JP3645375B2 - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーの画像を表示する表示装置に関し、特に表示サブフィールド毎に異なるカラーの画像を表示し、人間の目の時間軸の合成作用を用いて混色させて多色表示を得るフィールド順次型の表示装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィールド順次型の表示装置の一つの方式は、サブフィールド毎に異なる波長の光の表示情報を表示する広帯域の波長の光を発光する表示部と、該広帯域の波長の光からサブフィールド毎に特定の波長域の光を選別する可変フィルタ部を有する方式である。白黒ＣＲＴに赤、緑、青の３色に変化する液晶シャッタ−を組み合わせて、高密度カラ−ＣＲＴを実現している。
【０００３】
フィールド順次型の表示装置の他の方式は、異なる波長の光を発光しうる光源部と、該光源部が発光する光を表示情報に基づいて制御するシャッタ部とを有し、光源部はサブフィールド毎に特定のカラーを発光させ、それに対応してシャッタ部を制御する方式である。
【０００４】
カラー光源としては、蛍光ランプやＬＥＤが考えられる。特に近年、青色発光のＬＥＤが開発された事により３原色のＬＥＤに、構成の単純な白黒シャッタを組み合わせる事で、フィールド順次型のカラー表示装置が可能となってきた。このフィ−ルド順次型のカラ−表示装置は、カラ−フィルタ−などの色部材が必要ない低価格のシャッタを利用でき、オ−ディオや計測器の表示装置として実用化が検討されている。
【０００５】
フィールド順次型の表示装置の一例を図２に示す。異なる波長の光を発光し、それぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源からなる光源部を有する。すなわち、カラ−光源として、赤、緑、青の３色のＬＥＤ（発光ダイオード）からなる光源部１を有する。光源部１は複数の３色ＬＥＤ４が配置されたＬＥＤボックス３と拡散板５からなる。光源部１は光源駆動回路２８により駆動される。
【０００６】
さらに該光源部１が発光する光の透過率を制御するシャッタ部を有する。図２の例では液晶素子による液晶シャッタ部２２を用いている。液晶シャッタ部２２は文字数字の表示可能な表示セグメント２６を有する。液晶シャッタ部２２はシャッタ制御回路２９により制御される。シャッタ制御回路２９と光源駆動回路２８は接続され、同一時期に動作するように同期が制御されている。
【０００７】
図３に従来例のフィールド順次型のカラー表示装置のブロック図を示す。光源部１は赤光源Ｒ、緑光源Ｇ、青光源Ｂからなり、光源駆動回路２８から供給される赤光源点灯信号Ｌｒ、緑光源点灯信号Ｌｇ、青光源点灯信号Ｌｂによって点灯される。液晶シャッタ部２２は複数のデ−タ電極２０と１つのコモン電極２１から構成され、シャッタ制御回路２９から供給されるデータ信号Ｄとコモン信号Ｃによってスタティック駆動される。
【０００８】
図４に図３の例のフィールド順次型カラー表示装置に於ける各信号の波形と、駆動電圧が２０Ｖの場合の液晶シャッタ部２２の光学応答特性を示す。液晶シャッタ部２２を交流駆動する為に２つのフィールドｆ１、ｆ２を用い、それぞれのフィールドは３つのサブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢからなる。
【０００９】
赤光源点灯信号ＬｒはサブフィールドｆＲでのみ点灯し、他のサブフィールドｆＧ、ｆＢでは非点灯となる。同様に、緑光源点灯信号ＬｇはサブフィールドｆＧでのみ点灯し、他のサブフィールドｆＢ、ｆＲでは非点灯、青光源点灯信号ＬｂはサブフィールドｆＢでのみ点灯し、他のサブフィールドｆＲ、ｆＧでは非点灯となる。
【００１０】
液晶シャッタ部２２に供給されるコモン信号Ｃはフィールドｆ１ではｃ１、フィールドｆ２ではｃ２となる。ここでは、ｃ１を２０Ｖとし、ｃ２を０Ｖとする。
また、デ−タ信号の電圧値ｄ１は２０Ｖとし、ｄ２は０Ｖとする。
【００１１】
液晶シャッタ部２２として、ノーマリー白表示のＳＴＮ液晶パネルを用いた場合、白表示時のデータ信号Ｄｗはコモン信号Ｃと同相信号で、液晶には電圧が印加されずオフ状態となり、黒表示時のデータ信号Ｄｂｌはコモン信号Ｃと逆相となり、液晶にはコモン信号Ｃとデータ信号Ｄｂｌの差電圧が駆動電圧として液晶パネルに印加されオン状態となる。
【００１２】
単独の原色を表示する場合のデータ信号は、その色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態（開）となるような電位を取る。例えば、赤を表示する場合のデータ信号Ｄｒは赤に対応したサブフィールドｆＲでのみシャッタが透過状態となるような電位をとり、サブフィ−ルドｆＧ、サブフィ−ルドｆＢでは、シャッタが閉状態となる電位をとる。緑を表示する場合のデータ信号Ｄｇは緑に対応したサブフィールドｆＧでのみシャッタが透過状態となるような電位をとる。青を表示する場合のデータ信号Ｄｂは青に対応したサブフィールドｆＢでのみシャッタが透過状態となるような電位をとる。
【００１３】
光源部１の構成要素としてＬＥＤボックス３を用いた場合、半導体であるＬＥＤの応答時間は非常に速く、赤光源点灯信号Ｌｒ、緑光源点灯信号Ｌｇ、青光源点灯信号Ｌｂと各ＬＥＤの発光特性は同一とみなすことができる。
【００１４】
フィールドｆ１は、フリッカを感じず良好な混色を得るために、２０ｍ秒以下にすることが好ましく、従って、サブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢは５〜６ｍ秒に設定される。液晶シャッタ部２２の赤表示の光学応答特性Ｔｒの閉から開への変化は、赤表示時のデータ信号Ｄｒより、液晶パネルのオフ応答時間相当の１．５〜３ｍ秒の遅れを生じる。従って、赤光源の透過光量は多少減少する。同様に、緑表示の光学応答特性Ｔｇは、緑表示のデータ信号Ｄｇより１．５〜３ｍ秒遅れて開状態になり、青表示の光学応答特性Ｔｂは、青表示のデータ信号Ｄｂより１．５〜３ｍ秒遅れて開状態になる。
【００１５】
しかし、液晶パネルの開から閉への応答時間は、印加電圧の影響を受けるが、０．１〜１ｍ秒と速いので、赤表示時の光学応答特性Ｔｒはサブフィ−ルドｆＧでは完全に閉状態となり、緑光源の混色は無く、良好な彩度の赤表示が得られる。同様に、緑表示時の光学応答特性Ｔｇも青光源との混色は無く、青表示時の光学応答特性Ｔｂも赤光源との混色が無く、高彩度の表示が得られる。
【００１６】
複数の原色を表示する場合のデータ信号は、それぞれの色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態（開）となるような電位を取る。例えば、青緑を表示する場合のデータ信号は緑と青に対応したサブフィールドｆＧとｆＢでシャッタが透過状態となるような電位をとり、サブフィ−ルドｆＲではシャッタが閉状態となる電位をとる。紫を表示する場合のデータ信号は青と赤に対応したサブフィールドｆＢとｆＲでシャッタが透過状態となるような電位をとる。黄色を表示する場合のデータ信号は赤と緑に対応したサブフィールドｆＲとｆＧでシャッタが透過状態となるような電位をとる。
【００１７】
以上のような構成からなる従来のフィールド順次型のカラー表示装置は、簡単な構成で多色を表示できる。また、カラ−フィルタ等の色部材が必要ないので、低価格なフィールド順次型のカラ−表示装置を提供できる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のフィールド順次型のカラー表示装置において、液晶シャッタ部２２にＳＴＮ液晶パネルを用いた場合、８セグメントによる数字や文字の表示は可能であるが、ドット表示による任意な文字や図形表示が困難である。この理由について以下に述べる。
【００１９】
ドット表示による任意な文字や図形表示を実現するためには、複数のコモン電極を用いて時分割駆動し表示セグメント数を増加する必要がある。しかし、通常のＳＴＮ液晶表示装置では、複数のコモン電極を電圧平均化法と呼ぶ駆動方法を用いて、各セグメントに印加される実効電圧を、僅かに変化させてオン／オフ表示を行う時分割駆動が可能であるが、印加電圧差が少ないため応答時間は百〜数百ｍ秒もかかってしまう。したがってドット表示による任意な文字や図形表示を実現するフィールド順次型カラー表示装置の液晶シャッタ用としてＳＴＮ液晶パネルを採用することは困難である。
【００２０】
また、液晶シャッタ部２２に強誘電性液晶や反強電性液晶などのメモリ−性をもつ液晶パネルを用いることが考えられる。この場合、時分割駆動するためには、サブフィ−ルドを１〜２ｍ秒の書き込み期間と４〜５ｍ秒の保持期間の２つに分け、コモン電極を１回走査後、表示状態を保持し、保持期間に光源部を点灯する必要がある。
【００２１】
しかし、強誘電性液晶や反強誘電性液晶は、液晶セルギャップを２μ以下に制御する必要があり、またゼリ−状のスメクティック相の液晶を均一に配向させる技術的問題もあり、価格的にも高くなり、一般的にはあまり使用されていない。
【００２２】
本発明の目的は、フィ−ルド順次型の表示装置のシャッタ部にＳＴＮ液晶パネルを採用し、高速応答で、かつ、時分割駆動可能な駆動方法を開発することにより、表示セグメント数の多いドット表示により、カラ−で任意の文字や図形が表示可能で低価格のフィ−ルド順次型の表示装置及びその駆動方法を提供する事にある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に本発明の第１の手段における表示装置は、異なる波長の光を発光しそれぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源からなる光源部と、該光源部を駆動する光源駆動回路と、前記光源部が発光する光の透過率を制御するシャッタ部と、該シャッタ部を制御するシャッタ制御回路を有し、１つのフィールドに複数のサブフィールドを設け、各サブフィールド毎に特定のカラー光源を点灯させると共に対応するシャッタ部を制御して多色表示を行う表示装置において、前記シャッタ部は複数のコモン電極と複数のセグメント電極とを備えた液晶パネルであり、前記シャッタ制御回路は前記液晶パネルのコモン電極を前記サブフィールド内で複数回走査するためのコモン信号を発生して前記液晶パネルを時分割駆動する制御回路である事を特徴とするもので、特に第２の手段として前記コモン電極の各々を前記サブフィールド内で複数回走査することによって前記シャッタ部を閉状態に保つ事を特徴とする。
【００２４】
本発明の第３の手段における表示装置は、前記シャッタ制御回路は、更に前記サブフィールド内に白リセット期間を設ける事を特徴とする。
【００２５】
本発明の第４の手段における表示装置は、前記サブフィールドの時間幅は４〜６ｍｓｅｃであり、且つ、サブフィールド毎に各々のコモン電極を６〜１５回走査する事を特徴としている。
【００２６】
本発明の第５の手段における表示装置は、前記コモン電極への印加電圧と、前記データ電極への印加電圧が２：１の割合である事を特徴とする。
【００２７】
本発明の第６の手段における表示装置は、前記シャッタ部に、１８０〜２７０度ツイストで、液晶の複屈折率△ｎとセルギャップｄの積である△ｎｄが６５０ｎｍ〜８５０ｎｍであるＳＴＮ液晶パネルを用いる事を特徴とする。
【００２８】
本発明の第７の手段における表示装置の駆動方法は、
異なる波長の光を発光しそれぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源からなる光源部と、該光源部を駆動する光源駆動回路と、前記光源部が発光する光の透過率を制御するシャッタ部と、該シャッタ部を制御するシャッタ制御回路を有し、１つのフィールドに複数のサブフィールドを設け、各サブフィールド毎に特定のカラー光源を点灯させると共に対応するシャッタ部を制御して多色表示を行う表示装置において、前記液晶パネルのシャッタ部は複数のコモン電極と複数のセグメント電極とを備え、前記シャッタ制御回路は前記液晶パネルのコモン電極を前記サブフィールド内で複数回走査するためのコモン信号を発生して前記液晶パネルを時分割駆動する事を特徴とするもので、特に第８の手段としての良好な実施形態として、前記シャッタ部を閉状態に保つためにコモン電極の各々をサブフィールド内で複数回走査する事を特徴とする。
【００２９】
本発明の第９の手段における表示装置の駆動方法は、前記シャッタ部の状態を制御するために、前記シャッタ制御回路は、前記サブフィールド内に白リセット期間を設けた事を特徴とする。
【００３０】
本発明の第１０の手段における表示装置の駆動方法は、前記サブフィールドの時間幅は４〜６ｍｓｅｃであり、且つ、サブフィールド毎に各々のコモン電極を６〜１５回走査する事を特徴とする。
【００３１】
本発明の第１１の手段における表示装置の駆動方法は、前記コモン電極への印加電圧と、前記データ電極への印加電圧が２：１の割合である事を特徴としている。
【００３２】
本発明の第１２の手段における表示装置の駆動方法は、前記シャッタ部に、１８０〜２７０度ツイストで、液晶の複屈折率△ｎとセルギャップｄの積である△ｎｄが６５０ｎｍ〜８５０ｎｍであるＳＴＮ液晶パネルを用いる事を特徴とする。
【００３３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明を実施するための最適な実施形態におけるフィールド順次型の表示装置の構成を図面を用いて説明する。
【００３４】
本発明の第１の実施形態におけるフィールド順次型の表示装置の構成を図６に示す。本発明の表示装置ではカラ−光源として、赤、緑、青の３色のＬＥＤ（発光ダイオード）からなる３色ＬＥＤ４が複数配置されたＬＥＤボックス３と拡散板５からなる光源部１を有する。該光源部１は、光源駆動回路８により駆動される。
【００３５】
本発明の第１の実施形態では該光源部１が発光する光を制御するため、液晶シャッタ部２を有する。液晶シャッタ部２は文字数字の表示可能な表示セグメント６を有する。ただし、本実施の形態での表示セグメント６の数は、従来例よりは数倍多くなり、ドット表示により任意の文字や図形が表示可能となっている。液晶シャッタ部２はシャッタ制御回路９によって制御される。光源駆動回路８とシャッタ制御回路９は接続され、同期をとって駆動されている。
【００３６】
図７に本発明のフィールド順次型のカラー表示装置のブロック図を示す。光源部１は赤光源Ｒ、緑光源Ｇ、青光源Ｂからなり、光源駆動回路８から供給される赤光源点灯信号Ｌｒ、緑光源点灯信号Ｌｇ、青光源点灯信号Ｌｂによって点灯される。液晶シャッタ部２は複数のデ−タ電極１０と複数のコモン電極１１から構成され、シャッタ制御回路９から供給されるデータ信号Ｄとコモン信号Ｃs1〜Ｃs3によって時分割駆動する。ここでは、コモン電極１１が３本の例を示す。
【００３７】
液晶シャッタ部２としてのＳＴＮ液晶パネルとしては、オフ電圧印加で閉状態のノ−マリ黒表示タイプと、オフ電圧印加で開状態のノ−マリ白表示タイプがあり、どちらでも採用は可能であるが、本実施の形態では液晶シャッタ部２としてノーマリー白表示、すなわち、オフ電圧印加で光透過状態の開、オン電圧印加で光遮断状態の閉になるＳＴＮ液晶パネルを用いる。
【００３８】
ＳＴＮ液晶パネルとしては、１８０〜２７０度ツイストのものを採用できるが、応答時間を早くするためには、ツイスト角が大きい方が好ましく、本実施の形態では製造面も考慮して２４０度ツイストとする。
【００３９】
また、液晶層の厚さ、すなわちセルギャップをｄ、液晶の複屈折率をΔｎとした時、Δｎとｄの積で表されるΔｎｄ値は６５０ｎｍから８５０ｎｍの液晶パネルで表示が可能であるが、背景色と表示セグメントの明るさを考慮して、約７５０ｎｍに設定した。
【００４０】
上下に配置する偏光板の偏光軸は上下ガラス基板の中央に位置する液晶分子に対し約４５度の角度に配置する。つまり、いわゆる液晶パネルの優先方向に対して、上偏光板を約４５度に、下偏光板を約−４５度に配置し、偏光板交差角度は約９０度である。偏光板交差角度は、背景色を調整するために、８０度〜１００度に変えることも可能である。
【００４１】
図５に、本実施の形態で用いるＳＴＮ液晶パネルの応答時間と印加電圧との関係を示す。実線は、室温で、開から閉へのオン応答時間１２を示し、点線は、電圧０Ｖに戻した際の、閉から開へのオフ応答時間１３を示す。オン応答時間１２は、印加電圧の影響を受け、印加電圧が９Ｖでのオン応答時間は約１ｍ秒、１２Ｖで０．５ｍ秒と早いが、印加電圧４Ｖでのオン応答時間は約８ｍ秒と非常に遅くなる。
【００４２】
一方、閉から開へのオフ応答時間１３は、電圧無印加状態への戻りであり、液晶材料、液晶パネル厚、ツイスト角等のセル条件でほぼ決定され、印加電圧の影響をほとんど受けない。本実施の形態で使用するＳＴＮ液晶パネルは、このオフ応答時間を短くするために最適化を行い、室温で２ｍ秒以下である。
【００４３】
従って、時分割駆動で、オンの場合の選択波形の電圧が９Ｖ以上で、オフの場合の選択波形の電圧が４Ｖ以下であれば、このオン応答時間１２の差を利用して高速応答特性を維持しながら時分割駆動が可能になる。
【００４４】
図８に本発明の第１の実施の形態に於ける、サブフィ−ルド毎に６回コモン電極１１を走査する場合の各信号と液晶シャッタ部２の光学応答特性を示す。サブフィ−ルドの構成は従来例と同様に、液晶シャッタ部２を交流駆動する為に２つのフィールドｆ１、ｆ２からなり、それぞれのフィールドは３つのサブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢからなる。
【００４５】
フィールドｆ１は、フリッカを感じず良好な混色を得るために、２０ｍ秒以下にすることが好ましく、本実施の形態では１８ｍ秒に設定する。従って、サブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢは６ｍ秒に設定する。
【００４６】
赤光源点灯信号ＬｒはサブフィールドｆＲで点灯し、サブフィ−ルドｆＧとサブフ−ルドｆＢでは非点灯となる。同様に、緑光源点灯信号ＬｇはサブフィールドｆＧで点灯し、サブフィ−ルドｆＢとサブフィールドｆＲでは非点灯、青光源点灯信号ＬｂはサブフィールドｆＢで点灯し、サブフィ−ルドｆＲとサブフィールドｆＧでは非点灯となる。
【００４７】
光源部１の構成要素として、ＬＥＤボックス３を用いた場合、半導体であるＬＥＤの応答時間は非常に速く、赤光源点灯信号Ｌｒ、緑光源点灯信号Ｌｇ、青光源点灯信号Ｌｂと各ＬＥＤの発光特性は同一とみなすことができる。
【００４８】
液晶シャッタ部２に供給されるコモン信号Ｃs1〜Ｃs3は、選択電圧ｃ１、非選択電圧Ｖｍ、選択電圧ｃ１と極性が反対で絶対値が等しい選択電圧ｃ２からなる。デ−タ信号Ｄは、コモン信号がｃ１の時にはオン電圧ｄ２とオフ電圧ｄ１となり、コモン信号がｃ２の時にはオン電圧ｄ１とオフ電圧ｄ２と逆になる。
【００４９】
単独の原色を表示する場合のデータ信号Ｄは、その色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態（開）となるような波形となる。例えば、赤を表示する場合のデータ信号Ｄｒは赤に対応したサブフィールドｆＲでのみシャッタが透過状態となるような波形をとり、サブフィールドｆＧ、ｆＢでは、シャッタが閉状態となる波形となる。緑を表示する場合のデータ信号Ｄｇは緑に対応したサブフィールドｆＧでのみシャッタが透過状態となるような波形となる。
【００５０】
複数の原色を表示する場合のデータ信号は、それぞれの色に対応したサブフィールドのみでシャッタが透過状態となるような波形となる。例えば、青緑を表示する場合のデータ信号は緑と青に対応したサブフィールドｆＧとｆＢでシャッタが透過状態となるような波形となり、サブフィ−ルドｆＲでは、シャッタが閉状態となる波形となる。紫を表示する場合のデータ信号は青と赤に対応したサブフィールドｆＢとｆＲでシャッタが透過状態となるような波形となる。黄色を表示する場合のデータ信号は赤と緑に対応したサブフィールドｆＲとｆＧでシャッタが透過状態となるような波形となる。
【００５１】
図１に、図８におけるフィ−ルドｆ１のサブフィ−ルドｆＢと、フィ−ルドｆ２のサブフィ−ルドｆＲを拡大し、信号波形と液晶光学応答を詳細に示す。
【００５２】
上から順に、コモン信号Ｃｓ１〜Ｃｓ３、図７における赤表示画素１４に対応するデータ電極１０に印加するデ−タ信号Ｄｒ、画素１４に実際に印加される信号となる、コモン信号Ｃｓ１とデ−タ信号Ｄｒの差信号であるＣｓ１−Ｄｒ、赤表示画素１４の光学応答特性Ｔｒ、光源駆動信号Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂである。
【００５３】
サブフィ−ルドｆＢ内でコモン電極１１を６回走査するため、１つのサブフィ−ルドｆＢは６つの走査フレ−ムｆＢ１〜ｆＢ６で構成する。本実施の形態ではサブフィ−ルドを６ｍ秒に設定したので、各走査フレ−ムは１ｍ秒となる。
【００５４】
各走査フレ−ムは、コモン信号Ｃｓ１の選択電圧ｃ１または選択電圧ｃ２を印加する選択期間ｔｓと、非選択電圧Ｖｍを印加する非選択期間ｔｎｓから構成され、ｆＢ１はｃ１、ｆＢ２はｃ２のように、走査フレ−ム毎に選択電圧の極性が反転している。さらに、フィ−ルドｆ２では、ｆＲ１の選択電圧はｃ２、ｆＲ２の選択電圧はｃ１と、フィ−ルドｆ１とは逆極性になっている。
【００５５】
本実施の形態では、フィ−ルドｆ１とフィ−ルドｆ２でコモン信号の選択電圧の極性を逆にしたが、フィ−ルドｆ１ですでに交流化されているので、フィ−ルドｆ２で極性を逆にしなくても問題ない。また、フィ−ルドｆ１の選択電圧は全てｃ１とし、フィ−ルドｆ２の選択電圧は全てｃ２としても、なんら問題はない。
【００５６】
コモン信号Ｃｓ１の印加電圧であるコモン電圧Ｖｃを、Ｖｃ＝ｃ１−Ｖｍ＝Ｖｍ−ｃ２と定義し、デ−タ信号の印加電圧であるデ−タ電圧Ｖｄを、Ｖｄ＝ｄ１−Ｖｍ＝Ｖｍ−ｄ２と定義する。本実施の形態では、コモン電圧Ｖｃをデ−タ電圧Ｖｄの２倍に設定する。つまり、通常バイアス比と呼ばれる（Ｖｃ＋Ｖｄ）／Ｖｄ＝３となる。
【００５７】
従って、コモン電極１１に選択電圧ｃ１を印加している選択期間ｔｓに、デ−タ信号としてオン電圧ｄ２を印加すると、画素にはＶｃ＋Ｖｄ＝３×Ｖｄが印加され、オフ電圧ｄ１を印加すると、画素にはＶｃ−Ｖｄ＝Ｖｄが印加される。コモン電極１１に非選択電圧Ｖｍを印加している非選択期間ｔｎｓは、データ電圧はＶｄまたは−Ｖｄであるので、画素１４にはＶｄの電圧が印加される。
【００５８】
本実施の形態では、Ｖｃ＋Ｖｄ＝９Ｖとしたところ、バイアス比は、２〜５で駆動できたが、バイアス比が３の場合、フィールドｆ２のサブフィ−ルドｆＲの差信号Ｃｓ１−Ｄｒのように、選択期間ｔｓのオフ電圧と、非選択期間ｔｎｓの電圧がＶｄ＝３Ｖで同一となるため、透過率変動がなくなり、結果的に最も高い透過率として約８０％を得ることができ、最も好ましい。
【００５９】
フィールドｆ１のサブフィ−ルドｆＢの期間は黒表示の閉状態となることが必要である。走査フレームｆＢ１の選択期間ｔｓは差信号Ｃｓ１−Ｄｒとして、オン電圧である−Ｖｏｎ＝３×Ｖｄ＝９Ｖが印加されるので、応答時間が１ｍ秒以下と速くなりほぼ透過率０％まで黒くなるが、非選択期間ｔｎｓには差信号が−Ｖｄと低下するので、徐々に透過率は高く戻ってしまう。
【００６０】
しかし、すぐに走査フレームｆＢ２の選択期間ｔｓとなり、差信号としてＶｏｎが印加され、透過率があまり高くならない内に、また透過率は０％まで黒くなり、これをサブフィールドｆＢで６回繰り返す事で、サブフィールドｆＢの平均透過率は約８％となり、コントラスト比として約１０の液晶シャッタ部２となり、良好なカラー表示ができる。
【００６１】
サブフィールドｆＢの走査フレームがｆＢ１の１回だけで、その後のｆＢ２〜ｆＢ６に相当する期間を休止期間とする場合、選択期間ｔｓに黒となっても、ＳＴＮ液晶ではメモリー性がないので、非選択期間ｔｎｓと休止期間で透過率は高く戻ってしまい、黒表示ができない。
【００６２】
また、サブフィールドｆＢを３等分して選択期間ｔｓと非選択期間ｔｎｓとした場合も、非選択期間ｔｎｓが約４ｍ秒と長くなるので、透過率はかなり高くまで戻ってしまい黒表示ができない。逆に、サブフィールド毎の走査回数が増加しすぎると、オン電圧Ｖｏｎを印加する選択期間ｔｓが短くなりすぎ、完全に黒にならないので、走査回数としては、４〜２０回程度がよく、特に、６〜１５回が最も良かった。
【００６３】
これまで説明してきたように、本発明の第１の実施の形態のフィールド順次型表示装置により、ＳＴＮ液晶パネルを液晶シャッタ部に採用した場合でも、コモン電極を複数にして時分割駆動が可能になったため、表示セグメント数を増加することでドット表示ができ、任意の文字や図形が表示できる低価格なカラー表示装置を提供できる。
【００６４】
本発明の第１の実施の形態において、図１でのデータ信号Ｄはそれぞれのサブフィールドで常にｄ１またはｄ２の電位のみとっていたが、原色以外の多色を表示する為には電圧軸あるいは時間軸で中間の値を取りうる。電圧軸を多値とした場合が振幅変調、時間軸を多値とした場合がパルス幅変調に対応する。本発明では単一の原色、複数の原色、あるいは駆動波形を工夫すればその中間に当たる多くの色を表示する事が可能である。
【００６５】
また、本発明の第１の実施の形態では、赤、緑、青の３色ＬＥＤを使用した例で説明したが、２色ＬＥＤを使用した場合、白色が得られず、発色数も減少するが、これ以外の点では同様な効果が得られる事は明らかである。また、サブフィ−ルドｆＲ、ｆＧ、ｆＢの時間が全て同じである必要はなく、いずれかのサブフィ−ルドの時間を変えることで、表示色や背景色表示を調整することも可能である。
【００６６】
また、本発明の第１の実施の形態では、コモン電極数が３本の例について説明したが、４本以上でももちろん可能であり、ＳＴＮ液晶条件により、１０本以上でも可能である。
【００６７】
（第２の実施の形態）
以下に、本発明を実施するための第２の実施形態におけるフィールド順次型の表示装置の構成と効果を図面を用いて説明する。
【００６８】
本発明の第２の実施形態におけるフィールド順次型の表示装置の構成は、第１の実施の形態と等しく、図６に示す。本発明の表示装置ではカラ−光源として、赤、緑、青の３色のＬＥＤ（発光ダイオード）からなる３色ＬＥＤ４が複数配置されたＬＥＤボックス３と拡散板５からなる光源部１を有する。該光源部１は、光源駆動回路８により駆動される。
【００６９】
本発明の第２の実施の形態では該光源部１が発光する光を制御するため、液晶シャッタ部２を有する。液晶シャッタ部２は文字数字の表示可能な表示セグメント６を有する。ただし、本実施の形態での表示セグメント６の数は、従来例よりは数倍多くなり、ドット表示により任意の文字や図形が表示可能となっている。液晶シャッタ部２はシャッタ制御回路９によって制御される。光源駆動回路８とシャッタ制御回路９は接続され、同期をとって駆動されている。
【００７０】
本発明の第２の実施の形態のフィールド順次型のカラー表示装置のブロック図は、本発明の第１の実施の形態のブロック図である図７と同一である。光源部１は赤光源Ｒ、緑光源Ｇ、青光源Ｂからなり、光源駆動回路８から供給される赤光源点灯信号Ｌｒ、緑光源点灯信号Ｌｇ、青光源点灯信号Ｌｂによって点灯される。液晶シャッタ部２は複数のデ−タ電極１０と複数のコモン電極１１から構成され、シャッタ制御回路９から供給されるデータ信号Ｄとコモン信号Ｃs1〜Ｃs3によって時分割駆動する。ここでは、コモン電極１１が３本の例を示す。
【００７１】
本発明の第２の実施の形態での液晶シャッタ部２は、第１の実施の形態での液晶シャッタ部と同一であり、ノーマリー白表示、すなわち、オフ電圧印加で光透過状態の開、オン電圧印加で光遮断状態の閉になるＳＴＮ液晶パネルを用いる。
【００７２】
本発明の第２の実施の形態に於ける、サブフィールドの構成は、図８における第１の実施の形態の構成と同様に、液晶シャッタ部２を交流駆動する為に２つのフィールドｆ１、ｆ２からなり、それぞれのフィールドは３つのサブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢからなる。
【００７３】
フィールドｆ１は、フリッカを感じず良好な混色を得るために、２０ｍ秒以下にすることが好ましく、本実施の形態では１８ｍ秒に設定する。従って、サブフィールドｆＲ、ｆＧ、ｆＢは６ｍ秒に設定する。
【００７４】
図９に、本発明の第２の実施の形態のフィールド順次型表示装置において、フィ−ルドｆ１のサブフィ−ルドｆＢと、フィ−ルドｆ２のサブフィ−ルドｆＲを拡大し、信号波形と液晶光学応答を詳細に示す。
【００７５】
上から順に、コモン信号Ｃｓ１〜Ｃｓ３、図７における赤表示画素１４に対応するデータ電極１０に印加するデ−タ信号Ｄｒ、画素１４に実際に印加される信号となる、コモン信号Ｃｓ１とデ−タ信号Ｄｒの差信号であるＣｓ１−Ｄｒ、赤表示画素１４の光学応答特性Ｔｒ、光源駆動信号Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂである。
【００７６】
コモン信号Ｃs1〜Ｃs3は、選択電圧ｃ１、非選択電圧Ｖｍ、選択電圧ｃ１と極性が反対で絶対値が等しい選択電圧ｃ２からなる。デ−タ信号は、コモン信号がｃ１の時にはオン電圧ｄ２とオフ電圧ｄ１となり、コモン信号がｃ２の時にはオン電圧ｄ１とオフ電圧ｄ２と逆になる。さらに、白リセットするために、データ信号には、第３の電圧レベルとして、Ｖｍをもつ。
【００７７】
サブフィ−ルドｆＢ内で白リセットとコモン電極を４回走査するため、１つのサブフィ−ルドｆＢは白リセット期間ｔｗと４つの走査フレ−ムｆＢ１〜ｆＢ４で構成されている。本実施の形態ではサブフィ−ルドを６ｍ秒に設定したので、白リセット期間ｔｗは２ｍ秒で、各走査フレ−ムは１ｍ秒となる。
【００７８】
白リセット期間ｔｗのコモン信号は、全てのコモン電極１１を同一タイミングでＶｍに設定し、同時に全てのデータ電極１０もＶｍにすることで、全ての画素の印加電圧は、差信号Ｃｓ１−Ｄｒに示すように０Ｖとなる。白リセット期間ｔｗを、本発明の第２の実施の形態では、２ｍ秒に設定したので、液晶シャッタ２のオフ応答時間より長いので、全表示画素は１００％の透過率である白にリセットできる。
【００７９】
白リセット期間ｔｗは、光源信号Ｌｒ、Ｌｇ、Ｌｂも停止するようにすることで、表示色の彩度低下は発生しない。
【００８０】
各走査フレ−ムは、コモン信号の選択電圧ｃ１または選択電圧ｃ２を印加する選択期間ｔｓと、非選択電圧Ｖｍを印加する非選択期間ｔｎｓから構成され、ｆＢ１はｃ１、ｆＢ２はｃ２のように、走査フレ−ム毎に選択電圧の極性が反転している。さらに、フィ−ルドｆ２では、ｆＲ１の選択電圧はｃ２、ｆＲ２の選択電圧はｃ１とフィ−ルドｆ１とは逆極性になっている。
【００８１】
本実施の形態では、フィ−ルドｆ１とフィ−ルドｆ２で極性を逆にしたが、フィ−ルドｆ１ですでに交流化されているので、フィ−ルドｆ２で位相を逆にしなくても問題ない。また、フィ−ルドｆ１の選択電圧は全てｃ１とし、フィ−ルドｆ２の選択電圧は全てｃ２としても、なんら問題はない。
【００８２】
コモン信号Ｃｓ１の印加電圧であるコモン電圧Ｖｃを、Ｖｃ＝ｃ１−Ｖｍ＝Ｖｍ−ｃ２と定義し、デ−タ信号の印加電圧であるデ−タ電圧Ｖｄを、Ｖｄ＝ｄ１−Ｖｍ＝Ｖｍ−ｄ２と定義する。本実施の形態では、コモン電圧Ｖｃをデ−タ電圧Ｖｄの２倍に設定する。つまり、通常バイアス比と呼ばれる（Ｖｃ＋Ｖｄ）／Ｖｄ＝３となる。
【００８３】
従って、コモン電極１１に選択電圧ｃ１が印加している選択期間ｔｓに、デ−タ信号としてオン電圧ｄ２を印加すると、画素にはＶｃ＋Ｖｄ＝３×Ｖｄが印加され、オフ電圧ｄ１を印加すると、画素にはＶｃ−Ｖｄ＝Ｖｄが印加される。コモン電極１１に非選択電圧Ｖｍを印加している非選択期間ｔｎｓは、データ電圧はＶｄまたは−Ｖｄであるので、画素にはＶｄの電圧が印加される。
【００８４】
本実施の形態では、Ｖｃ＋Ｖｄ＝９Ｖとしたところ、バイアス比は、２〜５で駆動できたが、バイアス比が３の場合、フィールドｆ２のサブフィ−ルドｆＲの差信号Ｃｓ１−Ｄｒのように、選択期間ｔｓのオフ電圧と非選択期間ｔｎｓの電圧がＶｄ＝３Ｖで同一となるため透過率変動がなくなり、かつ、白リセット期間ｔｗで透過率が１００％に戻った後であり、極わずかに透過率が低下するだけですむので、走査フレ−ムｆＲ１〜ｆＲ４の平均透過率として約９０％を得ることができ、非常に良好な白特性を得ることができる。
【００８５】
フィールドｆ１のサブフィ−ルドｆＢのシャッタ部は黒表示となることが必要である。走査フレームｆＢ１の選択期間ｔｓは差信号Ｃｓ１−Ｄｒとして、オン電圧である−Ｖｏｎ＝３×Ｖｄ＝９Ｖ印加されるので、応答時間が１ｍ秒以下と速くなりほぼ透過率０％まで黒くなるが、非選択期間ｔｎｓには差信号Ｃｓ１−Ｄｒが−Ｖｄと低下するので、徐々に透過率は高く戻ってしまう。
【００８６】
しかし、すぐに走査フレームｆＢ２の選択期間ｔｓとなり、差信号Ｃｓ１−ＤｒとしてＶｏｎが印加され、再度、透過率は０％まで黒くなり、サブフィールドｆＢの走査期間ｆＢ１〜ｆＢ４の平均透過率は約８％であり、コントラスト比として約１１の液晶シャッタとなり、彩度が向上し良好なカラー表示ができる。
【００８７】
サブフィールド毎の走査回数は、増加しすぎると、オン電圧Ｖｏｎを印加する選択期間ｔｓが短くなりすぎ、完全に黒にならないので、走査回数としては、４〜２０回程度がよく、特に、６〜１５回が最も良かった。
【００８８】
これまで説明してきたように、本発明の第２の実施の形態のフィールド順次型表示装置により、ＳＴＮ液晶パネルを液晶シャッタ部に採用した場合でも、コモン電極を複数にして時分割駆動が可能になったため、表示セグメント数を増加することでドット表示ができ、さらに、白リセット期間を設けたことで液晶シャッタのコントラスト比が良くなったため、任意の文字や図形を良好な彩度で表示できる低価格なカラー表示装置を提供できる。
【００８９】
本発明の第２の実施の形態において、図９でのデータ信号Ｄはそれぞれのサブフィールドの走査フレ−ムでは、常にｄ１またはｄ２の電位のみをとっていたが、原色以外の多色を表示する為には電圧軸あるいは時間軸で中間の値を取りうる。電圧軸を多値とした場合が振幅変調、時間軸を多値とした場合がパルス幅変調に対応する。本発明では単一の原色、複数の原色、あるいは駆動波形を工夫すればその中間に当たる多くの色を表示する事が可能である。
【００９０】
また、本発明の第２の実施の形態では、赤、緑、青の３色ＬＥＤを使用した例で説明したが、２色ＬＥＤを使用した場合、白色が得られず、発色数も減少するが、これ以外の点では同様な効果が得られる事は明らかである。また、サブフィ−ルドｆＲ、ｆＧ、ｆＢの時間が全て同じである必要はなく、いずれかのサブフィ−ルドの時間を変えることで、表示色や背景色表示を調整することも可能である。
【００９１】
また、本発明の第２の実施の形態では、コモン電極数が３本の例について説明したが、４本以上でも、もちろん可能であり、ＳＴＮ液晶条件により、１０本以上でも可能である。
【００９２】
【発明の効果】
以上のように本発明のフィールド順次型の表示装置によれば、液晶シャッタ部にＳＴＮ液晶を用いても高速応答が可能であり、複数本のコモン電極からなる時分割駆動により表示セグメント数を増加することが可能となる。この結果、低価格でしかもドット表示によるカラーでの任意の文字や図形が表示可能なフィールド順次型の表示装置及びその駆動方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に示すフィールド順次型の表示装置に於ける光源部及びシャッタ部に印加される信号の波形図とシャッタ部の光学応答特性図の部分拡大図である。
【図２】従来例のフィールド順次型の表示装置の構成を示す説明図である。
【図３】従来例のフィールド順次型の表示装置のブロック図である。
【図４】従来のフィールド順次型の表示装置に於ける光源部及びシャッタ部に印加される信号の波形図とシャッタ部の光学応答特性図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態で使用する液晶シャッタの応答時間の印加電圧依存性を示すグラフである。
【図６】本発明の第１と第２の実施の形態で使用するフィールド順次型の表示装置の構成を示す説明図である。
【図７】本発明の第１と第２の実施の形態で使用するフィールド順次型の表示装置の構成を示す説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態に示すフィールド順次型の表示装置に於ける光源部及びシャッタ部に印加される信号の波形図とシャッタ部の光学応答特性図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に示すフィールド順次型の表示装置に於ける光源部及びシャッタ部に印加される信号の波形図とシャッタ部の光学応答特性図の部分拡大図である。
【符号の説明】
１ 光源部
２ 液晶シャッタ部
３ ＬＥＤボックス
４ ３色ＬＥＤ（赤、緑、青）
５ 拡散板
６ 表示セグメント
８ 光源駆動回路
９ シャッタ制御回路
１０ データ電極
１１ コモン電極
１２ オン応答時間
１３ オフ応答時間
１４ 表示画素
Ｄ データ信号
Ｃ コモン信号
Ｃｓ１コモン信号（１行目）
Ｃｓ２コモン信号（２行目）
Ｃｓ３コモン信号（３行目）
Ｒ 赤光源（カラ−光源）
Ｇ 緑光源（カラ−光源）
Ｂ 青光源（カラ−光源）
Ｌｒ 赤光源点灯信号
Ｌｇ 緑光源点灯信号
Ｌｂ 青光源点灯信号
Ｄｒ 赤表示時のデータ信号
Ｄｇ 緑表示時のデータ信号
Ｄｂ 青表示時のデータ信号
Ｔｒ 液晶シャッタの赤表示時の光学応答特性
Ｔｇ 液晶シャッタの緑表示時の光学応答特性
Ｔｂ 液晶シャッタの青表示時の光学応答特性
Ｔｗ 液晶シャッタの白表示時の光学応答特性
Ｔｂｌ液晶シャッタの黒表示時の光学応答特性
ｆＲ サブフィールド
ｆＧ サブフィールド
ｆＢ サブフィールド
ｆＢ１走査フレーム
ｆＲ１走査フレーム
ｔＷ 白リセット期間
ｔｓ 選択期間
ｔｎｓ非選択期間

Claims (8)

1. 異なる波長の光を発光しそれぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源からなる光源部と、該光源部を駆動する光源駆動回路と、前記光源部が発光する光の透過率を制御するシャッタ部と、該シャッタ部を制御するシャッタ制御回路を有し、１つのフィールドに複数のサブフィールドを設け、各サブフィールド毎に特定のカラー光源を点灯させると共に対応するシャッタ部を制御して多色表示を行う表示装置において、
   前記シャッタ部は複数のコモン電極と複数のデータ電極とを備えた液晶パネルであり、前記シャッタ制御回路は前記液晶パネルのコモン電極を前記サブフィールド内で複数回走査するためのコモン信号を発生し、該コモン信号と前記データ電極に供給されるデータ信号との差信号を画素に印加することによって前記シャッタ部を時分割駆動して開閉制御する制御回路であり、かつ前記サブフィ−ルド内に白リセット期間を設ける事を特徴とする表示装置。
2. 前記サブフィールドの時間幅は４〜６ｍｓｅｃであり、且つ、前記サブフィールド毎に前記各々のコモン電極を６〜１５回走査する事を特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記コモン電極へ印加される選択電圧と、該選択電圧が印加される選択期間に前記データ電極へ印加されるデータ電圧とが２：１の割合である事を特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。
4. 前記シャッタ部に、１８０〜２７０度ツイストで、液晶の複屈折率△ｎとセルギャップｄの積である△ｎｄが６５０ｎｍ〜８５０ｎｍであるＳＴＮ液晶パネルを用いる事を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の表示装置。
5. 異なる波長の光を発光しそれぞれ独立に制御可能な複数のカラー光源からなる光源部と、該光源部を駆動する光源駆動回路と、前記光源部が発光する光の透過率を制御するシャッタ部と、該シャッタ部を制御するシャッタ制御回路を有し、１つのフィールドに複数のサブフィールドを設け、各サブフィールド毎に特定のカラー光源を点灯させると共に対応するシャッタ部を制御して多色表示を行う表示装置の駆動方法において、
   前記シャッタ部は複数のコモン電極と複数のデータ電極とを備えた液晶パネルであり、前記シャッタ制御回路は前記液晶パネルのコモン電極を前記サブフィールド内で複数回走査するためのコモン信号を発生し、該コモン信号と前記データ電極に供給されるデータ信号との差信号を画素に印加することによって前記シャッタ部を時分割駆動して開閉制御し、かつ前記シャッタ部の状態を制御するために、前記サブフィ−ルド内に白リセット期間を設けた事を特徴とする表示装置の駆動方法。
6. 前記サブフィールドの時間幅は４〜６ｍｓｅｃであり、且つ、前記サブフィールド毎に前記各々のコモン電極を６〜１５回走査する事を特徴とする請求項５に記載の表示装置。
7. 前記コモン電極へ印加される選択電圧と、該選択電圧が印加される選択期間に前記データ電極へ印加されるデータ電圧とが２：１の割合である事を特徴とする請求項５または請求項６に記載の表示装置。
8. 前記シャッタ部に、１８０〜２７０度ツイストで、液晶の複屈折率△ｎとセルギャップｄの積である△ｎｄが６５０ｎｍ〜８５０ｎｍであるＳＴＮ液晶パネルを用いる事を特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに記載の表示装置。

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