JP3559922B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３色光のバックライトを時分割発光させてフルカラー表示を行うカラー光源型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のいわゆるオフィスオートメーション（ＯＡ）の進展に伴って、ワードプロセッサ，パーソナルコンピュータ等に代表されるＯＡ機器が広く使用されるようになっている。更にこのようなオフィスでのＯＡ機器の普及は、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型のＯＡ機器の需要を発生しており、それらの小型・軽量化が要望されるようになっている。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。特に、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ＯＡ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。
【０００３】
ところで、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いため視認性に劣るが安価であることから、電卓，時計等の単一色（例えば白／黒表示等）の表示装置として広く普及しているが、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不向きである。このため、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透過型が使用される。
【０００４】
一方、現在のカラー液晶表示装置は、使用される液晶物質の面からＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）タイプとＴＦＴ−ＴＮ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）タイプとに一般的に分類される。ＳＴＮタイプは製造コストは比較的安価であるが、クロストークが発生し易く、また応答速度が比較的遅いため、動画の表示には適さないという問題がある。一方、ＴＦＴ−ＴＮタイプは、ＳＴＮタイプに比して表示品質は高いが、液晶パネルの透過率が現状では４％程度しかないため高輝度のバックライトが必要になる。このため、ＴＦＴ−ＴＮタイプではバックライトによる消費電力が大きくなってバッテリ電源を携帯する場合の使用には問題がある。また、ＴＦＴ−ＴＮタイプには、応答速度、特に中間調の応答速度が遅い、視野角が狭い、カラーバランスの調整が難しい等の問題もある。
【０００５】
更に、従来の透過型液晶表示装置は、白色光のバックライトを使用し、３原色のカラーフィルタで白色光を選択的に透過させることによりマルチカラーまたはフルカラー表示を行うように構成されたカラーフィルタ型が一般的であった。しかしこのようなカラーフィルタ型では、隣合う３色のカラーフィルタの範囲を１単位として表示画素を構成するため、実質的には解像度が１／３に低下することになる。
【０００６】
以上のような観点から、液晶素子として印加電界に対する応答速度が高速な強誘電性液晶素子または反強誘電性液晶素子を使用し、同一画素を３原色で時分割発光させることにより実質的な解像度の低下を招くことがないカラー液晶表示装置が提案されている（特開平７−２８１１５０号公報等）。
【０００７】
このカラー液晶表示装置は、数百〜数μ秒オーダの高速応答が可能な強誘電性液晶素子または反強誘電性液晶素子を用いた液晶パネルと、赤，緑，青色光が時分割で発光可能なバックライトとを組み合わせ、液晶素子のスイッチングとバックライトの発光とを同期させることによって、カラー表示が可能である。液晶材料として、強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いると、液晶分子が印加電圧の有無には拘らず基板 （ガラス基板） に対して常時平行であるので、視野角が極めて広くなって、実用上問題はない。更に、赤， 緑， 青の発光ダイオード（ＬＥＤ）によるバックライトを用いた場合、各ＬＥＤに流す電流を制御することにより、カラーバランスを調整することが可能になる。
【０００８】
図１０は、このようなカラー液晶表示装置における従来の表示制御の一例を示すタイムチャートであり、図１０（ａ）はバックライトの各色のＬＥＤの発光タイミング、図１０（ｂ）は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図１０（ｃ）は液晶パネルの発色状態を夫々示す。
【０００９】
図１０（ａ）に示されているように、バックライトのＬＥＤを例えば１／１８０ 秒毎に赤，緑，青の順で順次発光させ、それと同期して液晶パネルの各画素をライン単位でスイッチングすることにより表示を行う。なお、１秒間に６０フレームの表示を行う場合、１フレームの期間は１／６０秒になり、この１フレームの期間を更に１／１８０ 秒ずつの３サブフレームに分割し、例えば図１０（ａ）に示す例では第１番目のサブフレームにおいて赤のＬＥＤを、第２番目のサブフレームにおいて緑のＬＥＤを、第３番目のサブフレームにおいて青のＬＥＤを夫々発光させる。
【００１０】
一方、図１０（ｂ） に示されているように、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データ走査を２度行う。但し、１回目の走査（データ書込み走査）の開始タイミング（第１ラインへのタイミング）が各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また２回目の走査（データ消去走査）の終了タイミング（最終ラインへのタイミング）が各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整する。
【００１１】
データ書込み走査にあっては、液晶パネルの各画素には画素データに応じた電圧が供給され、透過率の調整が行われる。これによって、フルカラー表示が可能となる。データ消去走査にあっては、データ書込み走査時と同電圧で逆極性の電圧が液晶パネルの各画素に供給され、液晶パネルの各画素の表示が消去され、液晶への直流成分の印加が防止される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の時分割型カラー液晶表示装置では、各サブフレームの期間にあってバックライトの発光が全面単色であるので、観察者が瞬きをした瞬間または視界が遮られた直後のように、液晶パネルと観察者の眼球との間でシャッタリングがなされた場合には、表示画像でなくバックライトの発色光のみを観察することになって、あたかも虹模様のように観察され、画質が低下するという問題がある。
【００１３】
観察者にとっては気になるこのような画質劣化をなくす方法として、フレーム周波数を増加させる方法が考えられる。この方法は、現状６０Ｈｚであるフレーム周波数を制御回路で制御し易い１２０ Ｈｚ，１８０ Ｈｚのような６０Ｈｚの整数倍に増加させて、バックライトの単色発光時間を短くして、観察者が瞬きをした瞬間でも複数の発光色を観察できるようにする方法である。
【００１４】
制御回路がソースドライバへデータを転送する時間ｔは、下記（１）式で示される。
ｔ＝（ｂ×ｐ×ａ）／（ｆ×ｃ×ｎ×Ｌ×ｍ） …（１）
但し、 ｆ：フレーム周波数
ｃ：１フレーム中の発光色数
ｎ：単色発光中に液晶パネルにデータを書き込む回数
Ｌ：液晶パネルのライン数
ｍ：１ライン当たりの画素数
ｂ：ソースドライバに入力するデータ数
（通常の場合はＲＧＢデータの入力端子数でありｂ＝３）
ｐ：ソースドライバのポート数
ａ：ＴＦＴパネルの上下分割数
この（１）式に基づいて、データ転送時間を求めると、表１のようになる。
【００１５】
【表１】
【００１６】
一般的に、論理回路は１０ｎｓ以上の時間があれば動作するが、ソースドライバには動作クロックの上限がある。現在製品化されているドライバのクロック周波数は、５５ＭＨｚ（ｔ＝１８．１ｎｓ），６５ＭＨｚ（ｔ＝１５．３ｎｓ），７５ＭＨｚ（ｔ＝１３．３ｎｓ）である。従って、ドライバの能力を考慮すると、表２〜表４に示すように表示サイズによって駆動できるフレーム周波数が決定される。表２〜表４において、太線で囲まれた表示サイズパネルは、画質が改善されないことを示す。この表２〜表４から、表示サイズを小さくし、高速で動作するデータ入力端子数が多い（２ポート以上）ドライバを用いない限り、画質改善は望めないことは明らかである。
【００１７】
【表２】
【００１８】
【表３】
【００１９】
【表４】
【００２０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、観察者の瞬き等によって発生する画質劣化を低減できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る液晶表示装置は、複数の液晶画素及び前記液晶画素の夫々に対応して設けられた複数のスイッチング素子を有する強誘電性または反強誘電性の液晶パネルと、該液晶パネルの背面に配置され、３色光を時分割発光するバックライトとを備え、前記液晶パネルはサブフレーム内反転駆動によるデータ書込み走査とデータ消去走査とによる駆動を実施し、夫々の走査期間内で前記各液晶画素に与えられる３色のデータに対応して前記スイッチング素子をオン／オフ駆動し、そのオン／オフ駆動に同期して前記バックライトを時分割発光させ、時分割発光する間に前記各液晶画素に対する走査を行ってカラー表示を行う液晶表示装置において、前記スイッチング素子のオン／オフ駆動の走査の開始と同時に前記バックライトの発光色を切り換えるようにしており、前記バックライトの発光領域が複数の領域に分割されており、分割された少なくとも隣合う両発光領域の発光色が異なっていることを特徴とする。
【００２２】
画質劣化の原因は、瞬き等によって観察者がバックライトの全面単色光を観察できてしまう点にある。よって、請求項１の液晶表示装置にあっては、３色光を各別に発光可能なバックライトの発光領域が、少なくとも２つ以上の領域に分割されており、各領域における発光色を同一でないようにしている。バックライトの発光領域を分割し、分割された各発光領域で異なる色の光を同時に発光している場合には、瞬きの間にバックライトの発光を観察したときに空間的に各色の光が混じりあうので、各発光色が観察されても夫々の発光色として認識されにくく、その結果、単色発光時に観察されるような画質劣化は発生しない。
【００２３】
請求項２に係る液晶表示装置は、請求項１において、前記各液晶画素に対する走査に同期して、前記バックライトの分割された各発光領域における発光，消灯を切り換える切換回路を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項２の液晶表示装置にあっては、液晶パネルに対する走査に同期して、バックライトの各発光領域における発光タイミングを制御する。よって、各発光領域にあって必要な期間においてのみ発光させることにより、バックライトの利用効率を向上できる。
【００２５】
請求項３に係る液晶表示装置は、請求項１または２において、分割された各発光領域の発光強度が異なっていることを特徴とする。
【００２６】
請求項３の液晶表示装置にあっては、分割された各発光領域における発光強度を同一でないようにしている。液晶パネルの走査に伴って、液晶パネルの表示領域における光透過率は一定でない。よって、光透過率が低い表示領域に対応する領域ではバックライトの発光強度を大きくし、光透過率が高い表示領域に対応する領域ではその発光強度を小さくする。よって、光透過率が異なっていても、輝度ムラは発生せず、表示輝度が全域で均一となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る液晶表示装置の一全体例のブロック図、図２はその液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、図３は液晶パネル及びバックライトの構成例を示す模式図、図４はバックライトの光源であるＬＥＤアレイの構成例を示す模式図である。
【００２８】
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及びバックライトを夫々示している。なお、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及び導光板＋光拡散板６で構成されている。
【００２９】
液晶パネル２１は図２及び図３に示されているように、２枚の偏光フィルム１，５間の構造として構成されている。具体的には、液晶パネル２１は上側から下側に、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個々の表示画素に対応したピクセル電極４０が形成されている。これら共通電極３及びピクセル電極４０間には後述するデータドライバ３２及びスキャンドライバ３３等よりなる液晶駆動制御手段５０が接続されている。なお、個々のピクセル電極４０はＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ） ４１によりオン／オフ制御され、個々のＴＦＴ４１はデータドライバ３２により信号線４２を、スキャンドライバ３３により走査線４３を夫々選択的にオン／オフすることにより駆動される。そして、信号線４２からの信号により、個々のピクセルの透過光強度が制御される。
【００３０】
ガラス基板４上のピクセル電極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が夫々配置され、これらの両配向膜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の層厚を適宜に保持するためのスペーサである。
【００３１】
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板＋光拡散板６の一辺から突出した状態でＬＥＤアレイ７が備えられている。このＬＥＤアレイ７は図４にその模式図が示されているように、導光板＋光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤが順次的且つ反復して配列されている。導光板＋光拡散板６はこのＬＥＤアレイ７の各ＬＥＤから発光される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。
【００３２】
図１において、画像メモリ３０には液晶パネル２１により表示されるべき表示データＤＤが外部の例えばパーソナルコンピュータ等から与えられる。画像メモリ３０は、この表示データＤＤを一旦記憶した後、各画素単位のデータ（以下、画素データＰＤと言う） を制御信号発生回路３１が発生する同期信号ＳＹＮに同期して出力する。この画像メモリ３０から出力された画素データＰＤは、そのままセレクタ３７に入力されると共に、逆データ生成回路３６にも与えられる。
【００３３】
逆データ生成回路３６は、画像メモリ３０から出力された画素データＰＤの逆データを生成する回路であり、その出力信号は逆画素データ＃ＰＤとしてセレクタ３７に与えられる。従って、セレクタ３７には画像メモリ３０から出力された画素データＰＤと逆データ生成回路３６から出力された逆画素データ＃ＰＤとが入力され、セレクタ３７は、制御信号発生回路３１から与えられる制御信号ＣＳに従って何れかをデータドライバ３２へ出力する。データドライバ３２は、ピクセル電極４０の信号線のオン／オフをセレクタ３７から出力される画素データＰＤまたは逆画素データ＃ＰＤに従って制御する。
【００３４】
制御信号発生回路３１で発生された同期信号ＳＹＮは、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及び駆動電源３５とにも与えられる。スキャンドライバ３３は、その同期信号ＳＹＮに同期してピクセル電極４０の走査線のオン／オフを制御する。また、基準電圧発生回路３４は、その同期信号ＳＹＮに同期して基準電圧ＶＲを発生し、データドライバ３２及びスキャンドライバ３３に与える。バックライト制御回路及び駆動電源３５は、その同期信号ＳＹＮに同期して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を発光させる。
【００３５】
本発明では、液晶パネル２１のライン方向に応じてバックライト２２の発光領域が３つの発光領域２２１， ２２２， ２２３ に分割されており、これらの各発光領域２２１， ２２２， ２２３ は、バックライト制御回路及び駆動電源３５によって、夫々独立的に、その発光タイミング，発光色が制御されるようになっている。
【００３６】
このようなバックライト２２の発光領域の３分割に応じて、ＬＥＤアレイ７も３分割されており、更に、液晶パネル２１の表示領域も仮想的に３分割される。図５は、これらの分割の関係を示す模式図である。バックライト２２の発光領域が第１発光領域２２１ 〜第３発光領域２２３ に３分割され、それに対応して、ＬＥＤアレイ７が第１ＬＥＤアレイブロック７１〜第３ＬＥＤアレイブロック７３に３分割されており、液晶パネル２１の表示領域が第１表示領域２１１ 〜第３発光領域２１３ に３分割される。第１発光領域２２１ は第１ＬＥＤアレイブロック７１により発光制御されて第１表示領域２１１ を照らす。また、第２発光領域２２２ は第２ＬＥＤアレイブロック７２により発光制御されて第２表示領域２１２ を照らす。更に、第３発光領域２２３ は第３ＬＥＤアレイブロック７３により発光制御されて第３表示領域２１３ を照らす。本発明では、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ における発光色が異なっており、第１発光領域２２１ 〜第３発光領域２２３ の中の何れか１つの発光領域が赤を発光している期間において、他の２つの発光領域は緑，青を夫々発光する。
【００３７】
ここで、本発明の液晶表示装置の具体例について説明する。
まず、図２及び図３に示されている液晶パネル２１を以下のようにして作製した。個々のピクセル電極４０をピッチ０．２４ｍｍ×０．２４ｍｍで画素数を１０２４×７６８ のマトリクス状の対角１２．１インチとしてＴＦＴ基板を作製した。このような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、スピンコータにより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。
【００３８】
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、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間にナフタレン系液晶を主成分とする強誘電性液晶を封入して液晶層１３とした。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、液晶層１３の強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネル２１とした。
【００３９】
この液晶パネル２１と、赤，緑，青の時分割発光が可能であって、しかもその発光領域が４つの領域に分割されているバックライト２２とを重ね合わせた。このバックライト２２の発光タイミング，発光色は、液晶パネル２１のデータ書込み／消去走査に同期して制御される。
【００４０】
本発明における液晶表示装置の表示制御の一例について、図６のタイムチャートを参照して説明する。図６（ａ）はバックライト２２の各色のＬＥＤの発光タイミング、図６（ｂ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図６（ｃ）は液晶パネル２２の発色状態を夫々示す。
【００４１】
図６（ａ）に示すように、例えば１秒間に６０フレームの表示を行う場合、即ち、１フレームの期間が１／６０秒である場合には、この１フレームの期間を更に１／１８０ 秒ずつの３個のサブフレームに分割する。そして、あるサブフレーム（第ｎサブフレーム）期間中は、分割されている３つの各発光領域２２１， ２２２， ２２３ で赤，緑，青を同時に発光させ、次のサブフレーム（第ｎ＋１サブフレーム）期間中は、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ で緑，青，赤を同時に発光させ、更に次のサブフレーム（第ｎ＋２サブフレーム）期間中は、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ で青，赤，緑を同時に発光させる一連の処理を、１／６０秒を周期として繰り返す。
【００４２】
図６（ｂ）に示されているように、データドライバ３２及びスキャンドライバ３３により、液晶パネル２１に対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中にデータの書込み走査を２度行う。但し、１回目の走査（データ書込み走査）の開始タイミング（第１ラインへのタイミング）が各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また２回目の走査（データ消去走査）の終了タイミング（最終の第Ｌラインへのタイミング）が各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整する。よって、データ書込み／消去走査時間は各１／３６０ 秒となる。
【００４３】
１回目の書込み走査（データ書込み走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＣＳにより画像メモリ３０から画素データＰＤが出力され、セレクタ３７を経由してデータドライバ３２へ入力される。画像メモリ３０から出力された画素データＰＤに応じた電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、電界が印加されて透過率が調整され、画素データＰＤに対応した画像が表示される。その結果、フルカラー表示が行われる。
【００４４】
そして、２回目の書込み走査（データ消去走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＣＳにより画像メモリ３０から出力された画素データＰＤが、逆データ生成回路３６に入力される。逆データ生成回路３６から逆画素データ＃ＰＤが出力され、セレクタ３７において制御信号ＣＳによりこの逆画素データ＃ＰＤが選択される。このセレクタ３７から出力された逆画素データ＃ＰＤに対応した電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、液晶パネル２１の各画素には、１回目の書込み走査時に各画素に印加された電界と同一強度で逆極性の電界が印加される。これにより、液晶パネル２１の各画素の表示が消去される。
【００４５】
図７は、上述の例とは異なる手法のデータ書込み走査，データ消去走査を行う本発明の液晶表示装置の一構成例のブロック図である。図７において、図１と同一番号を付した部分は、同一または同様な部分を示す。このような構成におけるデータ書込み／消去動作について以下に説明する。
【００４６】
１回目の書込み走査（データ書込み走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＳＹＮにより画像メモリ３０から画素データＰＤが出力され、データドライバ３２へ入力される。画像メモリ３０から出力された画素データＰＤに応じた、図８のＡに示すような電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、電界が印加されて透過率が調整され、画素データＰＤに対応した画像が表示される。その結果、フルカラー表示が行われる。
【００４７】
そして、２回目の書込み走査（データ消去走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＳＹＮにより画像メモリ３０から画素データＰＤが出力され、データドライバ３２へ入力される。画像メモリ３０から出力された画素データＰＤに応じた、図８のＢに示すような電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、液晶パネル２１の各画素には、１回目の書込み走査時に各画素に印加された電界と同一強度で逆極性の電界が印加される。これにより、液晶パネル２１の各画素の表示が消去される。
【００４８】
なお、図８に示すような電圧は、制御信号ＳＹＮによって、基準電圧発生回路３４で作成される。
【００４９】
１回目の走査（データ書込み走査）と２回目の走査（データ消去走査）とで、液晶パネル２１の各画素に供給される信号の電圧は、同じ大きさで極性のみが異なるので、液晶への直流成分の印加が防止される。
【００５０】
本発明では、赤が発光している発光領域に対応する表示領域には赤の画素データに応じた電圧信号が供給され、緑が発光している発光領域に対応する表示領域には緑の画素データに応じた電圧信号が供給され、青が発光している発光領域に対応する表示領域には青の画素データに応じた電圧信号が供給される。第ｎサブフレームの期間中では、第１表示領域２１１ （第１ラインから第Ｌ／３ラインまで）には赤の画素データに応じた電圧信号が供給されて赤色の画像データが表示され、第２表示領域２１２ （第Ｌ／３＋１ラインから第２Ｌ／３ラインまで）には緑の画素データに応じた電圧信号が供給されて緑色の画像データが表示され、第３表示領域２１３ （第２Ｌ／３＋１ラインから第Ｌラインまで）には青の画素データに応じた電圧信号が供給されて青色の画像データが表示される。次の第ｎ＋１サブフレームの期間中では、第１表示領域２１１ には緑の画素データに応じた電圧信号が供給されて緑色の画像データが表示され、第２表示領域２１２ には青の画素データに応じた電圧信号が供給されて青色の画像データが表示され、第３表示領域２１３ には赤の画素データに応じた電圧信号が供給されて赤色の画像データが表示される。更に次の第ｎ＋２サブフレームの期間中では、第１表示領域２１１ には青の画素データに応じた電圧信号が供給されて青色の画像データが表示され、第２表示領域２１２ には赤の画素データに応じた電圧信号が供給されて赤色の画像データが表示され、第３表示領域２１３ には緑の画素データに応じた電圧信号が供給されて緑色の画像データが表示される。以上のような一連の処理が、１／６０秒を周期として繰り返される。
【００５１】
従来の液晶表示装置では、各サブフレームの期間中において液晶パネル２１の全表示領域が単色発光されているので、瞬き等によって観察者がバックライト２２の発光色を観察して画質劣化を感じることがあったが、本発明では、瞬きした瞬間に赤，緑，青の表示データを観察できるので、このような画質劣化を感じることはない。
【００５２】
本発明の液晶表示装置の表示制御の他の例について、図９のタイムチャートを参照して説明する。図９（ａ）はバックライト２２の各色のＬＥＤの発光タイミング、図９（ｂ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図９（ｃ）は液晶パネル２２の発色状態を夫々示す。
【００５３】
この表示制御例では、液晶パネル２１の走査と同期させてバックライト２２を発光，消灯させる。即ち、バックライト２２の３つの発光領域２２１， ２２２， ２２３ の発光タイミングをずらせる。具体的には、図９（ａ）に示すように、バックライト２２の第１発光領域２２１ に対応する液晶パネル２１の第１表示領域２１１ の各ラインが走査されている期間においては第１ＬＥＤアレイブロック７１を発光させ、第２発光領域２２２ に対応する第２表示領域２１２ の各ラインが走査されている期間においては第２ＬＥＤアレイブロック７２を発光させ、第３発光領域２２３ に対応する第３表示領域２１３ の各ラインが走査されている期間においては第３ＬＥＤアレイブロック７３を発光させる。
【００５４】
従って、例えば赤，緑，青の各サブフレームの期間を１／１８０ 秒、液晶パネル２１へのデータの書込み／消去走査時間を各１／３６０ 秒とした場合に、各発光領域２２１ 〜２２３ のサブフレーム内における発光時間は上記制御例（１／１８０ 秒）に比して短くでき、バックライト２２の利用効率の向上を図れて、消費電力が少なくて済む。この際、液晶パネル２１の各画素が表示状態（データ書込み状態）になる時間は、上記制御例と同様に１／３６０ 秒となり、表示輝度に影響を与えることはない。逆に、液晶パネル２１の各画素が非表示状態である期間において、バックライト２２が消灯している期間が長くなるので、コントラスト比の向上を図れる。
【００５５】
本発明の液晶表示装置の表示制御の更に他の例について説明する。この例では、分割されている３つの発光領域２２１， ２２２， ２２３ は、バックライト制御回路及び駆動電源３５によって、夫々独立的に、その発光タイミング及び発光色に加えて、その発光強度も制御されるようになっていて、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ における発光強度が異なっている。よって、各表示領域２１１， ２１２， ２１３ における光透過率に応じて、対応する各発光領域２２１， ２２２， ２２３ の発光強度を制御して、液晶パネル２１の表示領域での輝度ムラをなくすことができる。また、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ の何れか１つの発光領域における発光強度を他の発光領域における発光強度よりも大きくして、それに対応する表示領域のみの輝度を選択的に他の表示領域の輝度より大きくすることができる。
【００５６】
なお、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ における発光強度を異ならせるためには、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ に対応するＬＥＤアレイブロック７１，７２，７３自体の発光強度を異ならせても良いし、導光板＋光拡散板６の制御によってその発光強度の相違を実現しても良い。
【００５７】
なお、上記実施例では、液晶材料として、強誘電性液晶を用いたが、強誘電性液晶以外の液晶、例えば、反強誘電性液晶，ネマティック液晶等を用いるようにしても、同様の効果が得られる。
【００５８】
また、バックライトの発光領域の分割数を３としたが、これは例示であり、その分割数は任意で良いことは言うまでもない。但し、制御動作の容易さを考慮すれば、３以外では、６，９等３の倍数であることが好ましい。この分割数を多くすればするほど、問題となっていた画質劣化はより改善される。
【００５９】
上述した実施の形態では、複数の発光領域に対応してバックライトの光源が分割されているので、各光源の発光色を調整することにより、発光色の制御を容易に行える。また、液晶パネルに対する走査に同期して、バックライトの各発光領域における発光色を制御するので、色データに応じた正しい色発光を行える。また、バックライトの各発光領域で異なる単色光を発光させるので、常にそれらの異なる単色光が混じり合って、画質劣化は抑制される。また、バックライトが３色（赤， 緑， 青）の各色のＬＥＤと、これらのＬＥＤが発光した光を拡散する拡散板と、ＬＥＤが発光した光を液晶パネルの一面に導く導光板とで構成されているので、バックライトからの透過光が一様になる。また、液晶パネルの液晶物質が強誘電性液晶物質または反強誘電性液晶物質であるので、高速なオン／オフ制御が可能であり、バックライトの発光制御に十分対応可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶表示装置では、バックライトの発光領域を分割し、各発光領域における発光色を異ならせるようにしたので、観察者の瞬き等で発生する画質劣化を低減することが可能となる。また、液晶パネルの書込み／消去走査に合わせて各発光領域の発光／消灯タイミングを制御するようにしたので、バックライトの利用効率を高くすることができる。更に、液晶パネルの光透過率に応じて、各発光領域における発光強度を制御するようにしたので、表示領域における輝度ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の一全体例のブロック図である。
【図２】本発明の液晶表示装置に使用され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３】本発明の液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図４】ＬＥＤアレイの構成例を示す模式図である。
【図５】バックライトの発光領域，ＬＥＤアレイ及び液晶パネルの表示領域の分割状態を示す模式図である。
【図６】本発明の液晶表示装置における表示制御の一例のタイムチャートである。
【図７】本発明の液晶表示装置の他の全体例のブロック図である。
【図８】液晶パネルの駆動電圧と階調数との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の液晶表示装置における表示制御の他の例のタイムチャートである。
【図１０】従来の液晶表示装置における表示制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
６ 導光板＋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
３０ 画像メモリ
３１ 制御信号発生回路
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及び駆動電源
３６ 逆データ生成回路
３７ セレクタ
４０ ピクセル電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、３色光のバックライトを時分割発光させてフルカラー表示を行うカラー光源型の液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のいわゆるオフィスオートメーション（ＯＡ）の進展に伴って、ワードプロセッサ，パーソナルコンピュータ等に代表されるＯＡ機器が広く使用されるようになっている。更にこのようなオフィスでのＯＡ機器の普及は、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型のＯＡ機器の需要を発生しており、それらの小型・軽量化が要望されるようになっている。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。特に、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ＯＡ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。
【０００３】
ところで、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いため視認性に劣るが安価であることから、電卓，時計等の単一色（例えば白／黒表示等）の表示装置として広く普及しているが、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不向きである。このため、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透過型が使用される。
【０００４】
一方、現在のカラー液晶表示装置は、使用される液晶物質の面からＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）タイプとＴＦＴ−ＴＮ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）タイプとに一般的に分類される。ＳＴＮタイプは製造コストは比較的安価であるが、クロストークが発生し易く、また応答速度が比較的遅いため、動画の表示には適さないという問題がある。一方、ＴＦＴ−ＴＮタイプは、ＳＴＮタイプに比して表示品質は高いが、液晶パネルの透過率が現状では４％程度しかないため高輝度のバックライトが必要になる。このため、ＴＦＴ−ＴＮタイプではバックライトによる消費電力が大きくなってバッテリ電源を携帯する場合の使用には問題がある。また、ＴＦＴ−ＴＮタイプには、応答速度、特に中間調の応答速度が遅い、視野角が狭い、カラーバランスの調整が難しい等の問題もある。
【０００５】
更に、従来の透過型液晶表示装置は、白色光のバックライトを使用し、３原色のカラーフィルタで白色光を選択的に透過させることによりマルチカラーまたはフルカラー表示を行うように構成されたカラーフィルタ型が一般的であった。しかしこのようなカラーフィルタ型では、隣合う３色のカラーフィルタの範囲を１単位として表示画素を構成するため、実質的には解像度が１／３に低下することになる。
【０００６】
以上のような観点から、液晶素子として印加電界に対する応答速度が高速な強誘電性液晶素子または反強誘電性液晶素子を使用し、同一画素を３原色で時分割発光させることにより実質的な解像度の低下を招くことがないカラー液晶表示装置が提案されている（特開平７−２８１１５０号公報等）。
【０００７】
このカラー液晶表示装置は、数百〜数μ秒オーダの高速応答が可能な強誘電性液晶素子または反強誘電性液晶素子を用いた液晶パネルと、赤，緑，青色光が時分割で発光可能なバックライトとを組み合わせ、液晶素子のスイッチングとバックライトの発光とを同期させることによって、カラー表示が可能である。液晶材料として、強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いると、液晶分子が印加電圧の有無には拘らず基板 （ガラス基板） に対して常時平行であるので、視野角が極めて広くなって、実用上問題はない。更に、赤， 緑， 青の発光ダイオード（ＬＥＤ）によるバックライトを用いた場合、各ＬＥＤに流す電流を制御することにより、カラーバランスを調整することが可能になる。
【０００８】
図１０は、このようなカラー液晶表示装置における従来の表示制御の一例を示すタイムチャートであり、図１０（ａ）はバックライトの各色のＬＥＤの発光タイミング、図１０（ｂ）は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図１０（ｃ）は液晶パネルの発色状態を夫々示す。
【０００９】
図１０（ａ）に示されているように、バックライトのＬＥＤを例えば１／１８０ 秒毎に赤，緑，青の順で順次発光させ、それと同期して液晶パネルの各画素をライン単位でスイッチングすることにより表示を行う。なお、１秒間に６０フレームの表示を行う場合、１フレームの期間は１／６０秒になり、この１フレームの期間を更に１／１８０ 秒ずつの３サブフレームに分割し、例えば図１０（ａ）に示す例では第１番目のサブフレームにおいて赤のＬＥＤを、第２番目のサブフレームにおいて緑のＬＥＤを、第３番目のサブフレームにおいて青のＬＥＤを夫々発光させる。
【００１０】
一方、図１０（ｂ） に示されているように、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データ走査を２度行う。但し、１回目の走査（データ書込み走査）の開始タイミング（第１ラインへのタイミング）が各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また２回目の走査（データ消去走査）の終了タイミング（最終ラインへのタイミング）が各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整する。
【００１１】
データ書込み走査にあっては、液晶パネルの各画素には画素データに応じた電圧が供給され、透過率の調整が行われる。これによって、フルカラー表示が可能となる。データ消去走査にあっては、データ書込み走査時と同電圧で逆極性の電圧が液晶パネルの各画素に供給され、液晶パネルの各画素の表示が消去され、液晶への直流成分の印加が防止される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の時分割型カラー液晶表示装置では、各サブフレームの期間にあってバックライトの発光が全面単色であるので、観察者が瞬きをした瞬間または視界が遮られた直後のように、液晶パネルと観察者の眼球との間でシャッタリングがなされた場合には、表示画像でなくバックライトの発色光のみを観察することになって、あたかも虹模様のように観察され、画質が低下するという問題がある。
【００１３】
観察者にとっては気になるこのような画質劣化をなくす方法として、フレーム周波数を増加させる方法が考えられる。この方法は、現状６０Ｈｚであるフレーム周波数を制御回路で制御し易い１２０ Ｈｚ，１８０ Ｈｚのような６０Ｈｚの整数倍に増加させて、バックライトの単色発光時間を短くして、観察者が瞬きをした瞬間でも複数の発光色を観察できるようにする方法である。
【００１４】
制御回路がソースドライバへデータを転送する時間ｔは、下記（１）式で示される。
ｔ＝（ｂ×ｐ×ａ）／（ｆ×ｃ×ｎ×Ｌ×ｍ） …（１）
但し、 ｆ：フレーム周波数
ｃ：１フレーム中の発光色数
ｎ：単色発光中に液晶パネルにデータを書き込む回数
Ｌ：液晶パネルのライン数
ｍ：１ライン当たりの画素数
ｂ：ソースドライバに入力するデータ数
（通常の場合はＲＧＢデータの入力端子数でありｂ＝３）
ｐ：ソースドライバのポート数
ａ：ＴＦＴパネルの上下分割数
この（１）式に基づいて、データ転送時間を求めると、表１のようになる。
【００１５】
【表１】
一般的に、論理回路は１０ｎｓ以上の時間があれば動作するが、ソースドライバには動作クロックの上限がある。現在製品化されているドライバのクロック周波数は、５５ＭＨｚ（ｔ＝１８．１ｎｓ），６５ＭＨｚ（ｔ＝１５．３ｎｓ），７５ＭＨｚ（ｔ＝１３．３ｎｓ）である。従って、ドライバの能力を考慮すると、表２〜表４に示すように表示サイズによって駆動できるフレーム周波数が決定される。表２〜表４において、太線で囲まれた表示サイズパネルは、画質が改善されないことを示す。この表２〜表４から、表示サイズを小さくし、高速で動作するデータ入力端子数が多い（２ポート以上）ドライバを用いない限り、画質改善は望めないことは明らかである。
【００１７】
【表２】
【表３】
【表４】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、観察者の瞬き等によって発生する画質劣化を低減できる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る液晶表示装置は、複数の液晶画素及び前記液晶画素の夫々に対応して設けられた複数のスイッチング素子を有する強誘電性または反強誘電性の液晶パネルと、該液晶パネルの背面に配置され、３色光を時分割発光するバックライトとを備え、前記液晶パネルはサブフレーム内反転駆動によるデータ書込み走査とデータ消去走査とによる駆動を実施し、夫々の走査期間内で前記各液晶画素に与えられる３色のデータに対応して前記スイッチング素子をオン／オフ駆動し、そのオン／オフ駆動に同期して前記バックライトを時分割発光させ、時分割発光する間に前記各液晶画素に対する走査を行ってカラー表示を行う液晶表示装置において、前記スイッチング素子のオン／オフ駆動の走査の開始と同時に前記バックライトの発光色を切り換えるようにしており、前記バックライトの発光領域が複数の領域に分割されており、分割された少なくとも隣合う両発光領域の発光色が異なっていることを特徴とする。
【００２２】
画質劣化の原因は、瞬き等によって観察者がバックライトの全面単色光を観察できてしまう点にある。よって、請求項１の液晶表示装置にあっては、３色光を各別に発光可能なバックライトの発光領域が、少なくとも２つ以上の領域に分割されており、各領域における発光色を同一でないようにしている。バックライトの発光領域を分割し、分割された各発光領域で異なる色の光を同時に発光している場合には、瞬きの間にバックライトの発光を観察したときに空間的に各色の光が混じりあうので、各発光色が観察されても夫々の発光色として認識されにくく、その結果、単色発光時に観察されるような画質劣化は発生しない。
【００２３】
請求項２に係る液晶表示装置は、請求項１において、前記各液晶画素に対する走査に同期して、前記バックライトの分割された各発光領域における発光，消灯を切り換える切換回路を備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項２の液晶表示装置にあっては、液晶パネルに対する走査に同期して、バックライトの各発光領域における発光タイミングを制御する。よって、各発光領域にあって必要な期間においてのみ発光させることにより、バックライトの利用効率を向上できる。
【００２５】
請求項３に係る液晶表示装置は、請求項１または２において、分割された各発光領域の発光強度が異なっていることを特徴とする。
【００２６】
請求項３の液晶表示装置にあっては、分割された各発光領域における発光強度を同一でないようにしている。液晶パネルの走査に伴って、液晶パネルの表示領域における光透過率は一定でない。よって、光透過率が低い表示領域に対応する領域ではバックライトの発光強度を大きくし、光透過率が高い表示領域に対応する領域ではその発光強度を小さくする。よって、光透過率が異なっていても、輝度ムラは発生せず、表示輝度が全域で均一となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る液晶表示装置の一全体例のブロック図、図２はその液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、図３は液晶パネル及びバックライトの構成例を示す模式図、図４はバックライトの光源であるＬＥＤアレイの構成例を示す模式図である。
【００２８】
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及びバックライトを夫々示している。なお、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及び導光板＋光拡散板６で構成されている。
【００２９】
液晶パネル２１は図２及び図３に示されているように、２枚の偏光フィルム１，５間の構造として構成されている。具体的には、液晶パネル２１は上側から下側に、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個々の表示画素に対応したピクセル電極４０が形成されている。これら共通電極３及びピクセル電極４０間には後述するデータドライバ３２及びスキャンドライバ３３等よりなる液晶駆動制御手段５０が接続されている。なお、個々のピクセル電極４０はＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ） ４１によりオン／オフ制御され、個々のＴＦＴ４１はデータドライバ３２により信号線４２を、スキャンドライバ３３により走査線４３を夫々選択的にオン／オフすることにより駆動される。そして、信号線４２からの信号により、個々のピクセルの透過光強度が制御される。
【００３０】
ガラス基板４上のピクセル電極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が夫々配置され、これらの両配向膜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の層厚を適宜に保持するためのスペーサである。
【００３１】
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板＋光拡散板６の一辺から突出した状態でＬＥＤアレイ７が備えられている。このＬＥＤアレイ７は図４にその模式図が示されているように、導光板＋光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤが順次的且つ反復して配列されている。導光板＋光拡散板６はこのＬＥＤアレイ７の各ＬＥＤから発光される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。
【００３２】
図１において、画像メモリ３０には液晶パネル２１により表示されるべき表示データＤＤが外部の例えばパーソナルコンピュータ等から与えられる。画像メモリ３０は、この表示データＤＤを一旦記憶した後、各画素単位のデータ（以下、画素データＰＤと言う） を制御信号発生回路３１が発生する同期信号ＳＹＮに同期して出力する。この画像メモリ３０から出力された画素データＰＤは、そのままセレクタ３７に入力されると共に、逆データ生成回路３６にも与えられる。
【００３３】
逆データ生成回路３６は、画像メモリ３０から出力された画素データＰＤの逆データを生成する回路であり、その出力信号は逆画素データ＃ＰＤとしてセレクタ３７に与えられる。従って、セレクタ３７には画像メモリ３０から出力された画素データＰＤと逆データ生成回路３６から出力された逆画素データ＃ＰＤとが入力され、セレクタ３７は、制御信号発生回路３１から与えられる制御信号ＣＳに従って何れかをデータドライバ３２へ出力する。データドライバ３２は、ピクセル電極４０の信号線のオン／オフをセレクタ３７から出力される画素データＰＤまたは逆画素データ＃ＰＤに従って制御する。
【００３４】
制御信号発生回路３１で発生された同期信号ＳＹＮは、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及び駆動電源３５とにも与えられる。スキャンドライバ３３は、その同期信号ＳＹＮに同期してピクセル電極４０の走査線のオン／オフを制御する。また、基準電圧発生回路３４は、その同期信号ＳＹＮに同期して基準電圧ＶＲを発生し、データドライバ３２及びスキャンドライバ３３に与える。バックライト制御回路及び駆動電源３５は、その同期信号ＳＹＮに同期して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を発光させる。
【００３５】
本発明では、液晶パネル２１のライン方向に応じてバックライト２２の発光領域が３つの発光領域２２１， ２２２， ２２３ に分割されており、これらの各発光領域２２１， ２２２， ２２３ は、バックライト制御回路及び駆動電源３５によって、夫々独立的に、その発光タイミング，発光色が制御されるようになっている。
【００３６】
このようなバックライト２２の発光領域の３分割に応じて、ＬＥＤアレイ７も３分割されており、更に、液晶パネル２１の表示領域も仮想的に３分割される。図５は、これらの分割の関係を示す模式図である。バックライト２２の発光領域が第１発光領域２２１ 〜第３発光領域２２３ に３分割され、それに対応して、ＬＥＤアレイ７が第１ＬＥＤアレイブロック７１〜第３ＬＥＤアレイブロック７３に３分割されており、液晶パネル２１の表示領域が第１表示領域２１１ 〜第３発光領域２１３ に３分割される。第１発光領域２２１ は第１ＬＥＤアレイブロック７１により発光制御されて第１表示領域２１１ を照らす。また、第２発光領域２２２ は第２ＬＥＤアレイブロック７２により発光制御されて第２表示領域２１２ を照らす。更に、第３発光領域２２３ は第３ＬＥＤアレイブロック７３により発光制御されて第３表示領域２１３ を照らす。本発明では、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ における発光色が異なっており、第１発光領域２２１ 〜第３発光領域２２３ の中の何れか１つの発光領域が赤を発光している期間において、他の２つの発光領域は緑，青を夫々発光する。
【００３７】
ここで、本発明の液晶表示装置の具体例について説明する。
まず、図２及び図３に示されている液晶パネル２１を以下のようにして作製した。個々のピクセル電極４０をピッチ０．２４ｍｍ×０．２４ｍｍで画素数を１０２４×７６８ のマトリクス状の対角１２．１インチとしてＴＦＴ基板を作製した。このような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、スピンコータにより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。
【００３８】
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、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間にナフタレン系液晶を主成分とする強誘電性液晶を封入して液晶層１３とした。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、液晶層１３の強誘電性液晶分子が一方に傾いた場合に暗状態になるようにして挟んで液晶パネル２１とした。
【００３９】
この液晶パネル２１と、赤，緑，青の時分割発光が可能であって、しかもその発光領域が４つの領域に分割されているバックライト２２とを重ね合わせた。このバックライト２２の発光タイミング，発光色は、液晶パネル２１のデータ書込み／消去走査に同期して制御される。
【００４０】
本発明における液晶表示装置の表示制御の一例について、図６のタイムチャートを参照して説明する。図６（ａ）はバックライト２２の各色のＬＥＤの発光タイミング、図６（ｂ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図６（ｃ）は液晶パネル２２の発色状態を夫々示す。
【００４１】
図６（ａ）に示すように、例えば１秒間に６０フレームの表示を行う場合、即ち、１フレームの期間が１／６０秒である場合には、この１フレームの期間を更に１／１８０ 秒ずつの３個のサブフレームに分割する。そして、あるサブフレーム（第ｎサブフレーム）期間中は、分割されている３つの各発光領域２２１， ２２２， ２２３ で赤，緑，青を同時に発光させ、次のサブフレーム（第ｎ＋１サブフレーム）期間中は、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ で緑，青，赤を同時に発光させ、更に次のサブフレーム（第ｎ＋２サブフレーム）期間中は、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ で青，赤，緑を同時に発光させる一連の処理を、１／６０秒を周期として繰り返す。
【００４２】
図６（ｂ）に示されているように、データドライバ３２及びスキャンドライバ３３により、液晶パネル２１に対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中にデータの書込み走査を２度行う。但し、１回目の走査（データ書込み走査）の開始タイミング（第１ラインへのタイミング）が各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また２回目の走査（データ消去走査）の終了タイミング（最終の第Ｌラインへのタイミング）が各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整する。よって、データ書込み／消去走査時間は各１／３６０ 秒となる。
【００４３】
１回目の書込み走査（データ書込み走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＣＳにより画像メモリ３０から画素データＰＤが出力され、セレクタ３７を経由してデータドライバ３２へ入力される。画像メモリ３０から出力された画素データＰＤに応じた電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、電界が印加されて透過率が調整され、画素データＰＤに対応した画像が表示される。その結果、フルカラー表示が行われる。
【００４４】
そして、２回目の書込み走査（データ消去走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＣＳにより画像メモリ３０から出力された画素データＰＤが、逆データ生成回路３６に入力される。逆データ生成回路３６から逆画素データ＃ＰＤが出力され、セレクタ３７において制御信号ＣＳによりこの逆画素データ＃ＰＤが選択される。このセレクタ３７から出力された逆画素データ＃ＰＤに対応した電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、液晶パネル２１の各画素には、１回目の書込み走査時に各画素に印加された電界と同一強度で逆極性の電界が印加される。これにより、液晶パネル２１の各画素の表示が消去される。
【００４５】
図７は、上述の例とは異なる手法のデータ書込み走査，データ消去走査を行う本発明の液晶表示装置の一構成例のブロック図である。図７において、図１と同一番号を付した部分は、同一または同様な部分を示す。このような構成におけるデータ書込み／消去動作について以下に説明する。
【００４６】
１回目の書込み走査（データ書込み走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＳＹＮにより画像メモリ３０から画素データＰＤが出力され、データドライバ３２へ入力される。画像メモリ３０から出力された画素データＰＤに応じた、図８のＡに示すような電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、電界が印加されて透過率が調整され、画素データＰＤに対応した画像が表示される。その結果、フルカラー表示が行われる。
【００４７】
そして、２回目の書込み走査（データ消去走査）においては、制御信号発生回路３１の制御信号ＳＹＮにより画像メモリ３０から画素データＰＤが出力され、データドライバ３２へ入力される。画像メモリ３０から出力された画素データＰＤに応じた、図８のＢに示すような電圧の信号がデータドライバ３２から液晶パネル２１の各画素に供給される。これにより、液晶パネル２１の各画素には、１回目の書込み走査時に各画素に印加された電界と同一強度で逆極性の電界が印加される。これにより、液晶パネル２１の各画素の表示が消去される。
【００４８】
なお、図８に示すような電圧は、制御信号ＳＹＮによって、基準電圧発生回路３４で作成される。
【００４９】
１回目の走査（データ書込み走査）と２回目の走査（データ消去走査）とで、液晶パネル２１の各画素に供給される信号の電圧は、同じ大きさで極性のみが異なるので、液晶への直流成分の印加が防止される。
【００５０】
本発明では、赤が発光している発光領域に対応する表示領域には赤の画素データに応じた電圧信号が供給され、緑が発光している発光領域に対応する表示領域には緑の画素データに応じた電圧信号が供給され、青が発光している発光領域に対応する表示領域には青の画素データに応じた電圧信号が供給される。第ｎサブフレームの期間中では、第１表示領域２１１ （第１ラインから第Ｌ／３ラインまで）には赤の画素データに応じた電圧信号が供給されて赤色の画像データが表示され、第２表示領域２１２ （第Ｌ／３＋１ラインから第２Ｌ／３ラインまで）には緑の画素データに応じた電圧信号が供給されて緑色の画像データが表示され、第３表示領域２１３ （第２Ｌ／３＋１ラインから第Ｌラインまで）には青の画素データに応じた電圧信号が供給されて青色の画像データが表示される。次の第ｎ＋１サブフレームの期間中では、第１表示領域２１１ には緑の画素データに応じた電圧信号が供給されて緑色の画像データが表示され、第２表示領域２１２ には青の画素データに応じた電圧信号が供給されて青色の画像データが表示され、第３表示領域２１３ には赤の画素データに応じた電圧信号が供給されて赤色の画像データが表示される。更に次の第ｎ＋２サブフレームの期間中では、第１表示領域２１１ には青の画素データに応じた電圧信号が供給されて青色の画像データが表示され、第２表示領域２１２ には赤の画素データに応じた電圧信号が供給されて赤色の画像データが表示され、第３表示領域２１３ には緑の画素データに応じた電圧信号が供給されて緑色の画像データが表示される。以上のような一連の処理が、１／６０秒を周期として繰り返される。
【００５１】
従来の液晶表示装置では、各サブフレームの期間中において液晶パネル２１の全表示領域が単色発光されているので、瞬き等によって観察者がバックライト２２の発光色を観察して画質劣化を感じることがあったが、本発明では、瞬きした瞬間に赤，緑，青の表示データを観察できるので、このような画質劣化を感じることはない。
【００５２】
本発明の液晶表示装置の表示制御の他の例について、図９のタイムチャートを参照して説明する。図９（ａ）はバックライト２２の各色のＬＥＤの発光タイミング、図９（ｂ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図９（ｃ）は液晶パネル２２の発色状態を夫々示す。
【００５３】
この表示制御例では、液晶パネル２１の走査と同期させてバックライト２２を発光，消灯させる。即ち、バックライト２２の３つの発光領域２２１， ２２２， ２２３ の発光タイミングをずらせる。具体的には、図９（ａ）に示すように、バックライト２２の第１発光領域２２１ に対応する液晶パネル２１の第１表示領域２１１ の各ラインが走査されている期間においては第１ＬＥＤアレイブロック７１を発光させ、第２発光領域２２２ に対応する第２表示領域２１２ の各ラインが走査されている期間においては第２ＬＥＤアレイブロック７２を発光させ、第３発光領域２２３ に対応する第３表示領域２１３ の各ラインが走査されている期間においては第３ＬＥＤアレイブロック７３を発光させる。
【００５４】
従って、例えば赤，緑，青の各サブフレームの期間を１／１８０ 秒、液晶パネル２１へのデータの書込み／消去走査時間を各１／３６０ 秒とした場合に、各発光領域２２１ 〜２２３ のサブフレーム内における発光時間は上記制御例（１／１８０ 秒）に比して短くでき、バックライト２２の利用効率の向上を図れて、消費電力が少なくて済む。この際、液晶パネル２１の各画素が表示状態（データ書込み状態）になる時間は、上記制御例と同様に１／３６０ 秒となり、表示輝度に影響を与えることはない。逆に、液晶パネル２１の各画素が非表示状態である期間において、バックライト２２が消灯している期間が長くなるので、コントラスト比の向上を図れる。
【００５５】
本発明の液晶表示装置の表示制御の更に他の例について説明する。この例では、分割されている３つの発光領域２２１， ２２２， ２２３ は、バックライト制御回路及び駆動電源３５によって、夫々独立的に、その発光タイミング及び発光色に加えて、その発光強度も制御されるようになっていて、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ における発光強度が異なっている。よって、各表示領域２１１， ２１２， ２１３ における光透過率に応じて、対応する各発光領域２２１， ２２２， ２２３ の発光強度を制御して、液晶パネル２１の表示領域での輝度ムラをなくすことができる。また、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ の何れか１つの発光領域における発光強度を他の発光領域における発光強度よりも大きくして、それに対応する表示領域のみの輝度を選択的に他の表示領域の輝度より大きくすることができる。
【００５６】
なお、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ における発光強度を異ならせるためには、各発光領域２２１， ２２２， ２２３ に対応するＬＥＤアレイブロック７１，７２，７３自体の発光強度を異ならせても良いし、導光板＋光拡散板６の制御によってその発光強度の相違を実現しても良い。
【００５７】
なお、上記実施例では、液晶材料として、強誘電性液晶を用いたが、強誘電性液晶以外の液晶、例えば、反強誘電性液晶，ネマティック液晶等を用いるようにしても、同様の効果が得られる。
【００５８】
また、バックライトの発光領域の分割数を３としたが、これは例示であり、その分割数は任意で良いことは言うまでもない。但し、制御動作の容易さを考慮すれば、３以外では、６，９等３の倍数であることが好ましい。この分割数を多くすればするほど、問題となっていた画質劣化はより改善される。
【００５９】
上述した実施の形態では、複数の発光領域に対応してバックライトの光源が分割されているので、各光源の発光色を調整することにより、発光色の制御を容易に行える。また、液晶パネルに対する走査に同期して、バックライトの各発光領域における発光色を制御するので、色データに応じた正しい色発光を行える。また、バックライトの各発光領域で異なる単色光を発光させるので、常にそれらの異なる単色光が混じり合って、画質劣化は抑制される。また、バックライトが３色（赤， 緑， 青）の各色のＬＥＤと、これらのＬＥＤが発光した光を拡散する拡散板と、ＬＥＤが発光した光を液晶パネルの一面に導く導光板とで構成されているので、バックライトからの透過光が一様になる。また、液晶パネルの液晶物質が強誘電性液晶物質または反強誘電性液晶物質であるので、高速なオン／オフ制御が可能であり、バックライトの発光制御に十分対応可能である。
【００６０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の液晶表示装置では、バックライトの発光領域を分割し、各発光領域における発光色を異ならせるようにしたので、観察者の瞬き等で発生する画質劣化を低減することが可能となる。また、液晶パネルの書込み／消去走査に合わせて各発光領域の発光／消灯タイミングを制御するようにしたので、バックライトの利用効率を高くすることができる。更に、液晶パネルの光透過率に応じて、各発光領域における発光強度を制御するようにしたので、表示領域における輝度ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置の一全体例のブロック図である。
【図２】本発明の液晶表示装置に使用され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３】本発明の液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図４】ＬＥＤアレイの構成例を示す模式図である。
【図５】バックライトの発光領域，ＬＥＤアレイ及び液晶パネルの表示領域の分割状態を示す模式図である。
【図６】本発明の液晶表示装置における表示制御の一例のタイムチャートである。
【図７】本発明の液晶表示装置の他の全体例のブロック図である。
【図８】液晶パネルの駆動電圧と階調数との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の液晶表示装置における表示制御の他の例のタイムチャートである。
【図１０】従来の液晶表示装置における表示制御のタイムチャートである。
【符号の説明】
６ 導光板＋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
３０ 画像メモリ
３１ 制御信号発生回路
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及び駆動電源
３６ 逆データ生成回路
３７ セレクタ
４０ ピクセル電極
Claims (3)
- 複数の液晶画素及び前記液晶画素の夫々に対応して設けられた複数のスイッチング素子を有する強誘電性または反強誘電性の液晶パネルと、該液晶パネルの背面に配置され、３色光を時分割発光するバックライトとを備え、前記液晶パネルはサブフレーム内反転駆動によるデータ書込み走査とデータ消去走査とによる駆動を実施し、夫々の走査期間内で前記各液晶画素に与えられる３色のデータに対応して前記スイッチング素子をオン／オフ駆動し、そのオン／オフ駆動に同期して前記バックライトを時分割発光させ、時分割発光する間に前記各液晶画素に対する走査を行ってカラー表示を行う液晶表示装置において、前記スイッチング素子のオン／オフ駆動の走査の開始と同時に前記バックライトの発光色を切り換えるようにしており、前記バックライトの発光領域が複数の領域に分割されており、分割された少なくとも隣合う両発光領域の発光色が異なっていることを特徴とする液晶表示装置。
- 前記各液晶画素に対する走査に同期して、前記バックライトの分割された各発光領域における発光，消灯を切り換える切換回路を備える請求項１記載の液晶表示装置。
- 分割された各発光領域の発光強度が異なっている請求項１または２記載の液晶表示装置。
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