い表示を得るためのデータ走査の終了タイミングとの間でバックライトを点灯させて、消費電力の低減化を図っている。
特開平１１−１１９１８９号公報 吉原敏明，他（T.Yoshihara, et. al.）：アイエルシーシー９８ (ILCC 98) P1-074 1998年発行 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 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 TechnicalPapers, ）1176頁 2000年発行
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、携帯機器への搭載のためには更なる消費電力の低減化が求められている。このような消費電力の低減化の要求は、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置だけでなく、カラーフィルタ方式の液晶表示装置についても同様である。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、バックライトからの光の利用効率を向上できて、消費電力の低減化を図れる液晶表示装置を提供することを目的とする。
第１発明に係る液晶表示装置は、所定期間毎に、液晶パネルへ入射される光を出射する光源の点灯制御と前記液晶パネルに対する表示すべき画像データに基づいたデータ走査とを同期させる液晶表示装置において、前記所定期間内における前半の１または複数回のデータ走査と、後半の１または複数回のデータ走査とのそれぞれにおける最初の走査時の対応するタイミングの間で前記光源を点灯するようにしたことを特徴とする。
第１発明の液晶表示装置にあっては、所定期間（１フレームまたは１サブフレーム）内での前半の１または複数回のデータ走査における最初の走査時のあるタイミングと、所定期間（１フレームまたは１サブフレーム）内での後半の１または複数回のデータ走査における最初の走査時の前記タイミングに対応するタイミングとの間で光源（バックライト）を点灯する。よって、以下に説明するように光利用効率が高まって、光源（バックライト）の消費電力の低減化を図れる。
図１８は液晶パネル走査とバックライト点灯期間とにおけるパネルオン率（バックライトが点灯している時間に対して液晶パネルが透過状態（オン）となっている時間の割合）を説明するための図であり、図１８（ａ），（ｂ）は従来例を表し、図１８（ｃ），（ｄ）は本発明例を表している。従来例にあっては、前半のデータ走査の開始タイミングから後半のデータ走査の終了タイミングまでの間にバックライトを点灯している。これに対して本発明例にあっては、前半のデータ走査の中間タイミングから後半のデータ走査の中間タイミングまでの間にバックライトを点灯している。
図１８（ａ）に示す例のように、データ走査に要する時間を１フレームまたは１サブフレームの５０％とした場合、パネルオン率は５０％と低くて、光利用効率が低い。また、図１８（ｂ）に示す例のように、データ走査に要する時間を１フレームまたは１サブフレームの２５％とした場合には、パネルオン率を６７％まで高めることができるが、十分とは言えない。これに対して、本発明によれは、図１８（ｃ）に示す例のように、データ走査に要する時間を１フレームまたは１サブフレームの５０％とした場合にあっても、パネルオン率は７５％と高くなる。更に、図１８（ｄ）に示す例のように、データ走査に要する時間を１フレームまたは１サブフレームの２５％とした場合には、パネルオン率を８８％まで高くすることができる。以上のように、第１発明にあっては、非常に高いパネルオン率を実現できるため、光利用効率を高くできて、消費電力の低減化を図れる。
第２発明に係る液晶表示装置は、第１発明において、前記対応するタイミングはそれぞれの最初の走査の略中間時点であることを特徴とする。
第２発明の液晶表示装置にあっては、光源（バックライト）の点灯開始及び点灯終了のタイミングをデータ走査の略中間時点とする。よって、輝度傾斜が液晶パネルのデータ走査方向上下で略対称になり、光源（バックライト）の点灯開始及び点灯終了のタイミングをデータ走査の中間時点としない場合に比べて、輝度傾斜も小さくなって良好な表示が可能になる。
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、前記前半の１または複数回のデータ走査と、前記後半の１または複数回のデータ走査とでは、前記液晶パネルへの印加電圧の大きさが等しくて極性が異なることを特徴とする。
第３発明の液晶表示装置にあっては、前半の１または複数回のデータ走査と、後半の１または複数回のデータ走査とで、液晶表示素子への印加電圧の大きさを等しくてして極性を異ならせる。よって、液晶への印加電圧の偏りが抑制されて、表示の焼きつきが防止される。
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、前記前半の１または複数回のデータ走査に比べて、前記後半の１または複数回のデータ走査によって暗い表示を得るようにしたことを特徴とする。
第４発明の液晶表示装置にあっては、液晶材料が図１４に示すようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を有する場合、明るい表示を得るための前半の１または複数回のデータ走査の後に、その明るい表示よりも暗い表示を得るための後半の１または複数回のデータ走査を行う。これにより、特にフィールド・シーケンシャル方式にあっては、各色のサブフレームにおいて、明るい表示の後に暗い表示が行われるため、表示の混色を抑制できる。これとは逆に、各色のサブフレームにおいて、暗い表示の後に明るい表示を行った場合には、ライン走査時に、走査の下流に向かうにつれて混色が生じて、所望の表示色とは異なる色が表示されるが、第４発明ではこのようなことを防止できる。
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、前記光源の輝度分布が、データ走査方向に不均一であることを特徴とする。
第５発明の液晶表示装置にあっては、光源（バックライト）の輝度分布をデータ走査方向に不均一にしており、光源（バックライト）の点灯，消灯のタイミングに応じて生じる表示画像の輝度傾斜に応じて光源（バックライト）の輝度分布を調整するため、輝度ムラがない表示画像を実現できる。
第６発明に係る液晶表示装置は、第５発明において、前記光源の輝度が、データ走査方向の中央で最も低く、該走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなっていることを特徴とする。
第６発明の液晶表示装置にあっては、光源（バックライト）の輝度を、データ走査方向の中央で最も低く、データ走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなるようにする。光源（バックライト）の点灯，消灯のタイミングをデータ走査の略中間時点とした場合には輝度傾斜が液晶パネルのデータ走査方向上下で対称となるため、第６発明のようにデータ走査の中央に対応する領域からデータ走査方向の上流及び下流に対応する領域に向かうに従って輝度を高くすることにより、表示画面の輝度ムラを抑制できる。このような光源（バックライト）の輝度分布は、対称であるため、その設計は容易である。
第７発明に係る液晶表示装置は、第５発明において、前記光源の輝度が、データ走査方向の中央で最も低く、該走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなっており、下流側の方で上流側に比べて高くなっていることを特徴とする。
第７発明の液晶表示装置にあっては、光源（バックライト）の輝度を、データ走査方向の中央で最も低く、データ走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなるようにしており、データ走査の上流側に対応する領域よりも下流側に対応する領域の方が高くなるようにしている。液晶材料の応答性を考慮した場合、光源（バックライト）の表示画面に与える影響は、データ走査の上流側に比べて下流側が大きい。そこで、光源（バックライト）の輝度を、走査の上流側より下流側で高くすることにより、表示画面の輝度ムラをより一層抑制できる。
第８発明に係る液晶表示装置は、所定期間毎に、液晶パネルへ入射される光を出射する光源の点灯制御と前記液晶パネルに対する表示すべき画像データに基づいたデータ走査とを同期させる液晶表示装置において、前記所定期間内における前半の１または複数回のデータ走査と、後半の１または複数回のデータ走査とのそれぞれにおける最初の走査時の対応するタイミングの間で前記光源を点灯する第１方式と、前記所定期間内における前半の１または複数回のデータ走査の最初の走査の開始タイミングと、後半の１または複数回のデータ走査の最初の走査の終了タイミングとの間で前記光源を点灯する第２方式とを切り換えるようにしたことを特徴とする。
第８発明の液晶表示装置にあっては、上述した第１発明における第１の表示方式と、従来例として述べたような第２表示方式とを切り換え可能である。よって、ユーザの要望に応じて、消費電力を抑制する第１の表示方式と、表示画像の輝度ムラを抑制する第２の表示方式との切換えを、光源（バックライト）の点灯期間の調整という簡単な処理で行える。
第９発明に係る液晶表示装置は、第１乃至第８発明のいずれかにおいて、前記液晶パネルに使用する液晶材料は自発分極を有することを特徴とする。
第９発明の液晶表示装置にあっては、液晶材料は自発分極を有する材料を使用する。自発分極を有する液晶材料を用いることにより、高速応答が可能となるため、高い動画表示特性を実現でき、フィールド・シーケンシャル方式の表示も容易に実現可能となる。特に、自発分極を有する液晶材料として、自発分極値が小さい強誘電性液晶を用いることにより、ＴＦＴなどのスイッチング素子による駆動が容易となる。
また、本発明の液晶表示装置がフィールド・シーケンシャル方式である場合には、フィールド・シーケンシャル方式にて表示を行うため、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。
また、本発明の液晶表示装置がカラーフィルタ方式である場合には、カラーフィルタ方式にて表示を行うため、カラー表示を容易に実現できる。
本発明では、所定期間（１フレームまたは１サブフレーム）内における前半の１または複数回のデータ走査と、後半の１または複数回のデータ走査とのそれぞれにおける最初の走査時の対応するタイミングの間で光源（バックライト）を点灯するようにしたので、フィールド・シーケンシャル方式、カラーフィルタ方式の液晶表示装置における光利用効率を向上することができ、消費電力の低減化を図った液晶表示装置を実現することができる。
以下、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。
図１は本発明（第１〜第４実施の形態）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、並びに、図３は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
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。バックライト２２は、図２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。図２，図３で示されているように、液晶パネル２１は上層（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。
これら共通電極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。
ガラス基板４上の画素電極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。
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１または複数個のＬＥＤを有する。そして、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。
この液晶パネル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。このバックライト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走査に同期して制御される。
図１において、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には電圧が印加される。
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。
次に、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。
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。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。このように、液晶パネル２１への入射光を出射するバックライト２２（ＬＥＤアレイ７）の点灯制御と液晶パネル２１に対する複数回のデータ走査とを同期させてカラー表示を行っている。
（第１実施の形態）
画素電極４０，４０…（画素数６４０×４８０，対角３．２インチ）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として成膜した。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１．６μｍ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した。この空パネルの配向膜１１，１２間に、図１４に示したようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示すナフタレン系液晶を主成分とする強誘電性液晶材料（例えば、A.Mochizuki,et.al.:Ferroelectrics,133,353(1991) に開示された材料）を封入して液晶層１３とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは６ｎＣ／ｃｍ2 であった。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、強誘電性液晶分子の長軸方向が一方に傾いたときに暗状態になるようにした。
このようにして作製した液晶パネル２１と、赤，緑，青の単色面発光スイッチングが可能なＬＥＤアレイ７を光源としたバックライト２２とを重ね合わせ、図４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った。
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４（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回の書込み走査を行い、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回の書込み走査を行い、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回の書込み走査を行う。各サブフレームにおいて、各データ走査に要する時間はサブフレーム（１／１８０ｓ）の２５％（１／７２０ｓ）とし、また、２回のデータ走査間の時間もサブフレーム（１／１８０ｓ）の２５％（１／７２０ｓ）とした。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した。この結果、２回目（後半）のデータ走査時において、１回目（前半）のデータ走査時と比較して、実質的に黒表示とみなせる暗い表示を得た。
一方、バックライト２２の赤，緑，青各色の点灯は、図４（ｂ）に示すように制御した。各サブフレームにおいて、１回目（前半）のデータ走査と、２回目（後半）のデータ走査とのそれぞれにおける走査時の対応するタイミングの間でバックライト２２を点灯した。即ち、１サブフレーム内での１回目（前半）のデータ走査における中間タイミングと、１サブフレーム内での２回目（後半）のデータ走査における中間タイミングとの間でバックライト２２を点灯した。よって、各サブフレームにおいて、バックライト２２の点灯時間はサブフレーム（１／１８０ｓ）の５０％（１／３６０ｓ）であり、バックライト２２が点灯している時間に対して液晶パネル２１が透過状態（オン）となっているパネルオン率は８８％であった（図１８（ｄ）参照）。
結果として、高精細、高速応答、高色純度表示を実現できた。画面輝度は、液晶パネル２１のデータ走査方向の中央部において約１８０ｃｄ／ｃｍ2 、その上端において約１３５ｃｄ／ｃｍ2 、その下端において約１２５ｃｄ／ｃｍ2 であった。このとき、バックライト２２の消費電力は０．９Ｗであった。よって、高輝度の表示及び消費電力の低減を実現できている。
（第１比較例）
第１実施の形態と同様に作製した液晶パネルと、第１実施の形態と同様なバックライトとを重ね合わせ、前述した図１７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った。
図１７（ａ）に示すように、各サブフレームにおける２回のデータ走査は第１実施の形態（図４（ａ）参照）と同じである。一方、バックライトの赤，緑，青各色の点灯は、図１７（ｂ）に示すように制御した。各サブフレームにおいて、１回目（前半）のデータ走査の開始タイミングと２回目（後半）のデータ走査の終了タイミングとの間でバックライトを点灯した。よって、各サブフレームにおいて、バックライトの点灯時間はサブフレーム（１／１８０ｓ）の７５％（１／２４０ｓ）であり、バックライトが点灯している時間に対して液晶パネルが透過状態（オン）となっているパネルオン率は６７％であった（図１８（ｂ）参照）。
結果として、第１実施の形態と同様に、高精細、高速応答、高色純度表示を実現できた。画面輝度は、液晶パネルの全域において約１８０ｃｄ／ｃｍ2 であった。このとき、バックライトの消費電力は１．４Ｗであり、第１実施の形態に比べて大きな消費電力を必要とした。
（第２実施の形態）
第１実施の形態と同様に作製した液晶パネル２１と、第１実施の形態と同様なバックライト２２とを重ね合わせ、図５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った。
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５（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４回の書込み走査を行い、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４回の書込み走査を行い、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４回の書込み走査を行う。各サブフレームにおいて、各データ走査に要する時間はサブフレーム（１／１８０ｓ）の２５％（１／７２０ｓ）とし、前のデータ走査の終了タイミングと次のデータ走査の開始タイミングとが一致するようにした。なお、各サブフレームでの４回のデータ走査において、１，２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、３，４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した。この結果、後半の２回のデータ走査時において、前半の２回のデータ走査時と比較して、実質的に黒表示とみなせる暗い表示を得た。
一方、バックライト２２の赤，緑，青各色の点灯は、図５（ｂ）に示すように制御した。各サブフレームにおいて、前半の２回のデータ走査での最初のデータ走査と、後半の２回のデータ走査での最初のデータ走査とのそれぞれにおける走査時の対応するタイミングの間でバックライト２２を点灯した。即ち、１サブフレーム内での前半の２回のデータ走査での最初のデータ走査（１回目のデータ走査）における中間タイミングと、１サブフレーム内での後半の２回のデータ走査での最初のデータ走査（３回目のデータ走査）における中間タイミングとの間でバックライト２２を点灯した。よって、各サブフレームにおいて、バックライト２２の点灯時間はサブフレーム（１／１８０ｓ）の５０％（１／３６０ｓ）であり、バックライト２２が点灯している時間に対して液晶パネル２１が透過状態（オン）となっているパネルオン率は８８％であった。
結果として、高精細、高速応答、高色純度表示を実現できた。第１実施の形態に比べてデータ走査の回数を増やしたことにより、画面輝度は、液晶パネル２１のデータ走査方向の中央部において約２２０ｃｄ／ｃｍ2 、その上端において約１６５ｃｄ／ｃｍ2 、その下端において約１５５ｃｄ／ｃｍ2 となって向上した。このとき、バックライト２２の消費電力は０．９Ｗであった。よって、高輝度の表示及び消費電力の低減を実現できている。
（第２比較例）
第１実施の形態と同様に作製した液晶パネルと、第１実施の形態と同様なバックライトとを重ね合わせ、図６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った。
図６（ａ）に示すように、各サブフレームにおける４回のデータ走査は第２実施の形態（図５（ａ）参照）と同じである。一方、バックライトの赤，緑，青各色の点灯は、図６（ｂ）に示すように制御した。各サブフレームにおいて、１回目のデータ走査の開始タイミングと３回目のデータ走査の終了タイミングとの間でバックライトを点灯した。よって、各サブフレームにおいて、バックライトの点灯時間はサブフレーム（１／１８０ｓ）の７５％（１／２４０ｓ）であり、バックライトが点灯している時間に対して液晶パネルが透過状態（オン）となっているパネルオン率は６７％であった。
結果として、第２実施の形態と同様に、高精細、高速応答、高色純度表示を実現できた。画面輝度は、液晶パネルの全域において約２２０ｃｄ／ｃｍ2 であった。このとき、バックライトの消費電力は１．４Ｗであり、第２実施の形態に比べて大きな消費電力を必要とした。
（第３実施の形態）
第１実施の形態と同様の工程で作製した空パネルの配向膜１１，１２間に、図１４に示したようなハーフＶ字状の電気光学応答特性を示す単安定型の強誘電性液晶材料（例えば、クラリアントジャパン製のＲ２３０１）を封入して液晶層１３とした。封入した強誘電性液晶材料の自発分極の大きさは６ｎＣ／ｃｍ2 であった。液晶材料をパネルに封入した後、コレステリック相からカイラルスメクチックＣ相の転移点を挟んで１０Ｖの電圧を印加することで、一様な液晶配向状態を実現した。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、電圧無印加時に暗状態になるようにした。
このようにして作製した液晶パネル２１と、第１実施の形態と同様なバックライト２２とを重ね合わせ、第１実施の形態と同じ図４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った。
各サブフレームにおけるバックライト２２の点灯タイミングは第１実施の形態（図４（ｂ））と同じであるが、バックライト２２の輝度分布を、データ走査方向に均一でなく不均一にしている。具体的には、図７に示すように、バックライト２２の輝度が、データ走査方向の中央で最も低く、データ走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなるようにしている。このバックライト２２の輝度分布は、データ走査方向の中央において対称であり、上流端及び下流端での輝度は等しくなっている。このような輝度分布の不均一は、導光及び光拡散板６における反射特性を調整して実現している。なお、これとは異なり、ＬＥＤアレイ７のＬＥＤ素子の配置を調整することにより、輝度分布の不均一を実現してもよい。
結果として、高精細、高速応答、高色純度表示を実現できた。画面輝度は、液晶パネル２１のデータ走査方向の中央部において約１６０ｃｄ／ｃｍ2 、その上端において約１６０ｃｄ／ｃｍ2 、その下端において約１５０ｃｄ／ｃｍ2 であった。このとき、バックライト２２の消費電力は０．９Ｗであった。よって、高輝度の表示及び消費電力の低減を実現できている。また、第１，第２実施の形態に比べて、輝度ムラを抑制できている。
（第４実施の形態）
第３実施の形態と同様に作製した液晶パネル２１と、第１実施の形態と同様なバックライト２２とを重ね合わせ、第２実施の形態と同じ図５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った。
各サブフレームにおけるバックライト２２の点灯タイミングは第２実施の形態（図５（ｂ））と同じであるが、そのバックライト２２の輝度分布をデータ走査方向で不均一にしている。具体的には、図８に示すように、バックライト２２の輝度が、データ走査方向の中央で最も低く、データ走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなるようにしており、更に、データ走査の上流側に対応する領域よりも下流側に対応する領域の方で高くなるようにしている。このバックライト２２の輝度分布は、データ走査方向の中央において非対称であり、下流端での輝度は上流端での輝度より高くなっている。なお、このような輝度分布の不均一は、第２実施の形態と同様に、導光及び光拡散板６における反射特性の調整またはＬＥＤアレイ７のＬＥＤ素子の配置の調整によって実現される。
結果として、高精細、高速応答、高色純度表示を実現できた。画面輝度は、液晶パネル２１のデータ走査方向の中央部において約２００ｃｄ／ｃｍ2 、その上端において約２００ｃｄ／ｃｍ2 、その下端において約２００ｃｄ／ｃｍ2 であった。このとき、バックライト２２の消費電力は０．９Ｗであった。よって、高輝度の表示及び消費電力の低減を実現できている。また、第１，第２，第３実施の形態に比べて、輝度ムラを抑制できている。
（第５実施の形態）
図９は、第５実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。図９において図１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。
第５実施の形態にあっては、上述した第１〜第４実施の形態のようにバックライト２２の点灯タイミングを制御する第１表示方式、及び、上述した第１，第２比較例（従来例）のようにバックライト２２の点灯タイミングを制御する第２表示方式を実行することができ、これらの第１表示方式と第２表示方式とが、切換え部５１へのユーザの操作入力により切換えられるようになっている。よって、消費電力を抑制する第１表示方式と、表示画像の輝度ムラを抑制する第２表示方式との切換えを、バックライト２２の点灯タイミングの切換えによって容易に行える。
なお、上述した例では、１回あたりのデータ走査の１サブフレームに占める時間の割合を２５％としたが、この時間の割合を更に小さくして、データ走査間の時間を長くすることにより、なお一層の光利用効率の向上と、なお一層の輝度ムラの抑制とを図ることができる。
図１０，図１１は、このような場合の駆動シーケンスの例を示す図である。図１０に示す例は、第１または第３実施の形態（図４参照）を改善させたものであり、各データ走査に要する時間を１サブフレーム（１／１８０ｓ）の２５％より小さくすることによって、パネルオン率を８８％より更に高くすることが可能である。また、図１１に示す例は、第２または第４実施の形態（図５参照）を改善させたものであり、各データ走査に要する時間を１サブフレーム（１／１８０ｓ）の２５％より小さくすることによって、パネルオン率を８８％より更に高くすることが可能である。
なお、上述した例では、ハーフＶ字状の電気光学応答特性を有する液晶材料を用いる場合について説明したが、図１５に示すようなＶ字状の電気光学応答特性を有する液晶材料を用いる場合についても本発明を同様に適用できることは勿論である。このような場合にも、各サブフレームにあって、前半の１または複数回のデータ走査時に各画素の液晶に印加される電圧と、後半の１または複数回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が、Ｖ字状の電気光学応答特性を有する液晶材料を用いるため、後半のデータ走査時において、前半のデータ走査時と比較して、略同じ明るさの表示が得られる。
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、フィールド・シーケンシャル方式におけるサブフレームでの駆動シーケンスを、カラーフィルタ方式におけるフレームに適用することにより、本発明を同様に行えるからである。
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１つまたは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。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。
そして、図１３に示すような駆動シーケンス（各フレームにおいて、１回目（前半）のデータ走査の中間タイミングから２回目（後半）のデータ走査の中間タイミングまでの間にバックライト２２を点灯）に従ってカラー表示を行うことにより、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、バックライトからの光の利用効率を向上できて、消費電力の低減化を図ることができるという効果を奏する。また、フィールド・シーケンシャル方式で説明した上述の全ての実施の形態をカラーフィルタ方式の液晶表示装置にも適用できることは勿論である。
第１〜第４実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。 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液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。 液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。 第１，第３実施の形態の液晶表示装置における駆動シーケンスを示す図である。 第２，第４実施の形態の液晶表示装置における駆動シーケンスを示す図である。 従来例（第２比較例）の液晶表示装置における駆動シーケンスを示す図である。 第３実施の形態の液晶表示装置におけるバックライトの輝度分布を示す図である。 第４実施の形態の液晶表示装置におけるバックライトの輝度分布を示す図である。 第５実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。 本発明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。 本発明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。 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。 カラーフィルタ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。 液晶材料の電気光学応答特性の一例を示す図である。 液晶材料の電気光学応答特性の他の例を示す図である。 従来例の液晶表示装置における駆動シーケンスを示す図である。 従来例（第１比較例）の液晶表示装置における駆動シーケンスを示す図である。 液晶パネル走査とバックライト点灯期間とによるパネルオン率を示す図である。
符号の説明
６ 導光及び光拡散板
７ ＬＥＤアレイ
１３ 液晶層
２１ 液晶パネル
２２ バックライト
３２ データドライバ
３３ スキャンドライバ
３５ バックライト制御回路
４１ ＦＥＴ
５１ 切換え部
７０ 白色光源

Claims (9)

  1. 所定期間毎に、液晶パネルへ入射される光を出射する光源の点灯制御と前記液晶パネルに対する表示すべき画像データに基づいたデータ走査とを同期させる液晶表示装置において、前記所定期間内における前半の１または複数回のデータ走査と、後半の１または複数回のデータ走査とのそれぞれにおける最初の走査時の対応するタイミングの間で前記光源を点灯するようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
  2. 前記対応するタイミングはそれぞれの最初の走査の略中間時点であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 前記前半の１または複数回のデータ走査と、前記後半の１または複数回のデータ走査とでは、前記液晶パネルへの印加電圧の大きさが等しくて極性が異なることを特徴とする請求項１または２記載の液晶表示装置。
  4. 前記前半の１または複数回のデータ走査に比べて、前記後半の１または複数回のデータ走査によって暗い表示を得るようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の液晶表示装置。
  5. 前記光源の輝度分布が、データ走査方向に不均一であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液晶表示装置。
  6. 前記光源の輝度が、データ走査方向の中央で最も低く、該走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなっていることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
  7. 前記光源の輝度が、データ走査方向の中央で最も低く、該走査方向の中央から上流及び下流に向かうにつれて高くなっており、下流側の方で上流側に比べて高くなっていることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
  8. 所定期間毎に、液晶パネルへ入射される光を出射する光源の点灯制御と前記液晶パネルに対する表示すべき画像データに基づいたデータ走査とを同期させる液晶表示装置において、前記所定期間内における前半の１または複数回のデータ走査と、後半の１または複数回のデータ走査とのそれぞれにおける最初の走査時の対応するタイミングの間で前記光源を点灯する第１方式と、前記所定期間内における前半の１または複数回のデータ走査の最初の走査の開始タイミングと、後半の１または複数回のデータ走査の最初の走査の終了タイミングとの間で前記光源を点灯する第２方式とを切り換えるようにしたことを特徴とする液晶表示装置。
  9. 前記液晶パネルに使用する液晶材料は自発分極を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の液晶表示装置。
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