JP2005128561A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
動画像をぼけることなく表示する液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】
複数のランプを有する照明装置７をａ領域，ｂ領域，ｃ領域に分割し、それぞれの領域に対応する液晶表示部２が応答したとき、照明ドライバ６によって一定時間後に当該領域に対応する照明装置の領域のランプの点灯を開始し、一定時間後にランプを消灯する。
【選択図】図１

Description

本発明は液晶表示装置に関し、特にアクティブマトリクス型液晶表示装置に関する。

従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置においては、ツイスティッドネマティック方式，横電界方式及びＭＶＡ（Multidomain Vertical Alignment）方式などネマティック液晶を用いた方式が用いられている。これら液晶表示装置における表示方式はいずれも映像信号の１周期である１フレームの期間の間、同じ画像を出しつづける「ホールド型」とよばれる表示方式を採用している。

このホールド型の液晶表示装置に動画を表示すると刻々と動いている画像が、ある位置にずっとあるものとして１フレームの間表示される。すなわち、表示としては１フレーム中のある瞬間には正しい位置にある画像を表示するが、別の時間には実際にその時点で存在する位置とは異なる場所にある画像を表示することになる。人間はそれらの画像を平均化して見るため、像がぼけてしまう。

この問題を解決するために、液晶パネル全体を走査して液晶を応答させ、その後に照明装置を点灯することによって、上述の平均化によるぼけをなくす技術がある（K. Sueoka et al，IDRC '９７ pp２０３−２０６(１９９８)）。

しかしながら、上述の従来技術では液晶パネル全面を走査し、且つパネル全面の液晶が応答した後照明装置を点灯するため、走査時間及び液晶の応答時間を著しく上げる必要がある。また、照明装置の点灯時間が短いため、従来と同等な輝度を達成するには発光強度を上げる必要がある。そのためには管電流が増し照明装置の寿命が短くなる等の問題があった。

本発明の目的はこのような問題を防止し、動画表示可能なアクティブマトリクス型液晶表示装置を提供することにある。

本発明では、上記目的を達成するために、少なくとも一方が透明な一対の基板と、前記一対の基板間に挟持された液晶層と、電界を前記液晶層に印加するために前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板に形成された複数の電極及び該電極に接続されたアクティブ素子と、複数の領域に分割され、各領域に光源を有する照明装置と、前記一対の基板の一方に形成されるカラーフィルタ層と、前記照明装置の前記領域の走査が終了し、かつ、該領域に対応する液晶表示部の透過率が飽和状態になった後、前記領域における光源を点灯するよう前記照明装置を制御する制御装置と、を有する構成をとる。

以上のような構成とすることにより、動画を違和感なく表示できる液晶表示装置を簡便に提供できる。

以下本発明について詳細に説明する。

［実施例１］
図１は液晶表示装置全体の構成を示したものである。本液晶表示装置は、液晶コントローラ１，液晶表示部２，走査ドライバ（走査電極駆動回路）３，映像ドライバ（画素電極駆動回路）４，電源回路５，照明ドライバ（照明制御回路）６，照明装置７から構成されている。この構成において、液晶表示部２は照明装置７の上に配置されており、動画像のぼけを防止するために照明装置７を複数の領域に分割し、それぞれの領域毎に液晶表示部２を照射するように照明ドライバ６が照明装置７を制御する。以下、液晶表示装置の各部の構成について説明する。

まず液晶表示部２について説明する。図２は液晶表示部２の１画素の正面図を示したものである。また、図３は図２のＡ−Ａ′の部分を切断した際の断面図を示したものである。ガラス基板２０の上にＡｌからなる共通電極２１及び走査信号電極２２が形成され、更にその表面はアルミナ膜２３で被覆されている。また、それらの電極の上にＳｉＮからなるゲート絶縁膜２４が形成され、更にその上に非晶質Ｓｉ(ａ−Ｓｉ)膜２５，ｎ型ａ−
Ｓｉ膜２６，Ａｌ／Ｃｒからなる映像信号電極２７及び画素電極２８からなるＴＦＴ
（Thin Film Transistor）が形成されている。また、更にその上層には、ＳｉＮからなる保護膜２９が形成され、更にその上層には配向膜３０が形成されている。画素は映像信号電極２７と共通電極２１及び画素電極２８によって４つの領域に分割されている。また、画素電極２８は共通電極２１と一部重なり合い、保持容量を形成している。この基板に対向するカラーフィルタ側基板は、対向ガラス基板３１上にブラックマトリクス３２が形成されその上にカラーフィルタ層３３が形成されている。さらにその上にはカラーフィルタ用保護層３４が形成されている。さらにその上層には配向膜３０が形成されている。上下の配向膜の間には液晶層３５がある。また、ガラス基板２０及び対向ガラス基板３１の液晶層に対して反対側にはランプ３６が配置されている。

次に、図４に示した偏光板の透過軸方向４０は一方に基板側が液晶長軸方向４１と平行になるようにし、もう一方の基板に配置された偏光板の透過軸方向４０が液晶長軸方向
４１と直角になるようにした。このような配置にすることにより、いわゆるノーマリクローズの特性が得られる。

再び、図１に戻り各部の説明を行う。

液晶コントローラ１は、外部から信号を取り込み、液晶表示部２に表示するためのデータＤ０〜Ｄ７，Ｄ１０〜１７，Ｄ２０〜２７（これは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれのデータを転送するためである。），水平同期信号ＨＳＹＮＣ，垂直同期信号ＶＳＹＮＣを出力する。

液晶コントローラ１は入力される信号によってその構成が異なる。まず、液晶コントローラ１にアナログ信号が入力される場合について説明する。この場合、アナログ信号は液晶表示部で表示するための映像信号と、１画面毎の映像信号の開始を示す映像開始信号が重畳されている。液晶コントローラ１は、Ａ／Ｄ変換器を内蔵し、重畳されたアナログ信号から映像信号を取り出して、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換してＤ０〜Ｄ７，Ｄ10〜１７，Ｄ２０〜２７として出力する。また、アナログ信号の映像開始信号を垂直同期信号ＶＳＹＮＣとして出力するとともに、Ａ／Ｄ変換器でのサンプリングクロックを水平同期信号ＨＳＹＮＣとして出力する。

液晶コントローラ１に入力される信号がデジタル信号である場合は、この信号は外部の演算処理装置によって生成されたデータが入力される。この場合、外部の演算処理装置は垂直同期信号ＶＳＹＮＣ，水平同期信号ＨＳＹＮＣに基づいて演算を実行するため、液晶コントローラ１は、データＤ０〜Ｄ７，Ｄ１０〜１７，Ｄ２０〜２７，垂直同期信号
ＶＳＹＮＣ，水平同期信号ＨＳＹＮＣを入力とするので、この入力したデータＤ０〜Ｄ７，Ｄ１０〜１７，Ｄ２０〜２７，垂直同期信号ＶＳＹＮＣ，水平同期信号ＨＳＹＮＣをそのまま出力する。

液晶コントローラ１から出力された垂直同期信号ＶＳＹＮＣ，水平同期信号ＨＳＹＮＣは走査ドライバ３に入力される。走査ドライバ３では、入力された垂直同期信号VSYNC，水平同期信号ＨＳＹＮＣとを入力し、シフトレジスタ８によって液晶表示部２の走査電極毎の信号を生成し、レベルシフト回路９によってそれぞれの走査電極毎の信号のレベルを決定し、走査電極の信号を出力する。

映像ドライバ４は、液晶コントローラ１から出力されたデータＤ０〜Ｄ７，Ｄ１０〜
１７，Ｄ２０〜２７と水平同期信号ＨＳＹＮＣとを入力する。データＤ０〜Ｄ７，Ｄ１０〜１７，Ｄ２０〜２７はシフトレジスタ１０に入力され、１ライン分のデータとしてラインメモリ１１に入力される。次にレベルシフト回路１２によってレベルが決定され、Ｄ／Ａ変換器１３によってアナログ信号に変換される。変換されたアナログ信号は液晶表示部２のそれぞれの画素電極への信号として出力される。

図５は照明装置２の断面図を示したものである。照明装置７は液晶表示部２に接する上部には光拡散板５０があり、その下には複数のランプ５１が設置されている。この、ランプ５１の下部には光反射板５２が設置されている。この照明装置７は図１に示す照明ドライバによって制御される。

照明ドライバ６は、電源回路５及び照明装置７と接続され、動画表示の場合に発生するぼけを防止するために照明装置７のランプの点灯，消灯を制御するものである。ここでは、照明装置７を領域ａ，領域ｂ，領域ｃの３つの領域に分割し、それぞれの領域毎のランプの点灯，消灯を制御する。

図６は照明ドライバ６の構成を示したものである。照明ドライバ６は、カウンタ６１，６２，６３、パルス発生器６４，６５，６６、スイッチ６７，６８，６９、インバータ
７０，７１，７２から構成されている。カウンタ６１，６２，６３はそれぞれ水平同期信号ＨＳＹＮＣを入力し、この水平同期信号ＨＳＹＮＣのパルスの数をカウントする。それぞれのカウンタがカウントする数については後述する。また、カウンタ６１は垂直同期信号ＶＳＹＮＣを、カウンタ６２はカウンタ６１の出力信号を、カウンタ６３はカウンタ
６２の出力信号をカウントを開始するための信号として入力する。パルス発生器６４，
６５，６６は、それぞれカウンタ６１，６２，６３の出力を受けると予め定めた時間の間Ｈｉレベルの信号を出力する。スイッチ６７，６８，６９はパルス発生器６４，６５，
６６からの信号がＨｉレベルの時に、ＯＮ状態となり、これにより電源回路からの電源がインバータ７０，７１，７２に入力され、それぞれの領域のランプが点灯する。

図７は、水平同期信号ＨＳＹＮＣ，垂直同期信号ＶＳＹＮＣ，インバータ７０，７１，７２の出力を示したものである。ここでは、垂直同期信号ＶＳＹＮＣの周期を１６.６ms、水平同期信号ＨＳＹＮＣの周期を１５μｓとし、また８００画素×６００画素の液晶表示部２の全面を走査するのに９ｍｓ、液晶の中間調での応答時間が９ｍｓかかる場合について説明する。本発明では、照明装置を３つの領域に分割しており、それぞれの領域の照明は、対応する液晶表示部２の走査が開始されてから、その領域の走査が終了し、且つ液晶が応答した後に点灯するように制御する。そのために表示装置の領域ａでは走査が開始されてから１２ｍｓ後、４.６ｍｓの間点灯する。また領域ｂでは１５ｍｓ後、４.６ｍｓの間点灯し、領域ｃでは１８ｍｓ後、４.６ｍｓの間点灯する。

これを実現するために、カウンタ６１は８００個の水平同期信号をカウントした時に出力信号を出力する。同様にカウンタ６２はカウンタ６１が出力信号を出した後に２００個の水平同期信号をカウントした時に出力信号を出力し、カウンタ６３はカウンタ６２が出力信号を出力した後に２００個の水平同期信号をカウントした時に出力信号を出力する。また、各パルス発生器６４，６５，６６はそれぞれのカウンタの出力信号を受けて４.６ｍｓの間、Ｈｉレベルの信号を出力するようにする。

図８は、この場合の液晶表示部２の透過率と照明装置７の輝度との関係を示したものである。液晶表示部２の透過率は各領域の平均値を示したものである。このように照明装置７の各領域のランプは、液晶表示部２の透過率が飽和状態のなった後に点灯されるように制御される。

このような条件で、静止画を視角速度１０度／秒の速度で動かした動画を表示させても、特に画像のぼけはまったく感じられないものとすることができる。

本実施例では照明装置７は直下式のバックライトを用いているが、それに限定させるものではなく、通常のサイド式のバックライト等も用いることができる。

［実施例２］
本実施例は、照明装置７として図９に示したような構成の装置を用いたものである。この構成以外は実施例１とまったく同一である。図９に示した照明装置７の特徴は、独立に点灯する場所の境界部にも拡散板にほぼ接するような光反射板８０を設けたことである。このような照明装置を用いた液晶表示装置に実施例１と同様に静止画を視角速度１０度／秒の速度で動かしても、画像のぼけはまったく感じられないものとすることができる。また、実施例１では若干見られる、照明装置の境目でのコントラストの低下もまったく感じられないものとすることができる。

［実施例３］
本実施例は照明装置７をランプを点滅させる代わりに、ランプ上部に設置したシャッタを開閉するようにしたものである。図１に示した照明ドライバの出力は、ランプの上部に設置したシャッタへの入力となり、また照明装置７の各ランプは電源回路５からの電源が供給され、常時点灯状態となる。

図１０に照明装置７の構成を示す。照明装置７は、光拡散板５０と複数のランプ３６及び反射板３７から構成されている。更に、光拡散板５０とランプ５１との間には、領域ａ，ｂ，ｃ毎にシャッタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃが設けられている。このシャッタ４１ａ，４１ｂ，４１ｃは強誘電性液晶を用いた液晶パネルより構成されており、照明ドライバ６の出力と接続されている。照明ドライバ６からの出力により、液晶パネルに電圧が印加されると白表示となりランプの光が液晶表示部２に照射される。尚、図６に示した照明ドライバ６は高電圧を出力する構成となっているため、本実施例で用いる場合には低電圧を出力するようにする。この場合、電源回路からの低電圧をそのまま出力するようにすれば簡単に実現することができる。

また、電圧を印加していないときに白表示となるシャッタを用いる場合には照明ドライバ６の出力に反転回路を設ける必要がある。

このように照明装置７にシャッタを設け、これを開閉することにより光の照射を制御する本実施例の液晶表示装置で実施例１と同様な動画像の評価を行うと、画像のぼけはまったく感じられないものとなる。また、この構成ではランプを点滅させないためランプの寿命を長くすることができる。実施例１ではランプ寿命が約５０００時間であったが、本実施例では約８０００時間となり、ランプの長寿命化が可能となる。尚、ここではメモリの機能を有する強誘電性の液晶材料を用いたものについて説明したが、応答速度が早いものであれば同様の効果を達成することができる。その場合、印加する電圧によってシャッタの開度を調整することができるものであれば、光センサを液晶表示装置に設けたり、あるいは可変抵抗器を液晶表示装置に設け、この光センサの出力によって電源回路からの電圧を変換させたり、または可変抵抗器によって電圧を変化させれば、周囲の光量によってシャッタの開度を調整することができる。この場合、シャッタは、光量を調整する装置となる。

［実施例４］
本実施例は照明装置７として面発光型素子を用い、また照明装置の分割数を６としたものである。

図１１は照明ドライバ６と照明装置７の構成を示したものである。照明ドライバ６はカウンタ１１０〜１１５，パルス発生回路１１６〜１２１，スイッチ１２３〜１２８から構成されており、これらの動作は図６で示したものと同じである。つまり、カウンタ１１０〜１１５は水平同期信号ＨＳＹＮＣを入力し、この水平同期信号ＨＳＹＮＣのパルスの数をカウントする。また、カウンタ１１０は垂直同期信号ＶＳＹＮＣを、カウンタ１１１〜１１５はそれぞれ前段のカウンタの出力信号をカウントを開始するための信号としている。パルス発生回路１１６〜１２１は、それぞれのカウンタ１１０〜１１５の出力信号を受けて一定時間Ｈｉレベルの信号を出力する。スイッチ１２３〜１２８はパルス発生回路
１１６〜１２１からの信号がＨｉレベルの間、電源回路５からの電源を出力する。照明装置７は複数の面発光素子１２９〜１３４から構成されている。それぞれの面発光素子129〜１３４は、照明ドライバ６のスイッチ１２３〜１２８から出力される電源によって光を発光する。

この図１１に示した照明ドライバ６の各部の条件について説明する。全面を走査するための時間が１６.２ｍｓ 、液晶表示部２の応答時間を実施例１と同様に中間調で９ｍｓとした場合、領域ａにおいては液晶表示部の走査を開始してから１１.７ｍｓ 後に面発光型発光素子１２９が発光を開始し、その４.９ｍｓ の後に発光が終了するようにする。場所ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆについては液晶表示部の走査を開始してからそれぞれ１４.４ｍｓ,
１７.１ｍｓ,１９.８ｍｓ,２２.５ｍｓ，２５.２ｍｓ 後に発光を開始し、それぞれ４.９ｍｓ後に発光が終了するようにする。このために、カウンタ１１０は垂直同期信号VSYNCを受けてから水平同期信号ＨＳＹＮＣのパルスを５８５個カウントした時に出力信号を出力する。またカウンタ１１１〜１１５はそれぞれ前段のカウンタの出力信号を受けてから
１３５個の水平同期信号ＨＳＹＮＣのパルスをカウントした時に出力信号を出力する。また、パルス発生回路１１６〜１２１は４.９ｍｓ の間、Ｈｉレベルの信号を出力するようにする。

図１２は、照明ドライバ６の動作を示したものである。

本実施例の液晶表示装置を用いて実施例１と同様に静止画を移動させて表示したところ、画像のぼけはまったく感じられなかった。本実施例の分割数は６であるが、これに限定されるものではない。本実施例のように分割数を上げると全面の走査時間を長くすることができる。したがって、大画面高精細化のような１選択時間が必然的に短くなる場合にはさらに分割数を上げることが有効である。本実施例のような面発光型素子や実施例３で用いたシャッタ付きの照明装置を用いると、このような分割数の増大が容易となり、１選択時間を長くすることができる。また、本実施例のような面発光型素子を用いると、実施例１，２，３のように拡散板やランプを用いる必要がなくなり、照明部を薄型化できるようになる。本実施例の面発光型素子としては、ＥＬ素子や面発光蛍光管を用いることができる。また、ＬＥＤを敷き詰めたものも使用可能である。但しその場合には、拡散板が必要となる。

これまでの実施例ではいわゆる横電界方式を表示方式としているが、表示方式はこれに限定されるものではまったくない。ツイステッドネマティック方式やＭＶＡ方式，
Optically Compensated bend cell(ＯＣＢ）などを用いても同様な表示が可能である。

［実施例５］
本実施例は、動画像を表示する場合と静止画像を表示する場合とを切り替えて使用できるようにした液晶表示装置について説明する。

図１３は、動画像と静止画像とを切り替えて表示する液晶表示装置の構成を示したものである。本液晶表示装置は、液晶コントローラ１３０，液晶表示部２，走査ドライバ３，映像ドライバ４，電源回路５，照明ドライバ１３２，照明装置７から構成されている。液晶表示部２，走査ドライバ３，映像ドライバ４，照明装置７については実施例１で説明したものと同様のものである。液晶コントローラ１３０は、外部から入力信号を受けて、この信号が動画画像かを検出する動画像検出器１３１を内蔵している。この動画像検出器
１３１は前に入力された１フレームの映像信号と、現在入力された１フレームの映像信号とを比較する。前に入力された１フレームの映像信号と、現在入力された１フレームの映像信号との差が所定値よりも大きい場合、動画像が入力されたと判断し、信号線１３３に信号を出力する。尚、ここでは現在の映像信号とその前に入力された映像信号との２つの映像信号を比較しているが、更に前に入力された映像信号との比較を行ってもよい。このように液晶コントローラ１３０の動画像検出器１３１の検出結果は、信号線１３３を介して照明ドライバ１３２へ入力される。

図１４は照明ドライバ１３２の構成を示したものである。この照明ドライバ１３２はカウンタ６１〜６３，パルス発生回路６４〜６６，スイッチ６７〜６９，インバータ７０〜７２より構成されている。ここで、カウンタ６１〜６３，パルス発生回路６４〜６６の動作は図６で説明したものと同じである。スイッチ６７〜６９は、パルス発生回路６４〜
６６と接続されるほか、更に液晶コントローラ１３０の動画像検出器１３１の信号線133と反転回路１４０，ダイオード１４１〜１４３を介して接続されている。スイッチ６７〜６９の動作について説明する。動画像検出器１３１は動画像を検出したときに信号線133に信号を出力する。照明ドライバ１３２は、信号線１３３からの信号を反転回路１４０で反転するので、低レベルとなり、スイッチ６７〜６９は動作しない。つまり、動画検出器１３１で検出された場合、スイッチ６７〜６９はパルス発生回路６４によって制御される。一方、動画像検出器１３１で動画像が検出されていない場合は、信号線１３３には信号が出力されない。照明ドライバ１３２では、反転回路１４０により高レベルの信号となり、スイッチ６７〜６９がＯＮ状態となる。つまり、動画検出器１３１で動画像が検出されていない場合は、スイッチ６７〜６９がＯＮ状態となり、照明ドライバ１３２から照明装置７に対して出力されることになる。このようにすれば静止画像を入力している間は、常にスイッチ６７〜６９が常にＯＮ状態となる。

本実施例のような構成を用いると必要なときのみ動画対応化するので、使用時の消費電力が抑えられる。静止画像表示時の照明装置の消費電力は動画像表示時の消費電力の約１／４であった。本実施例のような動画像・静止画像の切り替え信号は本実施例のような検出器を用いる必要は必ずしもなく、パーソナルコンピュータ内のＴＶチューナを起動したあるいは動画ＣＤＲＯＭを起動した、動画再生ソフトが起動したなどの信号を入力し、切り替えても良い。

液晶表示装置の構成を示した図である。 液晶表示部の正面図を示したものである。 液晶表示部の断面図を示したものである。 偏光板の透過軸方向と液晶長軸方向との関係を示したものである。 照明装置の構成を示した図である。 照明ドライバの構成を示した図である。 図６に示した照明ドライバの動作を示した図である。 液晶表示部の透過率と照明装置の輝度との関係を示した図である。 照明装置の他の構成を示した図である。 照明装置の他の構成を示した図である。 照明ドライバと照明装置とを示した図である。 図１１に示した証明ドライバの動作を示した図である。 液晶表示装置の他の構成を示した図である。 照明ドライバの他の構成を示した図である。

符号の説明

１…液晶コントローラ、２…液晶表示部、３…走査ドライバ、４…映像ドライバ、５…電源回路、６…照明ドライバ、７…照明装置、８，１０…シフトレジスタ、９，１２…レベルシフト回路、１１…ラインメモリ、１３…Ｄ／Ａ変換器。

Claims (6)

1. 少なくとも一方が透明な一対の基板と、
   前記一対の基板間に挟持された液晶層と、
   電界を前記液晶層に印加するために前記一対の基板のうち少なくとも一方の基板に形成された複数の電極及び該電極に接続されたアクティブ素子と、
   複数の領域に分割され、各領域に光源を有する照明装置と、
   前記一対の基板の一方に形成されるカラーフィルタ層と、
   前記照明装置の前記領域の走査が終了し、かつ、該領域に対応する液晶表示部の透過率が飽和状態になった後、前記領域における光源を点灯するよう前記照明装置を制御する制御装置と、を有する液晶表示装置。
2. 請求項１において、前記光源は面発光型素子である液晶表示装置。
3. 請求項１において、前記光源はＬＥＤを敷き詰めた構造である液晶表示装置。
4. 請求項１において、前記照明装置は複数の前記光源を領域毎に仕切る仕切り板を有する液晶表示装置。
5. 少なくとも一方が透明な一対の基板、一対の基板間に教示された液晶層、
   一対の基板の一方に形成されるカラーフィルタ層、一対の基板のうち少なくとも一方の基盤に電界を液晶層に印加するための複数の電極、これらの電極に接続された複数のアクティブ素子を有し、
   映像信号を表示する液晶表示部と、
   前記液晶表示部に表示する映像が動画か静止画かを判定する判定回路を有するコントローラと、
   前記コントローラによって前記液晶表示部を駆動する駆動装置と、
   複数領域に分割され、各領域に光源を有し、前記液晶表示部に光を照射する照明装置と、前記コントローラの判定結果に基づいて、動画像を表示する場合に、前記照明装置の前記領域の走査が終了し、かつ、該領域に対応する液晶表示部の透過率が飽和状態になった後、前記領域における光源を点灯するよう前記照明装置を制御する制御装置と、を有する液晶表示装置。
6. 請求項５において、前記制御装置は、前記コントローラの判定結果に基づいて静止画を表示する場合、前記照明装置のすべての光源を点灯させる液晶表示装置。
   

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