JP2013205503A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】時分割駆動による立体画像を監視する際の疲労を低減することのできる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の液晶画素ＰＸをマトリクス状に配列した表示パネルＤＰと、表示パネルと対向して配設され、表示パネルを照明する光を２方向に切り替え可能になされた照明部ＢＬと、表示パネルへの画像表示と照明部の光源の点消灯を制御する駆動制御部（５）とを備え、駆動制御部は、立体モードでは、立体表示を構成する左右の視差画像を時分割で表示パネルに表示すると共に、当該視差画像の表示に対応して、表示パネルを照明する光が所定の方向に出射するように照明部の光源を切り替えて制御し、単独モードでは左右の視差画像のうち、一方の視差画像の表示に対応して照明部の光源を点灯し、他方の視差画像の表示に対応して照明部の光源を消灯する液晶表示装置である。
【選択図】図５

Description

本発明は立体表示が可能な液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータ、情報携帯端末、テレビジョン、あるいはカーナビゲーションシステム等の表示装置として広く利用されている。
この液晶表示装置は、一つの二次元情報を表示するのが通常であるが、それに留まらず、立体表示、あるいは同一画面で観察者の見る方向によって同時に異なる画面表示が可能な液晶表示装置が提案されている。例えば、車載用で運転席と助手席とで見える映像が異なる２画面表示装置や、右目用の映像と左目用の映像をそれぞれ表示することによって立体表示を行う３次元表示装置などが提案されている。

このような表示を可能とする技術として、視差バリア方式が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
図７は、視差バリア方式の概念図である。表示パネルＤＰには、右方向用の画素と、左方向用の画素とが個別に形成されている。そして、斜め方向からは、その各々の画素を透過して出射する光の一方の光を観測できるように、視差バリア層５１を形成する。なお、その視差バリア５１としてレンチキュラーレンズを設けて指向性を高めることもできる。しかしながら、このような視差バリア方式では、右方向用の画素と左方向用の画素とを異ならしめる必要があることから、表示画像の空間解像度は実際の表示パネルの画素数の１／２に低下してしまう。

一方、時分割駆動によって左右それぞれの方向に光を振り分けることで光の指向性を切り替える方式も提案されている。
この方式によれば、空間解像度、もしくは開口率を減少させることなく複数の画面を表示することや、立体画像を表示することができる。

特開平５−１０７６６３号公報 特開平１０−１６１０６１号公報

ところで、時分割駆動を用いた立体画像を見ていた場合、平面画像を見ている場合と比較して眼が疲れやすいと感じることがある。疲労の程度は個人差によって異なり、全く疲労を感じない人もいる。この疲労の原因は、平面画像を見る場合はパネルに実際に表示される像を監視するのに対し、立体画像を見る場合は頭の中で組み立てられる像を知覚することの相違によると考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、時分割駆動による立体画像を監視する際の疲労を低減することのできる液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、複数の液晶画素をマトリクス状に配列した表示パネルと、前記表示パネルと対向して配設され、前記表示パネルを照明する光を２方向に切り替え可能になされた照明部と、前記表示パネルへの画像表示と前記照明部の光源の点消灯を制御する駆動制御部とを備え、前記駆動制御部は、立体モードでは、立体表示を構成する左右の視差画像を時分割で前記表示パネルに表示すると共に、当該視差画像の表示に対応して、前記表示パネルを照明する光が所定の方向に出射するように照明部の光源を切り替えて制御し、単独モードでは前記左右の視差画像のうち、一方の視差画像の表示に対応して前記照明部の光源を点灯し、他方の視差画像の表示に対応して前記照明部の光源を消灯する液晶表示装置である。

本発明に係る液晶表示装置の概要を説明する図。 液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図。 本実施の形態の液晶表示装置の立体画像表示時の駆動方法を説明する図。 左右画像の表示とバックライトの点消灯動作を模式的に示す図。 単独モードでの画像の表示とバックライトの点消灯動作を模式的に示す図。 単独モードでの画像の表示とバックライトの他の点消灯動作を模式的に示す図。 視差バリア方式の概念図。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る液晶表示装置の概要を説明する図である。
本発明に係る液晶表示装置では、透過型の表示パネルＤＰの下にバックライトＢＬを備えている。そして、バックライトＢＬは、光源５２ａ、光源５２ｂおよびバックライト導光板５３で構成される。ここで、光源５２ａをオンしたときは、光はバックライト導光板５３によって図の右方向に出射され、光源５２ｂをオンしたときは、光はバックライト導光板５３によって図の左方向に出射される。

立体表示を行うときは、表示パネルＤＰに右の画像を表示する期間で光源５２ａを点灯し、表示パネルＤＰに左の画像を表示する期間で光源を切替えて光源５２ｂを点灯する。このように時分割で表示パネルＤＰに左右視差像を順次表示し、これと同期して照明する光源の指向性を切替えることによって、左右の視差画像をそれぞれ左右の眼に導くことができる。

なお、図１は液晶表示装置の概略の構成を示している。実際の表示装置においては、表示パネルＤＰとバックライトＢＬとの間に、さらにコリメートレンズ、プリズムフィルムなどの光の指向性を調整する光学素子を適宜設けることができる。

ところで、１フレーム期間を時分割して異なる映像を表示するためには、応答速度の速い液晶を使用することが必須の条件となる。このため、本実施の形態では、動画表示に必要とされる高速な液晶応答性を有すると共に、広視野角の実現が可能なＯＣＢモード（Optically Compensated Bend）液晶を使用する。
図２は、液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図である。
液晶表示装置は、表示パネルＤＰ、表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬ、表示パネルＤＰおよびバックライトＢＬを制御する表示制御回路ＣＮＴを備える。

表示パネルＤＰは、一対の電極基板であるアレイ基板１および対向基板２間に液晶層３を挟持した構造である。液晶層３は、ＯＣＢ液晶を液晶材料として含む。このＯＣＢ液晶は、ノーマリホワイトの表示動作のために予めスプレー配向からベンド配向に転移されると共に、表示動作中にベンド配向からスプレー配向への逆転移が、印加される電圧により阻止される。

表示制御回路ＣＮＴは、アレイ基板１および対向基板２から液晶層３に印加される液晶駆動電圧により表示パネルＤＰの透過率を制御する。スプレー配向からベンド配向への転移は、電源投入時に表示制御回路ＣＮＴにより行われる所定の初期化処理で比較的大きな電界を液晶に印加することにより得られる。
アレイ基板１では、複数の画素電極ＰＥが透明絶縁基板ＧＬ上において略マトリクス状に配置される。また、複数のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）が複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置され、複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）が複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される。

これらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍には、複数の画素スイッチング素子Ｗが配置される。各画素スイッチング素子Ｗは例えばゲートがゲート線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Ｘおよび画素電極ＰＥ間に接続される薄膜トランジスタからなり、対応ゲート線Ｙを介して駆動されたときに対応ソース線Ｘおよび対応画素電極ＰＥ間で導通する。

各画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥのそれぞれは、例えばＩＴＯ等の透明電極材料からなり、それぞれ配向膜ＡＬで覆われ、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の一部である画素領域と共に液晶画素ＰＸを構成する。

複数の液晶画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有する。複数の補助容量線Ｃ１〜Ｃｍは各々対応行の液晶画素ＰＸの画素電極ＰＥに容量結合した補助容量Ｃｓを構成する。補助容量Ｃｓは画素スイッチング素子Ｗの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。

表示制御回路ＣＮＴは、ゲートドライバＹＤ、ソースドライバＸＤ、バックライト駆動部ＬＤ、駆動用電圧発生回路４、およびコントローラ回路５を備える。
ゲートドライバＹＤは、複数のスイッチング素子Ｗを行単位に導通させるように複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを順次駆動する。ソースドライバＸＤは、各行のスイッチング素子Ｗが対応ゲート線Ｙの駆動によって導通する期間において画素電圧Ｖsを複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ出力する。バックライト駆動部ＬＤは、バックライトＢＬを駆動する。駆動用電圧発生回路４は、表示パネルＤＰの駆動用電圧を発生する。コントローラ回路５は、ゲートドライバＹＤ、ソースドライバＸＤおよびバックライト駆動部ＬＤを制御する。

駆動用電圧発生回路４は、補償電圧発生回路６、階調基準電圧発生回路７、およびコモン電圧発生回路８を含む。
補償電圧発生回路６は、補助容量線Ｃに印加される補償電圧Ｖeを発生する。階調基準電圧発生回路７は、ソースドライバＸＤによって用いられる所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを発生する。コモン電圧発生回路８は、対向電極ＣＴに印加されるコモン電圧Ｖcomを発生する。

コントローラ回路５は、垂直タイミング制御回路１１、水平タイミング制御回路１２、フレーム回路１７、およびバックライト制御回路１４を含む。

垂直タイミング制御回路１１は、外部信号源ＳＳから入力される同期信号ＳＹＮＣ（ＶＳＹＮＣ，ＤＥ）に基づいてゲートドライバＹＤに対する制御信号ＣＴＹを発生する。水平タイミング制御回路１２は、外部信号源ＳＳから入力される同期信号ＳＹＮＣ（ＶＳＹＮＣ，ＤＥ）に基づいてソースドライバＸＤに対する制御信号ＣＴＸを発生する。画像データ変換回路１３は、外部信号源ＳＳから入力される画像データについて、順次メモリに格納すると共に、垂直タイミング制御回路１１及び水平タイミング制御回路１２のタイミングに同期して、画像データ（右画像表示データ及び右画像表示データ）を順次出力する。バックライト制御回路１４は、垂直タイミング制御回路１１から出力される制御信号ＣＴＹに基づいてバックライト駆動部ＬＤを制御する。

画像データは複数の液晶画素ＰＸに対する複数の画素データＤＩからなり、１フレーム期間（垂直走査期間Ｖ）毎に更新される。制御信号ＣＴＹはゲートドライバＹＤに供給され、制御信号ＣＴＸは画像データ変換回路１３から変換結果として得られる画素データＤＯと共にソースドライバＸＤに供給される。制御信号ＣＴＹは上述のように順次ゲート線Ｙを駆動する動作をゲートドライバＹＤに行わせるために用いられ、制御信号ＣＴＸは画像データ変換回路１３の変換結果として１行分の液晶画素ＰＸ単位に得られ直列に出力される画素データＤＯを複数のソース線Ｘにそれぞれ割り当てると共に出力極性を指定する動作をソースドライバＸＤに行わせるために用いられる。

ゲートドライバＹＤおよびソースドライバＸＤはゲート線Ｙおよびソース線Ｘをそれぞれ選択するために例えばシフトレジスタ回路を用いて構成される。

ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により１フレーム期間においてゲート線Ｙ１〜Ｙｍを順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間Ｈだけ導通させる駆動信号としてオン電圧を選択ゲート線Ｙに供給する。
ソースドライバＸＤは、画素データを画素電圧Ｖsに変換し、複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列的に出力する。

画素電圧Ｖsは共通電極ＣＥのコモン電圧Ｖcomを基準として画素電極ＰＥに印加される電圧であり、例えばフレーム反転駆動およびライン反転駆動を行うようコモン電圧Ｖcomに対して極性反転される。

また、補償電圧Ｖeは１行分のスイッチング素子Ｗが非導通となるときにこれらスイッチング素子Ｗに接続されるゲート線Ｙに対応した補助容量線ＣにゲートドライバＹＤを介して印加され、これらスイッチング素子Ｗの寄生容量によって１行分の画素ＰＸに生じる画素電圧Ｖsの変動を補償するために用いられる。

ゲートドライバＹＤが例えばゲート線Ｙ１をオン電圧により駆動してこのゲート線Ｙ１に接続された全ての画素スイッチング素子Ｗを導通させると、ソース線Ｘ１〜Ｘｎ上の画素電圧Ｖsがこれら画素スイッチング素子Ｗをそれぞれ介して対応する画素電極ＰＥおよび補助容量Ｃｓの一端に供給される。

また、ゲートドライバＹＤはこのゲート線Ｙ１に対応した補助容量線Ｃ１に補償電圧発生回路６からの補償電圧Ｖeを出力する。補償電圧Ｖeはこれら画素スイッチング素子Ｗが非導通になったときにこれらの寄生容量によって画素電極ＰＥから引き抜かれる電荷を低減して画素電圧Ｖsの変動、すなわち突き抜け電圧ΔＶｐを実質的にキャンセルする。

図３は、本実施の形態の液晶表示装置の立体画像表示時の駆動方法を説明する図である。
図１乃至図３を参照しつつ駆動方法を説明する。
制御信号ＣＴＹは、第１スタート信号（右画像表示開始信号）ＳＴＨＡ、第２スタート信号（左画像表示開始信号）ＳＴＨＢ、クロック信号、および出力イネーブル信号等を含む。

第１スタート信号（右画像表示開始信号）ＳＴＨＡは、右画像表示開始タイミングを制御する。第２スタート信号（左画像表示開始信号）ＳＴＨＢは、左画像表示開始タイミングを制御する。クロック信号は、シフトレジスタ回路においてこれらスタート信号ＳＴＨＡ，ＳＴＨＢをシフトさせる。出力イネーブル信号は、スタート信号ＳＴＨＡ，ＳＴＨＢの保持位置に対応してシフトレジスタ回路によって所定数ずつ順次または一緒に選択されるゲート線Ｙ１〜Ｙｍへの駆動信号の出力を制御する。

他方、制御信号ＣＴＸはスタート信号、クロック信号、ロード信号、および極性信号等を含む。
先ず右画像表示動作について説明する。
ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により１フレーム期間の１／３期間においてゲート線Ｙ１〜Ｙｍを右画像表示用に順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間Ｈだけ導通させる駆動信号としてオン電圧を選択ゲート線Ｙに供給する。１行分の入力画素データＤＩが１行分の右画像表示用画素データＲに変換される。１行分の右画像表示用画素データＲは画像データ変換回路１７から直列に出力される。

ソースドライバＸＤは階調基準電圧発生回路７から供給される所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを参照してこれら画素データＲをそれぞれ画素電圧Ｖsに変換し、複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列的に出力する。

この右画像表示期間に合わせてバックライト制御回路１４は、バックライト駆動部ＬＤを駆動してバックライトＢＬａの点消灯を制御する。
図３では、右画像が表示パネルに表示されてから左画像が表示を開始するまでの１フレーム期間の１／６期間バックライトＢＬａが点灯する。

続いて、左画像表示動作について説明する。ゲートドライバＹＤは制御信号ＣＴＹの制御により１フレーム期間の１／３期間においてゲート線Ｙ１〜Ｙｍを左画像表示用に順次選択し、各行の画素スイッチング素子Ｗを１水平走査期間Ｈだけ導通させる駆動信号としてオン電圧を選択ゲート線Ｙに供給する。１行分の入力画素データＤＩが１行分の左画像表示用画素データＬに変換される。１行分の左画像表示用画素データＬは画像データ変換回路１７から直列に出力される。

ソースドライバＸＤは上述の階調基準電圧発生回路７から供給される所定数の階調基準電圧ＶＲＥＦを参照してこれら画素データＬをそれぞれ画素電圧Ｖsに変換し、複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎに並列的に出力する。
この左画像表示期間に合わせてバックライト制御回路１４は、バックライト駆動部ＬＤを駆動してバックライトＢＬｂの点消灯を制御する。
図３では、左画像が表示パネルに表示されてから右画像が表示を開始するまでの１フレーム期間の１／６期間バックライトＢＬｂが点灯する。

図４には、上述した左右画像の表示とバックライトＢＬａ、ＢＬｂの点消灯動作を模式的に示している。

本発明の第１の実施の形態では、この立体表示のための動作に加え、左右画像の一方のみが視認できる単独モードを備える。
図５は、単独モードでの画像の表示とバックライトの点消灯動作を模式的に示す図である。この実施形態では、右画像が表示パネルに表示されてから左画像が表示を開始するまでの期間バックライトＢＬａが点灯する。しかし、左画像が表示パネルに表示されてから右画像が表示を開始するまでの期間は、バックライトＢＬｂは点灯しない。

即ち、この単独モードでは上述の立体表示の駆動動作において、バックライト制御回路１４は、右画像表示期間に合わせてバックライト駆動部ＬＤを駆動してバックライトＢＬａの点消灯を制御する。しかし、バックライト制御回路１４は、バックライトＢＬｂを点灯せず消灯の状態を継続する。
従って、ユーザは右画像のみを視認することになる。ここで、ユーザが視認する画像は右画像に限られず、左画像を視認するように構成しても良い。

図６は、単独モードでの画像の表示とバックライトの他の点消灯動作を模式的に示す図である。このバリエーションの形態では、右画像が表示パネルに表示されてから左画像が表示を開始するまでの期間バックライトＢＬａ及びバックライトＢＬａが点灯する。しかし、左画像が表示パネルに表示されてから右画像が表示を開始するまでの期間は、バックライトは点灯しない。

即ち、この単独モードでは上述の立体表示の駆動動作において、バックライト制御回路１４は、右画像表示期間に合わせてバックライト駆動部ＬＤを駆動してバックライトＢＬａ及びＢＬａの点消灯を制御する。しかし、バックライト制御回路１４は、左画像表示期間にはいずれのバックライトも消灯とする。
このバリエーションの形態では、ユーザは明るい平面画像を看視することができる。

上述の単独モードの実施態様には種々のパターンがある。

（１）第１の態様では、単独モードは、ユーザが表示パネルに設けられバックライト制御回路１４に電気的に接続された「単独モード」ボタン（不図示）を操作することで動作を開始し、ユーザが表示パネルに設けられバックライト制御回路１４に電気的に接続された「立体モード」ボタン（不図示）を操作することで動作を終了する。
この態様では、ユーザが眼の疲れを感じたときに立体モードを解除して単独モードとするため、個人の体調に応じた表示が可能である。

（２）第２の態様では、立体モードで画像を第１の所定時間継続して表示したときは、自動的に表示を単独モードに切り替え、その状態が第２の所定時間継続したときに立体モードに戻す。
この態様では、ユーザに特別な操作を求めることなく疲労の発生を回避し、また疲労を解消することができる。例えば、バックライト制御回路１４をカウンタ回路等に電気的に接続しておくことで実現可能である。

尚、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、４…駆動用電圧発生回路、５…コントローラ回路、７…階調基準電圧発生回路、１３…画像データ変換回路、１４…バックライト制御回路、５３…導光板、ＹＤ…ゲートドライバ、ＤＩ…画像データ、ＤＯ…画素データ、ＸＤ…ソースドライバ、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…共通電極、ＰＸ…液晶画素、ＤＰ…表示パネル、ＢＬ…バックライト、ＣＮＴ…表示制御回路、Ｘ…ソース線、Ｙ…ゲート線、Ｗ…スイッチング素子。

Claims (6)

1. 複数の液晶画素をマトリクス状に配列した表示パネルと、
   前記表示パネルと対向して配設され、前記表示パネルを照明する光を２方向に切り替え可能になされた照明部と、
   前記表示パネルへの画像表示と前記照明部の光源の点消灯を制御する駆動制御部とを備え、
   前記駆動制御部は、
   立体モードでは、立体表示を構成する左右の視差画像を時分割で前記表示パネルに表示すると共に、当該視差画像の表示に対応して、前記表示パネルを照明する光が所定の方向に出射するように照明部の光源を切り替えて制御し、
   単独モードでは前記左右の視差画像のうち、一方の視差画像の表示に対応して前記照明部の光源を点灯し、他方の視差画像の表示に対応して前記照明部の光源を消灯することを特徴とする液晶表示装置。
2. 単独モードでは、前記照明部の光源のうち一方向に光を照射する光源が点灯することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 単独モードでは、両方向に光を照射するように前記照明部の光源が点灯することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記立体モードと単独モードの切り替えは、所定の部材を操作することで行われることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
5. 前記駆動制御部は、立体モードで画像を第１の所定時間継続して表示したときは、単独モードに切り替え、その状態が第２の所定時間継続したときに立体モードに戻すことを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。
6. 前記液晶画素はＯＣＢモードで構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の液晶表示装置。

Images