JP3904350B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に強誘電性液晶または反強誘電性液晶を用いた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機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型のOA機器の需要が発生しており、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るようになっている。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。反射型液晶表示装置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液晶表示装置が使用される。
【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、液晶パネルの光透過率が現状では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】
このような問題を解決すべく、液晶素子として数百〜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使用した液晶表示装置が従来から提案されている(特開平7−281150号公報等)。
【0006】
図12及び図13は、強誘電性液晶及び反強誘電性液晶の電気光学特性を夫々示すグラフである。図12に示すとおり、強誘電性液晶の光透過率は、印加電圧の極性により異なる。プラス印加の場合は、印加電圧に応じて光透過率が高くなり、マイナス印加の場合は、印加電圧の大きさに拘らず光透過率が0となる。また、図13に示すとおり、反強誘電性液晶の光透過率は、プラス印加及びマイナス印加の場合に印加電圧に応じて光透過率が高くなり、印加電圧が0の場合に光透過率が0となる。したがって、これら強誘電性液晶又は反強誘電性液晶を用いた液晶表示装置の場合、液晶パネルの各画素に対して画素データに応じた電圧を供給し、光透過率の調整を行うことによってカラー表示が可能となる。
【0007】
ところで、液晶表示装置にてカラー表示を行う方式として、マイクロカラーフィルタ方式及びフィールドシーケンシャル方式が知られている。
【0008】
マイクロカラーフィルタ方式とは、白色光のバックライトを使用し、3原色のマイクロ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カラー表示を行う方式である。一方、フィールドシーケンシャル方式とは、赤,緑,青色光が時分割で発光可能なバックライトを用い、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、カラー表示を行う方式である。またフィールドシーケンシャル方式において、赤,緑,青色の発光ダイオード(LED)によるバックライトを用いた場合、LEDに流れる電流を制御することにより、カラーバランスを容易に調整することができる。
【0009】
図14は強誘電性液晶を用いたマイクロカラーフィルタ方式の従来の液晶表示装置における表示制御の一例を示すタイムチャートであり、図14(a)はバックライトの発光状態、図14(b)は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図14(c)は液晶の光透過率の変化、及び図14(d)は液晶パネルの発色状態を夫々示す。
【0010】
図14(a)に示すとおり、バックライトは常時白色光を発光している。また、図14(b)に示すとおり、液晶パネルに対してはフレーム中に走査を2度行う。但し、1回目の走査(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(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】
この液晶表示装置では強誘電性液晶を用いているため、書込み走査にあっては、液晶パネルの各画素電極には画素データに応じた電圧が供給され、光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。また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電極に供給され、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。したがって、図14(c)に示すとおり、データ書込み走査が行われているラインにおいては光透過率が高くなり、消去走査が行われているラインにおいては光透過率が低くなる。
【0012】
またバックライトは常時発光しているので、図14(d)に示すとおり、光透過率が高い期間において液晶パネルが発色している。
【0013】
図15は強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャル方式の従来の液晶表示装置における表示制御の一例を示すタイムチャートであり、図15(a)はバックライトの各色のLEDの発光タイミング、図15(b)は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図15(c)は液晶の光透過率の変化、及び図15(d)は液晶パネルの発色状態を夫々示す。
【0014】
図15(a)に示すとおり、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15(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。
【0015】
一方、図15(b)に示すとおり、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走査を2度行う。但し、1回目の走査(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(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。
【0016】
また図15(c)に示すとおり、強誘電性液晶を用いたマイクロカラーフィルタ方式の液晶表示装置の場合と同様に、書込み走査が行われているラインにおいては光透過率が高くなり、消去走査が行われているラインにおいては光透過率が低くなる。
【0017】
またバックライトは常時発光しているので、図15(d)に示すとおり、光透過率が高い期間において液晶パネルが発色している。
【0018】
図16は反強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャル方式の従来の液晶表示装置における表示制御の一例を示すタイムチャートであり、図16(a)はバックライトの各色のLEDの発光タイミング、図16(b)は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図16(c)は液晶の光透過率の変化、及び図16(d)は液晶パネルの発色状態を夫々示す。
【0019】
図16(b)に示すとおり、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(書込み走査1)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(書込み走査2)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。
【0020】
この液晶表示装置では反強誘電性液晶を用いているため、書込み走査1にあっては、液晶パネルの各画素電極には画素データに応じた電圧が供給され、光透過率の調整が行われる。また書込み走査2にあっては、書込み走査1の場合と同電圧で逆極性の電圧が液晶パネルの各画素電極に供給される。この場合であっても、強誘電性液晶を用いているときと異なり、図13に示すとおり、光透過率を高くすることができる。したがって、図16(c)に示すとおり、書込み走査1が行われているラインにおいては光透過率が高くなり、また書込み走査2が行われているラインにおいても同様に光透過率が高くなる。
【0021】
上述したように反強誘電性液晶を用いた場合は、強誘電性液晶を用いた場合に比し、光透過率が高い期間が多くなる。しかしながら、これら光透過率が高い期間をすべて利用してカラー表示をする場合、書込み走査1を行っている間は、前後するサブフレーム間で干渉が生じる。この干渉を回避するために、図16(a)に示すとおり、バックライトを書込み走査2を行っている間のみ発光させる。したがって、図16(d)に示すとおり、書込み走査2を行っている間のみ、液晶パネルは発色する。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
従来の強誘電性液晶を用いたマイクロカラーフィルタ方式及びフィールドシーケンシャルカラー方式の液晶表示装置では、図14(a)及び(d)並びに図15(a)及び(d)に示すとおり、液晶パネルが発色していない時間においてもバックライトが点灯している。したがってバックライトの利用効率が悪く、また消費電力が大きくなるという問題があった。
【0023】
また反強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャルカラー方式の液晶表示装置では、図16(c)及び(d)に示すとおり、バックライトの利用効率は高いが、光透過率が高い状態であっても液晶パネルの発色に利用されない時間があるという問題があった。
【0024】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、1画素毎に2個のスイッチング素子を備え、さらにこれら各スイッチング素子と接続された1個のデータ保持部を設け、これらを同期をとって動作させることによって、白色発光又は3原色を時分割発光するバックライトの利用効率の向上を図り、さらに液晶の光透過率が高い状態を効率的に利用することができる液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】
第1発明に係る液晶表示装置は、マトリクス状に配された複数の画素電極及び該画素電極の夫々に対応して設けられた複数の第1及び第2スイッチング素子を有する液晶パネルと、該液晶パネルの背面に配置されたバックライトと、外部から入力される一の極性を有する第1表示データ又は他の極性を有する第2表示データに対応して第1及び第2スイッチング素子をオン/オフ駆動する駆動部とを備え、前記オン/オフ駆動に同期してバックライトを発光させ、前記発光する間に前記画素電極の夫々を走査することによって、前記画素電極の夫々へ供給される前記第1表示データ又は第2表示データに応じた表示を行う液晶表示装置において、第1及び第2スイッチング素子の間に介装され、第1スイッチング素子を介して入力される第1表示データ又は第2表示データを保持し、保持した第1表示データ又は第2表示データを第2スイッチング素子を介して前記画素電極へ供給する複数のデータ保持部と、前記外部からの第1表示データ又は第2表示データの入力と同期して外部から入力される同期信号を受けた場合に、制御信号を発生させ、発生させた制御信号を前記駆動部へ順次出力する制御信号発生回路とを備え、前記駆動部は、前記制御信号が順次入力される毎に、第1スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々に第1表示データを順次書き込み、すべてのデータ保持部へ書き込みが終了した後、前記データ保持部へ書き込まれた第1表示データを、第2スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々から前記画素電極夫々に同時に供給し、前記画素電極夫々に第1表示データを供給した後、供給した第1表示データを表示中に第1スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々に第2表示データを順次書き込み、すべてのデータ保持部へ書き込みが終了した後、前記データ保持部へ書き込まれた第2表示データを、第2スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々から前記画素電極夫々に同時に供給すべくなしてあることを特徴とする。
【0026】
第1発明による場合、各画素電極毎に、第1及び第2スイッチング素子の2個のスイッチング素子並びにこれらのスイッチング素子に接続されたデータ保持部を設けている。走査部が各画素電極を走査することによって第1スイッチング素子夫々から入力される第1表示データを、データ保持部夫々が保持し、前記走査がすべての画素電極に対して行われた場合に、前記第1表示データを、各データ保持部から第2スイッチング素子を介して各画素電極に供給する。そして、このように各画素電極に前記第1表示データを供給した後、供給した第1表示データを表示中に走査部が各画素電極を走査することによって第1スイッチング素子夫々から入力される前記第1表示データによる印加電圧とは極性が異なり大きさが等しい第2表示データを、データ保持部夫々が保持し、前記走査がすべての画素電極に対して行われた場合に、前記第2表示データを、各データ保持部から第2スイッチング素子を介して各画素電極に供給する。以下、上述した処理を繰り返し、各画素電極に供給された第1表示データ又は第2表示データに応じた表示を行う。
【0027】
このようにして、各データ保持部は、第1スイッチング素子から入力される第1表示データ(又は第2表示データ)を保持し、保持した第1表示データ(又は第2表示データ)をすべてのデータ保持部が同時に第1表示データ(又は第2表示データ)を各画素電極に供給する。そのため、すべての画素において液晶の光透過率が高い状態が同じ時間となる。そしてこの液晶の光透過率が高い時間のみバックライトを発光させ、このバックライトの発光を利用して液晶パネルを発色させることによって表示を行う。したがってバックライトの発光を効率的に利用することができ、しかも液晶の光透過率が高い状態も効率的に利用することができる。
【0028】
第2発明に係る液晶表示装置は、請求項1記載の液晶表示装置において、前記液晶パネルは3原色のカラーフィルタを有しており、前記駆動部による第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動に同期して前記バックライトを白色発光させ、前記白色発光を前記3原色のカラーフィルタで透過させることによって、カラー表示を行うべくなしてあることを特徴とする。
【0029】
第2発明による場合、液晶パネルは3原色のカラーフィルタを有しており、この液晶パネルの背面に配置されたバックライトを、第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動に同期して白色発光させ、この白色発光を前記カラーフィルタで透過させることによってカラー表示を実現する。また第1表示データ(又は第2表示データ)は、第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動にしたがって各画素電極に供給される。よって、各画素電極に供給される第1表示データ(又は第2表示データ)に応じたカラー表示を行うことができる。
【0030】
第3発明に係る液晶表示装置は、請求項1記載の液晶表示装置において、前記バックライトは3原色の各色光夫々を発光する光源を有しており、前記駆動部による第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動に同期して前記光源を時分割発光させることによって、カラー表示を行うべくなしてあることを特徴とする。
【0031】
第3発明による場合、バックライトは3原色である赤,緑,青色光夫々を発光する光源を有しており、この光源を、第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動に同期して時分割発光させることによって、カラー表示を実現する。また第1表示データ(又は第2表示データ)は、第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動にしたがって各画素電極に供給される。よって、各画素電極に供給される第1表示データ(又は第2表示データ)に応じたカラー表示を行うことができる。
【0032】
第4発明に係る液晶表示装置は、請求項1乃至請求項3記載の液晶表示装置において、前記液晶パネルの液晶物質は強誘電性液晶物質又は反強誘電性液晶物質であることを特徴とする。
【0033】
第4発明による場合、液晶パネルに封入されている液晶物質は、強誘電性液晶物質又は反強誘電性液晶物質である。よって、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。
【0034】
【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詳述する。
(実施の形態1)
以下に説明する実施の形態1の液晶表示装置は、マイクロカラーフィルタ方式によりカラー表示を行う液晶表示装置である。
図1は、実施の形態1の液晶表示装置の構成を示す概略図である。この液晶表示装置は、白色発光するバックライト11と、2枚の偏光フィルム12,12と、この偏光フィルム12,12に挟まれた液晶パネル13とを備える。
【0035】
液晶パネル13には、強誘電性液晶を封入する。なお、本実施の形態で使用する強誘電性液晶の電気光学特性は図12に示したとおりである。
【0036】
図2は、実施の形態1の液晶表示装置における1画素分の液晶パネル13の構成図である。図2において、200,201は対向するガラス基板を示す。上側のガラス基板200の下面には、赤色のカラーフィルタ202,緑色のカラーフィルタ203,青色のカラーフィルタ204がガラス基板200の下面を3分割して設けられており、また各カラーフィルタ202,203,204を覆って、対向電極205が形成されている。また、下側のガラス基板201の上面には、各色のカラーフィルタ202,203,204に対応して3個の画素電極206,206,206が形成されている。また各画素電極206に対応して、第1TFT素子207及び第2TFT素子208の2個のTFT素子が設けられており、第1TFT素子207は第1走査線209及びデータ線211と接続され、第2TFT素子208は画素電極206及び第2走査線210と接続されている。
【0037】
図3は、実施の形態1の液晶表示装置における液晶パネル13の回路を示す構成図である。31,31…は、第1TFT素子207,207…と第2TFT素子208,208…との間に設けられたデータ保持部である。データ保持部31,31…は、後述するデータドライバ42からデータ線211,211…及び第1TFT素子207,207…を介して入力されるデータを保持する。またデータ保持部31,31…に保持されたデータは、第2TFT素子208,208…を介して画素電極206へ出力される。
【0038】
次に、実施の形態1の液晶表示装置の回路構成について図4を参照して説明する。
図4において、40は、外部の例えばパーソナルコンピュータから表示データDDが入力され、その表示データDDを記憶した後、各画素単位のデータ(以下、画素データPDという)を出力する画像メモリであり、41は、同じくパーソナルコンピュータから同期信号SYNが入力され、制御信号CS及びデータ変換制御信号DCSを生成する制御信号発生回路である。画像メモリ40からは画素データPDが、制御信号発生回路41からはデータ変換制御信号DCSが、夫々データ変換回路46へ出力される。データ変換回路46は、データ変換制御信号DCSにしたがって、入力された画素データPDによる印加電圧とは極性が異なり大きさが等しい逆画素データ#PDを生成する。
【0039】
また制御信号発生回路41からは制御信号CSが、基準電圧発生回路44,データドライバ42,スキャンドライバ43,並びにバックライト制御回路及び駆動電源45へ夫々出力される。基準電圧発生回路44は、基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ42へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ43へ夫々出力する。
【0040】
データドライバ42は、データ変換回路46を介して画像メモリ40から入力された画素データPD又は逆画素データ#PDを、画素電極206のデータ線211に対して出力する。この出力に同期して、スキャンドライバ43は、画素電極206の第1走査線209又は第2走査線210をライン毎に順次的に走査する。データドライバ42による画素データの出力及びスキャンドライバ43による第1走査線209の走査にしたがって、第1TFT素子207がオン/オフ駆動する。またスキャンドライバ43による第2走査線210の走査にしたがって第2TFT素子208がオン/オフ駆動する。データ保持部31は、第1TFT素子207がオンの際にデータドライバ42からデータ線211及び第1TFT素子207を介して与えられる信号を保持する。データ保持部31に保持された信号は、第2TFT素子208がオンの際に、第2TFT素子208を介し画素電極206に対して出力される。またバックライト制御回路及び駆動電源45は、駆動電圧をバックライト11へ与えバックライト11を白色発光させる。
【0041】
図5は実施の形態1の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートであり、図5(a)はバックライト11の発光状態、図5(b)は第1走査線209の各ラインに対する走査タイミング、図5(c)は第2走査線210の各ラインに対する走査タイミング、図5(d)は液晶の光透過率の変化、及び図5(e)は液晶パネル13の発色状態を夫々示す。
【0042】
スキャンドライバ43は、制御信号発生回路46から制御信号CSを受けた場合、第1走査線209を順次的に走査する(図5(b)における書込み走査1)。この際、データ線211及び第1TFT素子207を介してデータドライバ42から出力された画素データPDが、データ保持部31にて保持される。
【0043】
この処理がすべての第1走査線209に対して行われた後に、制御信号発生回路46から制御信号CSを受けた場合、スキャンドライバ43は第2走査線210を同時に走査する(図5(c)における書込み走査2)。この際、各データ保持部31が保持している画素データPDが、第2TFT素子208を介して各画素電極206に書き込まれる。また、バックライト制御回路及び駆動電源45は、制御信号発生回路46から制御信号CSを受けて、駆動電圧をバックライト11へ与えバックライト11を白色発光させる。その結果、図5(e)に示すとおり、液晶パネルにおいてカラー表示が行われる。
【0044】
このようにしてカラー表示が行われている間に、スキャンドライバ43は第1走査線209を順次的に走査する(図5(b)における消去走査1)。この際、データ線211及び第1TFT素子207を介してデータドライバ42から出力された逆画素データ#PDが、データ保持部31にて保持される。この処理がすべての第1走査線209に対して行われた後に、各データ保持部31が保持している逆画素データ#PDを、第2TFT素子208を介して各画素電極206に書き込む(図5(c)における消去走査2)。以下同様にして、上述した書込み走査1及び2と消去走査1及び2とを繰り返す。
【0045】
このように、画素データPD及び逆画素データ#PDは、すべての画素電極206に対して同時に書き込まれるので、図5(d)に示すとおり、すべてのラインにおいて光透過率が高い状態は同じ時間となる。
【0046】
またバックライト制御回路及び駆動電源45は、制御信号発生回路41から制御信号CSを受けて、光透過率が高い状態を維持している一定の時間の間のみ、バックライト11に駆動電圧を与える。そのため、図5(a)に示すとおり、光透過率が高い状態を維持している一定の時間の間のみバックライト11は白色発光する。そして、図5(a)及び(d)に示すとおり、液晶パネル13が発色している時間とバックライトが点灯している時間とは同一になる。
【0047】
次に、実施の形態1の液晶表示装置及びその表示制御方法の具体的な実施例及びその実施例に対する比較例について夫々説明する。
(実施例1)
まず、液晶パネル13を以下のようにして作製した。個々の画素電極206をピッチ0.08mm×0.24mmで画素数を1024×3(RGB)×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基板と対向電極205を有するガラス基板200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のポリイミド膜を成膜した。
【0048】
更に、これらの膜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た。このようにして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12,12で、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13とした。また、この液晶パネル13と、スイッチングが可能であるバックライト11とを重ね合わせた。
【0049】
このようにして作製された液晶パネル13を用い、図5に示したタイムチャートにしたがってカラー表示を行った。その結果、色純度に優れ、明瞭なカラー表示を得ることができた。また、バックライト11単体の輝度が600cd/mの場合、液晶パネル13において白表示における輝度は140cd/mであった。したがってバックライト11単体の輝度における液晶パネル13の輝度の割合は約23%である。また、この際の消費電力は15Wであった。
【0050】
(比較例1)
上述の実施例1と同様にして作製された液晶パネルを備える従来の液晶表示装置を用い、図13に示したタイムチャートにしたがってカラー表示を行った。その結果、色純度に優れ、明瞭なカラー表示を得ることができた。しかしながら、バックライト11単体の輝度が1250cd/mの場合、液晶パネル13において白表示における輝度は135cd/mであった。そのためバックライト11単体の輝度における液晶パネル13の輝度の割合は約11%であり、実施例1に比し大幅に低下している。さらに、この際の消費電力は34Wであり、実施例1に比し約2.3倍大きかった。
【0051】
(実施の形態2)
以下に説明する実施の形態2の液晶表示装置は、フィールドシーケンシャル方式によりカラー表示を行う液晶表示装置である。
図6は、実施の形態2の液晶表示装置の構成を示す概略図である。この液晶表示装置は、LEDアレイ6aを有するバックライト61と、2枚の偏光フィルム62,62と、この偏光フィルム62,62に挟まれた液晶パネル63とを備える。
【0052】
LEDアレイ6aは、赤,緑,青の各色を発光するLEDを順次的且つ反復してアレイ状に配列した構成をなし、導光板を用いて全面単色発光が可能であるバックライト61は、各色全面点灯を行って、順次単色表示を行えるようになっている。
【0053】
また、液晶パネル63には、強誘電性液晶を封入する。なお、本実施の形態で使用する強誘電性液晶の電気光学特性は図12に示したとおりである。
【0054】
図7は、実施の形態2の液晶表示装置における1画素分の液晶パネル13の構成図である。図7において、71,72は対向するガラス基板を示す。上側のガラス基板71の下面には、対向電極73が形成されている。また第1TFT素子75及び第2TFT素子76の2個のTFT素子が設けられており、第1TFT素子75は第1走査線77及びデータ線79と接続され、第2TFT素子76は画素電極74及び第2走査線78と接続されている。
【0055】
図8は、実施の形態2の液晶表示装置における液晶パネル63の回路を示す構成図である。81,81…は、第1TFT素子75,75…と第2TFT素子76,76…との間に設けられたデータ保持部である。データ保持部81,81…は、後述するデータドライバ92からデータ線79,79…及び第1TFT素子75,75…を介して入力されるデータを保持する。またデータ保持部81,81…に保持されたデータは、第2TFT素子76,76…を介して画素電極74へ出力される。
【0056】
次に、実施の形態2の液晶表示装置の回路構成について図9を参照して説明する。
図9において、90は、外部の例えばパーソナルコンピュータから表示データDDが入力され、その表示データDDを記憶した後、各画素単位のデータを出力する画像メモリであり、91は、同じくパーソナルコンピュータから同期信号SYNが入力され、制御信号CS及びデータ変換制御信号DCSを生成する制御信号発生回路である。画像メモリ90からは画素データPDが、制御信号発生回路91からはデータ変換制御信号DCSが、夫々データ変換回路96へ出力される。データ変換回路96は、データ変換制御信号DCSにしたがって、入力された画素データPDを反転させた逆画素データ#PDを生成する。
【0057】
また制御信号発生回路91からは制御信号CSが、基準電圧発生回路94,データドライバ92,スキャンドライバ93,並びにバックライト制御回路及び駆動電源95へ夫々出力される。基準電圧発生回路94は、基準電圧VR1及びVR2を生成し、生成した基準電圧VR1をデータドライバ92へ、基準電圧VR2をスキャンドライバ93へ夫々出力する。
【0058】
データドライバ92は、データ変換回路96を介して画像メモリ90から入力された画素データPD又は逆画素データ#PDを、画素電極74のデータ線79に対して出力する。この出力に同期して、スキャンドライバ93は、画素電極94の第1走査線77又は第2走査線78をライン毎に順次的に走査する。データドライバ92による画素データの出力及びスキャンドライバ93による第1走査線77の走査にしたがって、第1TFT素子75がオン/オフ駆動する。またスキャンドライバ93による第2走査線78の走査にしたがって第2TFT素子76がオン/オフ駆動する。データ保持部81は、第1TFT素子75がオンの際にデータドライバ92からデータ線79及び第1TFT素子75を介して与えられる信号を保持する。データ保持部81に保持された信号は、第2TFT素子76がオンの際に、第2TFT素子76を介し画素電極74に対して出力される。またバックライト制御回路及び駆動電源95は、駆動電圧をバックライト61へ与えバックライト61を白色発光させる。
【0059】
図10は実施の形態2の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートであり、図10(a)はバックライト61の各色のLEDの発光タイミング、図10(b)は第1走査線77の各ラインに対する走査タイミング、また図10(c)は第2走査線78の各ラインに対する走査タイミング、図10(d)は液晶の光透過率の変化、及び図10(e)は液晶パネル63の発色状態を夫々示す。
【0060】
実施の形態2の液晶表示装置では1秒間に60フレームの表示を行うので、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する。そして、図10(a)に示すとおり、第1番目のサブフレームにおいて後述する消去走査1の間に赤のLEDを、第2番目のサブフレームにおいて同じく消去走査1の間に緑のLEDを、第3番目のサブフレームにおいて同じく消去走査1の間に青のLEDを夫々発光させる。
【0061】
図10(a)に示すとおり、バックライトのLEDを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、図10(a)に示すとおり、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。
【0062】
スキャンドライバ93は、制御信号発生回路91から制御信号CSを受けた場合、第1走査線77を順次的に走査する(図10(b)における書込み走査1)。この際、データ線79及び第1TFT素子75を介してデータドライバ92から出力された画素データPDが、データ保持部81にて保持される。
【0063】
この処理がすべての第1走査線77に対して行われた後に、制御信号発生回路91から制御信号CSを受けた場合、スキャンドライバ93は第2走査線78を同時に走査する(図10(c)における書込み走査2)。この際、各データ保持部81が保持している画素データPDが、第2TFT素子76を介して各画素電極74に書き込まれる。また、バックライト制御回路及び駆動電源95は、制御信号発生回路91から制御信号CSを受けて、駆動電圧をバックライト61へ与えバックライト61を前記画素データPDに応じて赤,緑又は青色発光させる。その結果、図10(e)に示すとおり、液晶パネルにおいて赤,緑又は青表示が行われる。
【0064】
このようにして赤,緑又は青表示が行われている間に、スキャンドライバ93は第1走査線77を順次的に走査する(図10(b)における消去走査1)。この際、データ線79及び第1TFT素子75を介してデータドライバ92から出力された逆画素データ#PDが、データ保持部81にて保持される。この処理がすべての第1走査線77に対して行われた後に、各データ保持部81が保持している逆画素データ#PDを、第2TFT素子76を介して各画素電極74に書き込む(図10(c)における消去走査2)。以下同様にして、上述した書込み走査1及び2と消去走査1及び2とを繰り返す。
【0065】
このように、画素データPD及び逆画素データ#PDは、すべての画素電極74に対して同時に書き込まれるので、図10(d)に示すとおり、すべてのラインにおいて光透過率が高い状態は同じ時間となる。
【0066】
またバックライト制御回路及び駆動電源95は、制御信号発生回路91から制御信号CSを受けて、光透過率が高い状態を維持している一定の時間の間のみ、バックライト61に駆動電圧を与える。そのため、図10(a)に示すとおり、光透過率が高い状態を維持している一定の時間の間のみバックライト61は赤,緑又は青色発光する。そして、図10(a)及び(d)に示すとおり、液晶パネル63が発色している時間とバックライトが点灯している時間とは同一になる。
【0067】
次に、実施の形態2の液晶表示装置及びその表示制御方法の具体的な実施例及びその実施例に対する比較例について夫々について説明する。
(実施例2)
まず、液晶パネル63を以下のようにして作製した。画素電極74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基板と対向電極73を有するガラス基板71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のポリイミド膜を成膜した。
【0068】
更に、これらの膜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た。このようにして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62,62で、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63とした。
【0069】
この液晶パネル63と、スイッチングが可能であるバックライト61とを重ね合わせた。このバックライト61の発光タイミングは第2TFT素子76のデータ書込み走査/消去走査に同期して制御される。
【0070】
このようにして作製された液晶パネル63を用い、図10に示したタイムチャートにしたがってカラー表示を行った。その結果、色純度に優れ、明瞭なカラー表示を得ることができた。また、バックライト61単体の輝度が600cd/mの場合、液晶パネル63において白表示における輝度は170cd/mであった。したがってバックライト61単体の輝度における液晶パネル63の輝度の割合は約28%である。また、この際の消費電力は15Wであった。
【0071】
(比較例2)
上述の実施例2と同様にして作製された液晶パネルを備える従来の液晶表示装置を用い、図15に示したタイムチャートにしたがってカラー表示を行った。その結果、色純度に優れ、明瞭なカラー表示を得ることができた。しかしながら、バックライト61単体の輝度が1250cd/mの場合、液晶パネル63において白表示における輝度は175cd/mであった。そのためバックライト61単体の輝度における液晶パネル63の輝度の割合は約14%であり、実施例2に比し大幅に低下している。さらに、この際の消費電力は32Wであり、実施例2に比し約2.1倍大きかった。
【0072】
(実施の形態3)
以下に説明する実施の形態3の液晶表示装置は、実施の形態2の場合と同様に、フィールドシーケンシャル方式によりカラー表示を行う液晶表示装置である。実施の形態3のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置の構成は、実施の形態2の場合と同様であるので、その図示及び説明を省略する。ただし、液晶パネル63には、強誘電性液晶ではなく、反強誘電性液晶を封入する。なお、本実施の形態で使用する反強誘電性液晶の電気光学特性は図13に示したとおりである。
【0073】
また、実施の形態3の液晶表示装置における1画素分の液晶パネル63及び液晶表示装置の回路構成ついても、実施の形態2と同様であるので、その図示及び説明を省略する。
【0074】
図11の実施の形態3の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートであり、図11(a)はバックライトの各色のLEDの発光タイミング、図11(b)は第1TFT素子75を用いた場合の液晶パネル63の各ラインの走査タイミング、また図11(c)は第2TFT素子76を用いた場合の液晶パネル63の各ラインの走査タイミング、図11(d)は液晶の光透過率の変化、及び図11(e)は液晶パネル63の発色状態を夫々示す。
【0075】
図11(a)に示すとおり、バックライトのLEDを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。
【0076】
スキャンドライバ93は、制御信号発生回路91から制御信号CSを受けた場合、第1走査線77を順次的に走査する(図11(b)における書込み走査11)。この際、データ線79及び第1TFT素子75を介してデータドライバ92から出力された画素データPDが、データ保持部81にて保持される。
【0077】
この処理がすべての第1走査線77に対して行われた後に、制御信号発生回路91から制御信号CSを受けた場合、スキャンドライバ93は第2走査線78を同時に走査する(図11(c)における書込み走査21)。この際、各データ保持部81が保持している画素データPDが、第2TFT素子76を介して各画素電極74に書き込まれる。また、バックライト制御回路及び駆動電源95は、制御信号発生回路91から制御信号CSを受けて、駆動電圧をバックライト61へ与えバックライト61を前記画素データPDに応じて赤,緑又は青色発光させる。その結果、図11(e)に示すとおり、液晶パネルにおいて赤,緑又は青表示が行われる。
【0078】
このようにして赤,緑又は青表示が行われている間に、スキャンドライバ93は第1走査線77を順次的に走査する(図11(b)における書込み走査12)。この際、データ線79及び第1TFT素子75を介してデータドライバ92から出力された逆画素データ#PDが、データ保持部81にて保持される。この処理がすべての第1走査線77に対して行われた後に、各データ保持部81が保持している逆画素データ#PDを、第2TFT素子76を介して各画素電極74に書き込む(図11(c)における書込み走査22)。以下同様にして、上述した書込み走査11,21,12及び22を繰り返す。
【0079】
このように、画素データPD及び逆画素データ#PDは、すべてのラインにおける画素電極74に対して同時に書き込まれるので、図11(d)に示すとおり、すべてのラインにおいて光透過率が高い状態は同じ時間となる。
【0080】
また、図11(a)に示すとおり、バックライト62は赤,緑,又は青色を時分割発光し、消灯する期間はない。したがって、図11(e)に示すとおり、液晶パネル63は、常に赤,緑又は青色のいずれかを発色する。
【0081】
次に、実施の形態3の液晶表示装置及びその表示制御方法の具体的な実施例及びその実施例に対する比較例について夫々について説明する。
(実施例3)
まず、液晶パネル63を以下のようにして作製した。画素電極74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基板と対向電極73を有するガラス基板71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のポリイミド膜を成膜した。
【0082】
更に、これらの膜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。この空パネルにナフタレン系液晶を主成分とする反強誘電性液晶を封入した。このようにして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62,62で、反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63とした。この液晶パネル63と、スイッチングが可能であるバックライト62とを重ね合わせた。
【0083】
このようにして作製された液晶パネル63を用い、図11に示したタイムチャートにしたがってカラー表示を行った。その結果、色純度に優れ、明瞭なカラー表示を得ることができた。また、LED駆動電流を赤:15mA/個,緑:20mA/個,青:13mA/個とした場合、液晶パネル63において白表示における輝度は255cd/mであった。
【0084】
(比較例3)
上述の実施例3と同様にして作製された液晶パネルを備える従来の液晶表示装置を用い、図16に示したタイムチャートにしたがってカラー表示を行った。その結果、色純度に優れ、明瞭なカラー表示を得ることができた。しかしながら、LED駆動電流を赤:15mA/個,緑:20mA/個,青:13mA/個とした場合、液晶パネル63において白表示における輝度は130cd/mであった。したがって実施例3に比し大幅に低下している。
【0085】
上述したように、実施例1及び2と比較例1及び2とを夫々比較した場合、いずれの場合も、バックライト単体の輝度における液晶パネルの輝度の割合は、実施例の方が高く、しかも消費電力は実施例の方が低かった。
また、実施例3と比較例1とを比較した場合、各色のLEDに対する駆動電流を同一にしたときの液晶パネルの輝度は、実施例の方が高かった。
【0086】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る液晶表示装置では、1画素毎に2個のスイッチング素子を備え、さらにこれらの各スイッチング素子と接続されたデータ保持部を設け、これらを同期をとって動作させることによって、白色発光又は3原色を時分割発光するバックライトの利用効率を図ることができる。
【0087】
また同様にして前記データ保持部及び2個のスイッチング素子を同期をとって動作させることによって、液晶の光透過率が高い状態を効率的に利用することができる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図2】実施の形態1の液晶表示装置における1画素分の液晶パネルの構成図である。
【図3】実施の形態1の液晶表示装置における液晶パネルの回路を示す構成図である。
【図4】実施の形態1の液晶表示装置の回路を示す構成図である。
【図5】実施の形態1の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートである。
【図6】実施の形態2の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図7】実施の形態2の液晶表示装置における1画素分の液晶パネルの構成図である。
【図8】実施の形態2の液晶表示装置における液晶パネルの回路を示す構成図である。
【図9】実施の形態2の液晶表示装置の回路を示す構成図である。
【図10】実施の形態2の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートである。
【図11】実施の形態3の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートである。
【図12】強誘電性液晶の電気光学特性を示すグラフである。
【図13】反強誘電性液晶の電気光学特性を示すグラフである。
【図14】強誘電性液晶を用いたマイクロカラーフィルタ方式の従来の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートである。
【図15】強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャル方式の従来の液晶表示装置における表示制御の一例を示すタイムチャートである。
【図16】反強誘電性液晶を用いたフィールドシーケンシャル方式の従来の液晶表示装置における表示制御の一例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
11 バックライト
13 液晶パネル
206 画素電極
207 第1TFT素子
208 第2TFT素子
209 第1走査線
210 第2走査線
211 データ線
Claims (4)
- マトリクス状に配された複数の画素電極及び該画素電極の夫々に対応して設けられた複数の第1及び第2スイッチング素子を有する液晶パネルと、該液晶パネルの背面に配置されたバックライトと、外部から入力される一の極性を有する第1表示データ又は他の極性を有する第2表示データに対応して第1及び第2スイッチング素子をオン/オフ駆動する駆動部とを備え、前記オン/オフ駆動に同期してバックライトを発光させ、前記発光する間に前記画素電極の夫々を走査することによって、前記画素電極の夫々へ供給される前記第1表示データ又は第2表示データに応じた表示を行う液晶表示装置において、
第1及び第2スイッチング素子の間に介装され、第1スイッチング素子を介して入力される第1表示データ又は第2表示データを保持し、保持した第1表示データ又は第2表示データを第2スイッチング素子を介して前記画素電極へ供給する複数のデータ保持部と、
前記外部からの第1表示データ又は第2表示データの入力と同期して外部から入力される同期信号を受けた場合に、制御信号を発生させ、発生させた制御信号を前記駆動部へ順次出力する制御信号発生回路と
を備え、
前記駆動部は、前記制御信号が順次入力される毎に、第1スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々に第1表示データを順次書き込み、すべてのデータ保持部へ書き込みが終了した後、前記データ保持部へ書き込まれた第1表示データを、第2スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々から前記画素電極夫々に同時に供給し、前記画素電極夫々に第1表示データを供給した後、供給した第1表示データを表示中に第1スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々に第2表示データを順次書き込み、すべてのデータ保持部へ書き込みが終了した後、前記データ保持部へ書き込まれた第2表示データを、第2スイッチング素子をオン/オフ駆動して前記データ保持部夫々から前記画素電極夫々に同時に供給すべくなしてあることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記液晶パネルは3原色のカラーフィルタを有しており、前記駆動部による第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動に同期して前記バックライトを白色発光させ、前記白色発光を前記3原色のカラーフィルタで透過させることによって、カラー表示を行うべくなしてあることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記バックライトは3原色の各色光夫々を発光する光源を有しており、前記駆動部による第1及び第2スイッチング素子のオン/オフ駆動に同期して前記光源を時分割発光させることによって、カラー表示を行うべくなしてあることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記液晶パネルの液晶物質は強誘電性液晶物質又は反強誘電性液晶物質である請求項1乃至3記載の液晶表示装置。
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