JP2012083537A - 液晶ディスプレイ装置及びこれを有する電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】製品に組み込まれている状態で液晶の配向性を評価可能な液晶ディスプレイ装置等を提供する。
【解決手段】液晶ディスプレイ装置１０は、第１及び第２の面を夫々有する第１及び第２の基板１１ａ、１１ｂと、第１の面どうしが向かい合うよう配置された第１及び第２の基板の間に注入される液晶層１２とを有する。装置１０は、第１の基板１１ａの第２の面又は第２の基板１１ｂの第２の面に向かって照射された光を、液晶層１２を間に介して透過する第１及び第２の偏光手段１３ａ、１３ｂと、第１及び第２の偏光手段１３ａ、１３ｂを透過した光を検出する光検出手段１５とを更に有する。光検出手段１５は、液晶層１２の駆動のための回路とともに、第２の基板１１ｂの第１の面に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１及び第２の面を夫々有する第１及び第２の基板と、第１の面どうしが向かい合うよう配置された第１及び第２の基板の間に注入される液晶層とを有し、第２の基板の第１の面上に液晶層の駆動のための回路が形成されている液晶ディスプレイ装置、及びこれを有する電子機器に関する。

液晶ディスプレイ装置において、液晶の配向性は、装置の製造過程の中で、最終的な製品を組み上げる前に、専用の評価装置を用いて確認されることが一般的である（例えば、特開２００３−１５６７２６号公報（特許文献１））。しかし、寿命や使用環境等により液晶の配向性は変化することが知られており、そのような確認が、製品状態でも可能であることが好ましい。

特開２００３−１５６７２６号公報

本発明は、製品に組み込まれている状態で液晶の配向性を評価可能な液晶ディスプレイ装置及びこれを有する電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置は、第１及び第２の面を夫々有する第１及び第２の基板と、第１の面どうしが向かい合うよう配置された前記第１及び第２の基板の間に注入される液晶層とを有し、前記第２の基板の第１の面上に前記液晶層の駆動のための回路が形成されている液晶ディスプレイ装置であって、前記第１の基板の第２の面又は前記第２の基板の第２の面に向かって照射された光を、前記液晶層を間に介して、透過する第１及び第２の偏光手段と、前記第２の基板の第１の面上に前記回路とともに形成され、前記第１及び第２の偏光手段を透過した光を検出する光検出手段とを有する。

これにより、製品に組み込まれている状態で液晶の配向性を評価可能な液晶ディスプレイ装置を提供することができる。

当該液晶ディスプレイ装置の実施例において、前記第１の偏光手段は、前記第１の基板の第２の面に設けられ、前記第２の偏光手段は、前記第２の基板の第２の面に設けられる。本実施例で、当該液晶ディスプレイ装置は、前記第１の偏光手段の上に設けられる反射手段を更に有し、前記光検出手段は、前記第２の基板の第２の面に向かって照射され、前記第２の偏光手段、前記液晶層及び前記第１の偏光手段を順に通った後、前記反射手段によって反射された光を検出する。

当該液晶ディスプレイ装置の更なる実施例において、前記回路は、前記液晶層に信号電圧を加える複数のソースラインを有し、前記第１の基板の第１の面には、前記回路の基準電圧を供給する共通電極が設けられ、当該液晶ディスプレイ装置は、前記光検出手段によって検出された光の強さに応じて前記複数のソースライン上の電圧又は前記共通電極の電圧を調整する電圧調整手段を更に有する。

前記電圧調整手段は、可変電圧供給源と、前記光検出手段によって検出された光の強さに基づいて、前記可変電圧供給手段が供給する電圧を制御する供給電圧制御手段とを有する。

当該液晶ディスプレイ装置の更なる実施例において、当該液晶ディスプレイ装置は、前記光検出手段の光検出面上に部分的に設けられる第３の偏光手段を更に有し、前記光検出手段は、前記第１の基板の第２の面に向かって照射され、前記第１の偏光手段、前記液晶層及び前記第３の偏光手段を順に通った光を検出する。

当該液晶ディスプレイ装置の代替の実施例において、前記第１の偏光手段は、前記第１の基板の第２の面に設けられ、前記第２の偏光手段は、前記光検出手段の光検出面上に設けられ、前記光検出手段は、前記第１の基板の第２の面に向かって照射され、前記第１の偏光手段、前記液晶層及び前記第２の偏光手段を順に通って、前記光検出面に達した光を検出する。

この代替の実施例において、当該液晶ディスプレイ装置は、前記第２の基板の第２の面に設けられる第３の偏光手段と、前記第１の基板の第１の面に設けられる反射手段とを更に有し、前記光検出手段は、前記第２の基板の第２の面に向かって照射され、前記第３の偏光手段を通り、前記反射手段によって反射された後に、前記第２の偏光手段を更に通って、前記光検出面に達した光を検出する。

一実施例として、本発明の液晶ディスプレイ装置は、例えば、テレビ受像機、ラップトップ型若しくはデスクトップ型のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯電話機、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、カーナビゲーション装置、ポータブルゲーム機、又はオーロラビジョンのような、ユーザへの画像提示のためにディスプレイ装置を備える電子機器で用いられてよい。

本開示の実施形態により、製品に組み込まれている状態で液晶の配向性を評価可能な液晶ディスプレイ装置及びこれを有する電子機器を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。 本発明の第２実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。 本発明の第３実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。 本発明の第４実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。 本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置のブロック構成を表す。 本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の各画素の回路構成を表す。 本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置におけるコモンドライバのブロック構成を表す。 本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置を備える電子機器の例を示す。

本発明を実施するための形態を、以下、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。図１の液晶ディスプレイ装置１０は第１及び第２の基板１１ａ、１１ｂを有し、各基板は第１及び第２の面を有する。第１及び第２の基板１１ａ、１１ｂは、第１の面どうしが向かい合うよう間隙を空けて配置されている。第１及び第２の基板の間の間隙には液晶が注入されており、液晶層１２が形成されている。第２の基板１１ｂの第１の面上には、液晶層１２の駆動のための回路が形成されている。回路は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のアクティブ素子及びＩＴＯ（Indium-tin-oxide）等の透明電極から構成される。

液晶ディスプレイ装置１０は、第１の基板１１ａの第２の面に設けられている第１の偏光板１３ａと、第２の基板１１ｂの第２の面に設けられている第２の偏光板１３ｂと、第１の偏光板１３ａの上に設けられている反射板１４とを更に有する。反射板１４は、バックライト光源（図示せず。）から第２の基板１１ｂの第２の面に向かって放射され、第２の偏光板１３ｂ、液晶層１２及び第１の偏光板１３ａを通った光を反射する。反射板１４によって反射された光は、液晶層１２に戻り、第２の基板１１ｂの第１の面に形成されている光センサ１５によって検出される。

図２は、本発明の第２実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。図２の液晶ディスプレイ装置２０は、反射板１４が設けられておらず、代わりに、光センサ１５の光検出面上に偏光部材２１が設けられている点を除いて、図１の液晶ディスプレイ装置１０と同じ構造を有する。偏光部材２１は、理想的には、第１及び第２の偏光板１３ａ、１３ｂと同等の特性を有する。

液晶ディスプレイ装置２０において、光センサ１５は、太陽又は照明等の外部光源から第１の基板１１ａの第２の面に向かって照射され、第１の偏光板１３ａ、液晶層１２及び偏光部材２１を通った光を検出する。

図３は、本発明の第３実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。図３の液晶ディスプレイ装置３０は、第１の基板１１ａの第１の面に反射板３１が設けられている点を除いて、図２の液晶ディスプレイ装置２０と同じ構造を有する。

液晶ディスプレイ装置３０において、光センサ１５は、バックライト光源（図示せず。）から第２の基板１１ｂの第２の面に向かって照射され、第２の偏光板１３ｂを通り、液晶層１２内で反射板３１によって反射された後に、偏光部材２１を更に通った光を検出する。

反射板３１の厚さは、液晶層１２の厚さの半分とされてよい。反射板３１の厚さが液晶層１２の厚さに対して無視することができる程度であるとすると、光センサ１５によって検出される光は、反射板３１によって反射されることで液晶層１２を往復することとなるので、液晶層１２の厚さの２倍の距離を経て光センサ１５に達する。しかし、反射板３１の厚さを液晶層１２の厚さの半分とした場合には、たとえ光が液晶層１２を往復したとしても、光センサ１５に達するまでに光が通る液晶層１２における経路の長さは、実際の液晶層１２の厚さと実質的に同じである。

このように、例えば、適切な厚みを有する反射板３１を設けることで、液晶層の厚さを調整することが可能である。液晶の透過率は液晶層の厚さに応じて変化するので、この場合、光センサ１５による光検出結果の精度、ひいては液晶の配向性の評価は改善され得る。

図４は、本発明の第４実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の断面図を示す。図４の液晶ディスプレイ装置４０は、図１及び図２の各図に示された実施形態を組み合わせて実施され、光センサ１５の光検出面の一部に偏光部材４１が設けられている。

液晶ディスプレイ装置４０において、光センサ１５は、バックライト光源（図示せず。）から第２の基板１１ｂの第２の面に向かって放射され、第２の偏光板１３ｂ、液晶層１２及び第１の偏光板１３ａを通った光（すなわち、反射板１４によって反射された光）に加えて、太陽又は照明等の外部光源から第１の基板１１ａの第２の面に向かって照射され、第１の偏光板１３ａ、液晶層１２及び偏光部材４１を通った光も検出することができる。

図１〜４に示される実施形態によれば、液晶ディスプレイ装置は、製品に組み込まれている状態であっても、バックライト光源及び／又は外部光源から放射され、間に液晶層を介して２枚の偏光板を通った後の光を検出することができる。これは、液晶に信号電圧を印加した場合の透過光量（又は透過光の強さ）の変化に基づいて液晶の配向性を評価することを可能にする。更に、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置は、光センサが液晶駆動用の回路と同じ基板上に形成されることで、製造コストの面でもメリットがある。

また、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置は、光センサ１５による光検出結果を利用して、フリッカ、クロストーク及び／又はスメア等の原因となる光リーク電流の補償に応用可能である。以下、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置における光リーク電流の補償のための構成及び動作について記載する。

図５は、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置の構成を表すブロック図である。図５の液晶ディスプレイ装置５０は、アクティブマトリクス型ディスプレイ装置である。液晶ディスプレイ装置５０は、光センサ１５が組み込まれている表示パネル５１と、バックライト光源５２と、ソースドライバ５３と、ゲートドライバ５４と、コモンドライバ５５と、コントローラ５６とを有する。

表示パネル５１は、ソースライン５７−１〜５７−ｍ（ｍは整数）と、ソースライン５７−１〜５７−ｍに直交するよう通されているゲートライン５８−１〜５８−ｎ（ｎは整数）と、ソースライン５７−１〜５７−ｍ及びゲートライン５８−１〜５８−ｎの交差領域に位置するよう液晶層（例えば、図１の液晶層１２）を行及び列のマトリクス状に分割して形成される複数の画素Ｐ_１１〜Ｐ_ｎｍとを有する。ソースライン５７−１〜５７−ｍ及びゲートライン５８−１〜５８−ｎは、液晶駆動用の回路と同じ基板（例えば、図１の第２の基板１１ｂの第１の面）上に形成される。

バックライト光源５２は、表示パネル５１の背面に配置され、画素Ｐ_１１〜Ｐ_ｎｍへ光を照射する。表示パネル５１は、電圧による液晶分子の配向の変化を利用して、バックライト光源５２から放射された光を偏光することで画像を表示させる。これを達成するために、ソースドライバ５３は、ソースライン５７−１〜５７−ｍを介して画素Ｐ_１１〜Ｐ_ｎｍの夫々へ信号電圧を印加し、ゲートドライバ５４は、ゲートライン５８−１〜５８−ｎを介して画素Ｐ_１１〜Ｐ_ｎｍの夫々について信号電圧の印加を制御する。なお、本実施形態に係る液晶ディスプレイ装置は、表示パネルの背面に設けられたバックライト光源を利用する透過型を例とするが、バックライト光源を設けずに外光の反射を利用する反射型又は外光の反射及びバックライト光源の両方を利用する半透過型等、いかなるタイプの液晶ディスプレイ装置であってもよい。

コモンドライバ５５は、全ての画素Ｐ_１１〜Ｐ_ｎｍに共通に接続されている共通電極（「コモン電極」とも呼ばれる。）５９を介して画素Ｐ_１１〜Ｐ_ｎｍへ基準電圧を供給する。コモン電極５９は、ソースライン５７−１〜５７−ｍ及びゲートライン５８−１〜５８−ｎが形成される基板と対向する基板（例えば、図１の第１の基板１１ａの第１の面）上に形成される。

コントローラ５６は、ソースドライバ５３、ゲートドライバ５４及びコモンドライバ５５を同期させるとともに、それらの動作を制御する。例えば、コントローラ５６は、光センサ１５による光検出結果を受けて、ソースドライバ５３又はコモンドライバ５５に、ソースライン５７−１〜５７−ｍ上の電圧又はコモン電極の電圧を調整するよう指示する。

代替的に、光センサ１５は、コントローラ５６を介さずに、ソースドライバ５３又はコモンドライバ５５に直接に接続されてよい。図示されていないが、光センサ１５の出力には、光センサ１５による光検出結果の信号形式を変換するよう、アナログ−デジタル変換器、積分器又は低域通過フィルタ等が配置されてよい。

例えば、光センサ１５は、図１、図３及び図４を参照して説明された光センサであって、図中破線により表されるようにバックライト光源５２から発せられる光を感知する。

図６は、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置における各画素の回路構成を表す。画素Ｐ_ｊｉ（ｉ及びｊは整数であり、１≦ｉ≦ｍ且つ１≦ｊ≦ｎ。）は、液晶セル６１と、液晶セル６１への信号電圧の印加を制御するスイッチングデバイス６２と、スイッチングデバイス６２を介して液晶セル６１へ印加された信号電圧を次の走査まで保持する保持キャパシタ６３とを有する。

液晶セル６１は、一方の端子をコモン電極５９に接続され、他方の端子をスイッチングデバイス６２を介してソースライン５７−ｉに接続されている。

スイッチングデバイス６２は、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であって、その制御端子をゲートライン５８−ｊに接続されている。スイッチングデバイス６２は、ゲートライン５８−ｊが高電位（Ｈｉｇｈ）になることで導通状態となり、ソースライン５７−ｉ上の信号電圧を液晶セル６１に印加する。

保持キャパシタ６３は、液晶セル６１と並列に配置され、一方の端子を液晶セル６１とスイッチングデバイス６２との間の接続点（一般に「画素電極」と呼ばれる。）に接続され、他方の端子をコモン電極５９に接続されている。ゲートライン５８−ｊが低電位（Ｌｏｗ）になることでスイッチングデバイス６２が非導通状態となっている間、すなわち、画像データ書換の１周期の間、保持キャパシタ６３は、それまでスイッチングデバイス６２を介して液晶セル６１に印加されていた電圧を電荷の形で保持する。

しかし、実際には、保持キャパシタ６３に蓄えられた電荷は、外部光源又はバックライト光源によってスイッチングデバイス６２に光が照射される場合には、スイッチングデバイス６２を介して、ソースライン５７−ｉへの漏れ電流として失われる。このような漏れ電流は一般に「光リーク電流」と呼ばれており、この光リーク電流による保持キャパシタ６３の保持電圧の低下のために、フリッカ、クロストーク及び／又はスメア等の問題が起こりうる。

コモンドライバ５５は、保持キャパシタ６３の電圧保持期間の間、コモン電極５９を介して保持キャパシタ６３に印加される電圧を調整し、光リーク電流を補償する。このように保持キャパシタ６３による容量結合を利用して、スイッチングデバイス６２を介してソースライン５７−ｉに接続されている液晶セル６１の端子に現れる電圧をシフトさせることで、光リーク電流を補償することができる。

図７は、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置におけるコモンドライバの構成を表すブロック図である。コモンドライバ５５は、コモン電極５９を介して画素Ｐ_１１〜Ｐ_ｎｍの夫々に供給される電圧を調整する電圧調整部７０を有する。電圧調整部７０は、可変電圧供給源７１と、可変電圧供給源７１を制御する電源制御部７２とを有する。電源制御部７２は、コントローラ５６によって生成された制御信号に従って、又は直接的に光センサ１５による光検出結果に従って、可変電圧供給源７１が所定の基準電圧を供給するよう制御する。

例えば、光リーク電流が発生すると、画素電極での電圧が低下して、液晶の配向が変化する。このような液晶の配向の変化は、光センサ１５によって検出される光の強さの変化として現れる。この場合に、電源制御部７２は、保持キャパシタ６３を介して画素電極に相対するコモン電極５９の電位を通常よりも画素電極での電圧低下の分だけ増大させて、光リーク電流による画素電極での電圧の低下を補償する。このために、電源制御部７２は、光センサ１５によって検出されうる光の強さと、各画素で電圧保持期間中に起こりうる光リーク電流との間の関係を表す式を用いて、又はそのような関係を予め記憶するルックアップテーブルを用いて、可変電圧供給源７１によって供給される電圧を変化させる。

他の実施形態として、電圧調整部はコモンドライバ５５ではなく、ソースドライバ５３に含まれてもよい。この実施形態は、各画素Ｐ_ｊｉの電圧保持期間中に、その画素に接続されているソースライン５７−ｉ上の電圧を調整することで、光リーク電流を補償することができる。

このように、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置は、光リーク電流の補償のための回路を画素内に組み込む必要がないので、画素の開口率を維持しながら光リーク電流を補償することができる。他方、従来技術では、光リーク電流を補償するために、保持キャパシタの容量を大きくするか、又は保持キャパシタと液晶セルとの間に増幅回路を挿入することが一般的であり、画素の開口率が小さくなるという問題がある。

図８は、本発明の実施形態に係る液晶ディスプレイ装置を備える電子機器の例である。図８の電子機器８０は、ラップトップ型ＰＣとして表されているが、例えば、テレビ受像機、携帯電話機、腕時計、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、デスクトップ型ＰＣ、カーナビゲーション装置、ポータブルゲーム機、又はオーロラビジョン等の他の電子機器であってもよい。電子機器８０は、画像を表示可能な表示パネルを備えた液晶ディスプレイ装置８１を有する。

液晶ディスプレイ装置８１は、図１〜７を参照して記載された液晶ディスプレイ装置であって、バックライト光源及び／又は外部光源から放射された光を、間に液晶層を介して２枚の偏光板を通った後に検出することが可能な光センサを有する。従って、電子機器８０は、自身に組み込まれている液晶ディスプレイ８０について、製品状態で液晶の配向性を評価することできる。

以上、発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は、この最良の形態で述べた実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。

例えば、図１〜４を参照して記載された液晶ディスプレイ装置の各実施形態において、バックライト光源又は外部光源から照射された光が、間に液晶層を介して２枚の偏光板を通った後に光センサ１５に達することを確実にするよう、光の経路を定める導管のような導光手段が設けられてよい。

１０，２０，３０，４０，５０，８１ 液晶ディスプレイ装置
１１ａ，１１ｂ 基板
１２ 液晶層
１３ａ，１３ｂ 偏光板
１４，３１ 反射板
１５ 光センサ
２１，４１ 偏光部材
５１ 表示パネル
５２ バックライト光源
５３ ソースドライバ
５４ ゲートドライバ
５５ コモンドライバ
５６ コントローラ
５７−１〜５７−ｍ ソースライン
５８−１〜５８−ｎ ゲートライン
５９ コモン電極
６１ 液晶セル
６２ スイッチングデバイス
６３ 保持キャパシタ
７０ 電圧調整部
７１ 可変電圧供給源
７２ 電源制御部
８０ 電子機器
Ｐ_ｊｉ 画素

Claims (8)

1. 第１及び第２の面を夫々有する第１及び第２の基板と、第１の面どうしが向かい合うよう配置された前記第１及び第２の基板の間に注入される液晶層とを有し、前記第２の基板の第１の面上に前記液晶層の駆動のための回路が形成されている液晶ディスプレイ装置であって、
   前記第１の基板の第２の面又は前記第２の基板の第２の面に向かって照射された光を、前記液晶層を間に介して透過する第１及び第２の偏光手段と、
   前記第２の基板の第１の面上に前記回路とともに形成され、前記第１及び第２の偏光手段を透過した光を検出する光検出手段と
   を有する液晶ディスプレイ装置。
2. 前記第１の偏光手段は、前記第１の基板の第２の面に設けられ、
   前記第２の偏光手段は、前記第２の基板の第２の面に設けられ、
   当該液晶ディスプレイ装置は、前記第１の偏光手段の上に設けられる反射手段を更に有し、
   前記光検出手段は、前記第２の基板の第２の面に向かって照射され、前記第２の偏光手段、前記液晶層及び前記第１の偏光手段を順に通った後、前記反射手段によって反射された光を検出する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
3. 前記回路は、前記液晶層に信号電圧を加える複数のソースラインを有し、
   前記第１の基板の第１の面には、前記回路の基準電圧を供給する共通電極が設けられ、
   当該液晶ディスプレイ装置は、前記光検出手段によって検出された光の強さに応じて前記複数のソースライン上の電圧又は前記共通電極の電圧を調整する電圧調整手段を更に有する、請求項１又は２に記載の液晶ディスプレイ装置。
4. 前記電圧調整手段は、
   可変電圧供給源と、
   前記光検出手段によって検出された光の強さに基づいて、前記可変電圧供給手段を制御する電源制御手段と
   を有する、請求項３に記載の液晶ディスプレイ装置。
5. 前記光検出手段の光検出面上に部分的に設けられる第３の偏光手段を更に有し、
   前記光検出手段は、前記第１の基板の第２の面に向かって照射され、前記第１の偏光手段、前記液晶層及び前記第３の偏光手段を順に通った光を検出する、請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の液晶ディスプレイ装置。
6. 前記第１の偏光手段は、前記第１の基板の第２の面に設けられ、
   前記第２の偏光手段は、前記光検出手段の光検出面上に設けられ、
   前記光検出手段は、前記第１の基板の第２の面に向かって照射され、前記第１の偏光手段、前記液晶層及び前記第２の偏光手段を順に通って、前記光検出面に達した光を検出する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
7. 前記第２の基板の第２の面に設けられる第３の偏光手段と、
   前記第１の基板の第１の面に設けられる反射手段と
   を更に有し、
   前記光検出手段は、前記第２の基板の第２の面に向かって照射され、前記第３の偏光手段を通り、前記反射手段によって反射された後に、前記第２の偏光手段を更に通って、前記光検出面に達した光を検出する、請求項６に記載の液晶ディスプレイ装置。
8. 請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の液晶ディスプレイ装置を有する電子機器。

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