JP4059011B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置の画質向上に関し、詳細には、インターレース方式のテレビジョン信号を表示するアクティブマトリックス型の液晶表示装置における動画品質の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（以下、ＬＣＤと記載する。）は、高精細、低消費電力、省スペースといった特徴を有しており、コンピュータモニタやテレビジョン表示装置等の様々な用途において全面的に陰極線管（以下、ＣＲＴと記載する。）に代替することが期待されている。しかし、ＬＣＤは、ＣＲＴに比べて動画表示における画質が十分でないことから、動画品質の向上が求められており、特に、テレビジョン表示装置への応用に際しては、現行のテレビジョン信号に基づく動画を高画質に表示できることが必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＣＤの動画表示における問題は、第１に、暗い背景の中に部分的に明るい箇所がある画像を表示する場合、周囲と比べてメリハリのある明るい点の描画を少ない電力で表示することが出来ない点と、第２に動画の精細度が悪い点である。
【０００４】
まず、少ない電力で部分的な明るい点を映せないのは、描画の原理が画素毎の発光でなく、裏面の均一な明るさのバックライトから出た光のパネル透過率を画素毎に印加する電圧で変わる液晶のリタデーションで調整することに起因している。すなわち、最大輝度はバックライトの最大輝度とパネルの最大透過率で制限されてしまう。このため、輝度が面内で均一なバックライトと透過率が均一な液晶パネルを用いる従来の液晶表示装置の場合、画面の各場所の最大輝度は表示する画像によらずある値に限定されてしまう。このため、薄暗い背景に白い点がある場合、白い点の輝度を高めるためには、バックライト全体の輝度を高める必要があるため、バックライトへの投入電力が増える。
これに対し、CRTでは、薄暗い背景に白い点がある場合、白い点の輝度を高めるためには白い点を描画するタイミングのカソード電力を増大させればよいだけであるので、投入電力が少なくてすむ。
【０００５】
次に動画精細度が悪い理由は以下の点にあるとされている。まず、図９の（ａ）に示すように、黒い背景中を白い物体５０がある方向に移動する画面を表示する場合、ＬＣＤでは、図９の（ｂ）に示すように観視者に物体５０の輪郭がぼけて知覚される「動きぼけ」が発生する。また、図９の（ｃ）に示すように移動前の物体５０の残像５１が知覚される「ゴースト」も発生する。なお、図中の例えば白→黒という記載は物体５０の移動に伴い、画面が白から黒に変わることを示している。
【０００６】
こうした動画表示上の問題は、一つには、信号に対する液晶の応答時間が長いことに起因する。現在一般に用いられているツイステッドネマチック型（以下、ＴＮ型と記載する。）やスーパ・スイステッド・ネマチック型（以下、ＳＴＮ型と記載する。）のＬＣＤにおいては、液晶に電界を印加してから液晶分子の配列が変化して所望の光透過率に達するまでの電気光学応答時間が、一般的なテレビジョン信号のフィールド周期である１６．７ｍｓｅｃよりも数倍長いため、１フィールド期間内に動き部分の光学応答が完了しない。このため、液晶の光学応答の遅れが、「動きぼけ」や「ゴースト」として視認されてしまう。
【０００７】
また、ＬＣＤが、次のフレームの画像情報に書き換えられるまで発光を続けるホールド型であることも、動画に対する表示品質が低い原因であるとされている。ＬＣＤとして多く用いられている薄膜トランジスタ型（以下、ＴＦＴ型と記載する。）ＬＣＤは、液晶に電界を印加することにより蓄えられた電荷が次に電界を印加するまで比較的高い割合で保持される。このため、図１０の（ａ）に示すように、ＬＣＤの各画素は次のフレームの画像情報に基づく電界印加により書き換えられるまで発光を続ける。一方、電子ビームを走査して蛍光体を発光させて表示を行うＣＲＴ型の表示装置においては、図１０の（ｂ）に示すように、各画素の発光は概ねインパルス状となる。したがって、ＬＣＤは、ＣＲＴに比べて画像表示光の時間周波数特性が低く、それに伴い空間周波数特性も低下して観視画像のぼけを生じる。
【０００８】
ＬＣＤの動画表示における画質を向上するため、バックライトを分割して駆動することが、例えば特開平１１−２０２２８６号公報に開示されている。図１１は、その装置構成を示すブロック図である。液晶パネルの背面に配置されたバックライト５４を複数の発光領域５４ａ〜５４ｄに分割し、対応する領域の液晶パネルの画像書きこみ操作に対して一定の時間遅延を持たせながら、各発光領域５４ａ〜５４ｄにある放電ランプ５６を、点灯制御回路６０、インバータ６１によって順次発光させる。
【０００９】
図１２は、このような液晶表示装置における液晶の光学応答とバックライト発光タイミングの関係を示すタイミング図である。図１２において、上段は液晶への書き込み電圧、中段は液晶の光学応答、下段はバックライトの発光タイミングを示す。現行のテレビジョン信号であるインターレース信号を表示する場合を例に説明する。インターレース信号を表示する場合、１フレーム（＝１画面）の表示期間を偶数フィールドと奇数フィールドに分け、偶数フィールドに偶数行（２ｎ行、ｎは正の整数）のみを走査し、奇数フィールドに奇数行（（２ｎ＋１）行）のみを走査する。
【００１０】
まず、偶数フィールドにおいて、黒信号から白信号に書き換えられた２ｎ行目の画素の液晶光学応答６４は、書き換え直後のフィールド期間中に輝度が大きく増加し、その後、数フィールドをかけて完全な白表示となる。続く奇数フィールドにおいて、黒信号から白信号に書き換えられた（２ｎ+１）行目の画素の液晶光学応答６５は、１フィールド期間（約１６ｍｓｅｃ）ずれて２ｎ行目の画素と同様の挙動を示す。
【００１１】
バックライトは、図１１の下段に示すように、偶数フィールド及び奇数フィールドの各々において、画像信号の書き換えから一定の遅延時間が経過した後の所定期間にのみ点灯する。これにより、液晶光学応答の変化の途中経過が観視者にあまり見えず、また、各画素の発光がインパルス状に近くなるため、動画表示における画質が向上する。
【００１２】
しかし、上記従来の液晶表示装置では、前述の動画表示における問題点のうち、「動画ぼけ」は改善されるものの、「ゴースト」を十分に消すことができない。図９の（ｃ）に示すように、ゴーストが生じる原因は、黒画像から白画像に書き換えられる領域５２と白画像から白画像に書き換えられる領域５３との間に、液晶応答時間の違いに基づくコントラスト差が生じることにある。しかし、一般的なＴＮ型液晶の応答時間はフィールド期間よりも数倍長いため、図１２に示すように、黒画像から白画像に書き換えられる領域５２に対応する液晶光学応答６４と、白画像から白画像に書き換えられる領域５３に対応する液晶光学応答６６との間には、バックライトが点灯する期間においても輝度差が存在する。この輝度差が完全に解消するのは、書き換えを行ってから数フィールド後である。したがって、バックライトの点灯期間をいくら短く制限しても、ゴーストが残ってしまう。
【００１３】
そこで、この発明は、応答速度の遅いＴＮ型液晶等を用いてもゴーストを除去することができ、インターレース方式テレビジョン信号に基づいてメリハリのある高画質な動画表示を少ない消費電力で可能とするアクティブマトリックス型の液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の構成による液晶表示装置は、基板上に、液晶を駆動するため上記液晶を挟んで対向するように配置された第１電極及び第２電極と、上記液晶が配置された基板の側と反対側に配置されたバックライトと、このバックライトと、上記第１電極の上記液晶と対向する側と反対側に配置された第１偏光手段と、上記基板と上記バックライトとの間に配置された第２偏光手段と、上記第１偏光手段と上記液晶との間に配置され、透過する直線偏光の向きが上記第１偏光板の透過する直線偏光の向きと平行になるよう揃えられて設けられた第１反射偏光板とを備えている。
また、この発明の第１の構成による液晶表示装置は、上記液晶と上記第１偏光手段との間にカラーフィルターを備え、該カラーフィルターと上記液晶との間に、上記第１反射偏光板を備えている。
【００１６】
この発明の第２の構成による液晶表示装置は、上記バックライトと上記第２偏光板との間に、透過する直線偏光の向きが上記偏光板の直線偏光を透過する向きと平行になるよう揃えられて設けられた第２反射偏光板を備えている。
【００１７】
この発明の第３の構成による液晶表示装置は、マトリックス状に配列した画素と各画素に接続したスイッチ手段とを有する画像表示部と、前記スイッチ手段を駆動しながら前記画素をラインごとに選択して一画面の走査を行う行駆動回路と、前記走査に同期して、選択されたラインの画素に、偶数フィールドと奇数フィールドからなるインターレース方式の画素信号を書き込む列駆動回路とを備え、偶数フィールドにおいて、偶数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、奇数ラインの画素に各画素の電位を揃えるための消去信号を書き込み、奇数フィールドにおいて、奇数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、偶数ラインの画素に消去信号を書き込むようにしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による液晶表示装置の液晶セル１画素の平面輝度分布と断面構造を示す模式図である。
図１の(Ａ)は、１画素の輝度分布を示し、ａ、ｂ、及びｃは分割されたそれぞれのＲ、Ｇ、及びＢの色サブ画素(以下サブ画素と記載する。)を示している。この画面では、サブ画素ａ、ｂは黒表示(透過率が０)、サブ画素ｃは白表示(透過率が最大)されている場合を示している。
図１の(Ｂ)において、１０１は表示面側となる第１偏光板(第１偏光手段)であり、第１ガラス基板１０２上に貼り付けられ、第１ガラス基板１０２の裏側にはカラーフィルター(以下ではＣＦと記載する。)１０３、第１反射偏光板１０４、さらに、第１透明電極１０５が順に配置されている。１０６は上記第１ガラス基板１０２と第２ガラス基板１０８とにより形成されたセルに保持された液晶である。ここで、例えば、第１反射偏光板１０４としては、住友スリーエム社のＤＢＥＦシートなどが使用できる。
第２ガラス基板１０８の液晶１０６と面する前面側には、ＣＦ１０３のサブ画素に分割されたＣＦ１０３に対応して第２透明電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが形成されている。第２ガラス基板１０８の背面側には、第２偏光板(第２偏光手段)１０９、第２反射偏光板１１１が順次配置され、さらにその背後にはバックライト１１０が位置し、このバックライト１１０の、側面側には光源１１２、背面側には反射板１１３が配置されている。
【００１９】
ここで、第1反射偏光板１０４は透過する直線偏光の向きが第１偏光板１０１の透過する直線偏光の向きと平行になるよう揃えられて設けられており、第1偏光板１０１と第２偏光板１０９は、それぞれの透過する直線偏光の向きが直交する角度に配置されている。また、第２偏光板１０９と第２反射偏光板１１１は、それぞれの透過する直線偏光の向きが平行な角度に配置されている。
液晶１０６は、ＴＮ型液晶であり、画素分割された第２透明電極１０７ａ〜１０７ｃと第1透明電極１０５との間に印加される電界で駆動され、通常は電圧を印加した状態で液晶１０６のリタデーションが０になり、電圧を印加しない場合に、リタデーションが大きくなり液晶１０６に入射した直線偏光の角度が９０度回転するように、液晶１０６の光学特性、厚さ、配向処理、印加電圧値が決められている。
【００２０】
この場合、サブ画素ａとｂでは電圧が印加され透過率が低い黒表示を、そしてサブ画素ｃでは電圧が印加されておらず透過率が高い白表示をするよう設定されている。
このように形成された液晶表示装置において、バックライト１１０から出た光源１１２からの光は、第２反射偏光版１１１と第２偏光板１０９で直線偏光になり、液晶１０６に入る。ここで、サブ画素ｃに対応する位置の液晶セルに入った直線偏光Ｐは、電圧が印加されていない液晶１０６のリタデーションにより直線偏光の向きが９０度回転して第１反射偏光板１０４に到達し、反射されることなくこれを通過し、ＣＦ１０３で余分な波長の光を吸収除去することにより着色されて、さらに、第１偏光板を通過して観察者に視認される。
これに対し、サブ画素ｂに対応する液晶セル１０６に入った直線偏光Ｑは、電圧を印加された液晶１０６のリタデーションが０であるためそのままの向きで第１反射偏光板１０４に到達するため第１反射偏光版１０４で反射され、さらに第２偏光板１０９を通過してバックライト１１０まで戻り、反射板１１３で反射され、再びバックライト光Ｒとして出光する。この時、ＣＦ１０３を通過していないため吸収ロスが無く、サブ画素ｂに対応する液晶に侵入した光の大部分が再びバックライトに戻ることになる。このため、背景が全体的に暗い場合、実効的にバックライト１１０の輝度は高くなり、サブ画素ｃの輝度を、バックライトの実効輝度に比例して高くすることができる。
【００２１】
この時、バックライト１１０と第２偏光板１０９との間に第２反射偏光板１１１があるので、バックライト１１０の底面で反射して第２反射偏光板１１１へ向かう光Ｕが第２反射偏光板１１１で反射され、バックライト１１０に戻り、バックライト１１０の底面で反射され、反射光Ｖは偏光面が回転されるため、第２反射偏光板１１１と第２偏光板１０９とを透過する成分を持ち、第２反射偏光板１１１と第２偏光板１０９(これら偏光面は互いに並行になるように配置されている。)を透過してサブ画素ｃに対応する第２透明電極１０７ｃへ導入され、再利用される。仮に第２反射偏光板１１１がないときは、上記光Ｕは第２偏光板１０９に吸収される。よって、第２反射偏光板１１１により光の吸収がさらに減少し光の有効な再利用が盛んになるため、黒い背景に囲まれた白い点であるサブ画素ｃの輝度の増大効果はさらに高まる。
以上で説明した実施の形態１によれば、全体の背景が暗く局所的に明るい点がある画像で、暗い背景箇所に相当する画素で第１偏光板１０１により吸収されるはずの光が、ＣＦで光を吸収される前に第１反射偏光板１０４でバックライト１１０に返され、バックライト輝度が実質的に増加するため、局所的な明るい箇所の輝度が増大する。
【００２２】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による液晶表示装置の液晶セル１画素の平面輝度分布と断面構造を示す模式図である。
図２の(Ａ)は、１画素の輝度分布を示し、ａ、ｂ、及びｃは分割されたそれぞれのサブ画素を示している。この画面では、サブ画素ａ、ｂは黒表示、サブ画素ｃは白表示されている場合を示している。
図２の(Ｂ)において、図１の(Ｂ)と同一の符号は、同一叉は相当部分を示す。
すなわち、第１偏光板１０１、第１ガラス基板１０２、第１透明電極１０４、液晶１０６、第２透明電極１０７ａ〜１０７ｃ、第２ガラス基板１０８、第２偏光板１０９、バックライト１１０、光源１１２、反射板１１３は図１の（Ｂ）と同一の構成である。カラーフィルタＣＦ１０３、第１反射偏光板１０４が図１の(Ｂ)では、第１ガラス基板１０２と第１透明電極１０５との間に配置されているのに対し、この実施の形態２では、第１偏光板１０１と第１ガラス基板１０２との間に配置され、実施の形態１における第２反射偏光板１１１がない点が相違している。
また、第1反射偏光板１０４は、透過する直線偏光の向きが第１偏光板１０１の直線偏光を透過する向きと平行になるよう揃えられて設けられており、第1偏光板１０１と第２偏光板１０９は、それぞれの透過する直線偏光の向きが直交する角度に配置されているのは実施の形態１と同様である。液晶１０６は、ＴＮ型液晶であり、サブ画素に対応するように分割された第2透明電極１０７ａ〜１０７ｃと第1透明電極１０５との間に印加される電界で駆動され、電圧を印加した状態で、リタデーションが０になり、電圧を印加しない場合にリタデーションが大きくなり直線偏光の角度が９０度回転するよう形成されている点も実施の形態１と同様である。
【００２３】
ここで、サブ画素ａ、ｂでは電圧が印加され、透過率が低い黒表示を、サブ画素ｃでは電圧が印加されておらず透過率が高い白表示をするように設定されている。バックライト１１０から出た光源１１２からの光は、第２偏光板１０９で直線偏光になり、液晶１０６へ入る。ここで、サブ画素ｃに対応する位置の液晶セルに入った直線偏光Ｐは電圧が印加されていない液晶１０６のリタデーションにより直線偏光の向きが９０度回転して第１反射偏光板１０４に到達し、反射せずにこれを通過し、ＣＦ１０３で余分な波長の光を吸収し、第１偏光板１０１を通過て観察者に視認される。
一方、サブ画素ｂに対応する液晶セルに入った直線偏光Ｑは、電圧を印加された液晶１０６のリタデーションが０であるためそのままの向きで第１反射偏光板１０４に到達しこの第１反射偏光板１０４で反射され、さらに第２偏光板１０９を通過しバックライト１１０まで戻り、反射板１１３で反射され、再びバックライト１１０から出光する。このバックライト光Ｒはサブ画素ｃに対応する第２透明電極１０７ｃ、及びＣＦ１０３を通過する。よって、背景が全体的に暗い場合、実効的にバックライト１１０の輝度は高くなり、サブ画素ｃの輝度を、バックライトの輝度に比例して高くすることができる。
【００２４】
バックライト１１０と第２偏光板１０９の間に、実施の形態１の第２反射偏光板１１１を設置しておけば、実施の形態１と同様に、バックライト１１０と液晶セル１０６との間での光の吸収がさらに減少し、より高い第１反射偏光板１０４によるサブ画素ｃの輝度を増大することができる。特に、サブ画素ｃのように、近傍を透過率の低い黒表示が素に囲まれた白表示画素の輝度増大効果は大きい。
【００２５】
ここで、実施の形態２の場合は、第１ガラス基板１０２と第２ガラス基板１０８で囲まれた液晶セルの構成は、従来の白黒ＬＣＤの構造と変わらないため、製造過程におけるセルギャップの均一化などは容易である。
ここで、カラー表示を実現する方法として、ＣＦを使う面積混色法に対し、三源色光源とそれに対応した白黒表示フイールドで実現するフィールドシーケンシャル方式のカラー表示方法があるが、この実施の形態２は、このフィールドシーケンシャル方式のカラー表示方法にも、ＣＦによる光の吸収がないため、有効である。なお、上記実施の形態１、下記実施の形態３、４についても同様である。
【００２６】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による液晶セルの１画素の平面輝度分布と断面構造を示す模式図である。図２と同一符号は、同一叉は相当部分を示す。なお、バックライト１１０、光源１１２、反射板１１３は記載していない。
実施の形態２の液晶表示装置において、画素サイズに比べ、第１ガラス基板１０２の厚さが厚い場合は第２透明電極１０７とＣＦ１０３の距離が離れてしまうため、バックライト１１０からでる光、すなわち図２の(Ｂ)に示す光Ｐ及びＲが液晶層１０６に対して垂直でなく傾いている場合、図３に示すように隣のサブ画素ｂに入り、色滲みを引き起こす。
そこで、図３に示すように、実施の形態３では、液晶１０６と第２偏光板１０９との間にＣＦ１０３の各サブ画素の中央部と液晶を挟んで向かい合う位置に狭い開口を形成するスリット１１５を有するスリット反射板１１６を配置している。このスリット反射板１１６は、図３の(Ｂ)では、第２ガラス基板１０８の液晶１０６側の表面に形成されている。
【００２７】
図４は、画素構造による上記色にじみを抑制するためのスリット１１５の形状を説明するための特性図である。
図４で、サブ画素横分割とは、ＣＦ１０３の分割をサブ画素の形状が横長な長方形になるように横方向に１画素を３分割した構造であり、すなわち、図３の(Ａ)を９０度回転させた構造である。図４におけるＢＬ輝度半値角度はバックライト(ＢＬ)の輝度が正面の輝度の１／２になる角度であり、ケース▲１▼〜▲６▼では左右方向で±２５度、上下方向で±１０度となっている。距離ＴとはＣＦ１０３とスリット反射板１１６との間の距離である。必要幅とは、左右についてはスリット１１５の端から画素の端部までの距離Ｗ(図３に示す)、上下についてはスリット１１５の端から隣接するサブ画素までの距離Ｈである。必要間隙幅比は左右がＷ／Ｔ、上下がＨ／Ｔである。画素サイズはサブ画素ａ、ｂ、及びｃの左右と上下の長さであり、図３でＭ、Ｎで示す。スリットサイズは、左右がスリット１１５の横方向(長手方向)の長さＵ、上下がスリット１１５の縦方向の長さＶを有する。スリット面積比はサブ画素ａ、ｂ、及びｃの面積とスリッ１１５トの面積との比である。ケース▲１▼は、距離Ｔが４００(μｍ)の場合であり、左右の必要間隙幅比(Ｗ／Ｔ)は０．２９３、上下の必要間隙幅比(Ｈ／Ｔ)は０．１１６であり、左右の画素サイズＭは３００μｍ、上下の画素サイズＮは１００μｍであり、距離Ｔは４００μｍであり、左右の必要幅Ｗは１１７．４μｍ、上下の必要幅Ｈは４６．６μｍであり、左右のスリットサイズＵは６５．２μｍ、上下のスリットサイズＶは６．８μｍであり、スリットの開口率を表すスリット面積比は０．０１である。ケース▲２▼はＴが２００μｍ、ケース▲３▼はＴが１００μｍの場合について示している。
【００２８】
サブ画素縦分割とは、ＣＦ１０３の分割をサブ画素の形状が縦長な長方形になるように縦方向に１画素を３分割した構造であり、すなわち、図３の(Ａ)に示すような構造である。
この場合、画素サイズの左右と上下はサブ画素横分割とは逆になり、左右は図３でＶ、上下はＵで示すようになる。必要幅の左右と上下も同様であり、左右の必要幅はＨ、上下の必要幅はＷとなる。さらに、左右の必要間隙幅比はＨ／Ｔ、上下の必要間隙幅比はＷ／Ｔである。
例えば、３０インチ程度のハイビジョン対応ＬＣＤ―ＴＶを考えた場合、上記画素サイズは約０．３ｍｍ程度であり、従って各サブ画素の短辺長さは約０．１ｍｍである。液晶モニター用のバックライト１１０の配光分布は、輝度が正面の１/２になる出光角度であるＢＬ輝度半値角度で表して、左右方向が±２５度、上下方向が±１０度程度とするのが一般的である。ここで、ガラスや光学フィルムの屈折率１．５を考慮すると、図４に示すように、ＣＦ１０３の分割を従来と異なりサブ画素の形状が横長な長方形になるよう横分割し、スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して４倍の４００μｍの場合、色にじみを防ぐためには、スリットサイズを約６５×約７μｍ程度に絞らねばならず、サブ画素面積に対するスリット面積の比は図４に示すように０．０１すなわち１％程度にしかならない。このケース▲１▼のようなスリットの構造では明るい表示が不可能である。
【００２９】
スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して２倍の２００μｍにした場合は、色にじみを防ぐためのスリットサイズは約１８２×約５３μｍ程度まで拡大でき、スリット面積比は０．３３すなわち３３％程度に増大する。これは、現行のＴＦＴアレイ基板における画素の開口率６０〜８０％と比べて小さいが、スリット反射板１１６で反射された反射光の再利用を考慮すれば許容できる値である。
【００３０】
さらに、スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して同程度の１００μｍにした場合は、色にじみを防ぐためのスリットサイズは約２４１×約７６μｍ程度まで拡大でき、スリット面積比は０．６２すなわち６２％程度に増大する。これは、現行のＴＦＴアレイ基板の画素の開口率６０〜８０％と比べて遜色のない値であり。スリット１１５をさらに小さくして色にじみをさらに抑制することも可能になる。
【００３１】
したがって、スリット反射板１１６とＣＦ１０３との距離Ｔは、通常長方形をしているＣＦ１０３における各サブ画素の短辺長さの２倍程度以下、もしくは同程度以下であることが望ましい。このようにスリット１１５を構成した場合、図３において、バックライト(図示せず)からの光Ｐは、相対するＣＦのみを通過し、隣接する他の色のＣＦを通過することがないので色にじみの発生を抑えることができる。光Ｓは、スリット反射板１１５により反射され他の色のＣＦへの到達しない。
スリット反射板１１５とＣＦ１０３との距離を該ＣＦ１０３の最も狭い幅と同程度以下に構成している。この構成によれば、隣接する他の色のＣＦ１０３を通過するもれ光が少なくなるため、色にじみがなくなる効果がある。
【００３２】
図４の下段には、従来のような、ＣＦ１０３のサブ画素縦分割の場合における計算例を示している。この場合、スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して同程度の１００μｍの場合(ケース▲６▼)に、スリット面積比は０．３８すなわち３８％程度であり、先に述べたサブ画素横分割のケース▲３▼に比べて開口率が低く、暗い画面輝度になってしまう。
以上の説明からして、色にじみを抑制するためのスリットの構成としては、サブ画素横分割の方が有利である。
【００３３】
以上で説明した実施の形態３によれば、液晶１０６と第２の偏光板１０９との間にＣＦ１０３の中央部と液晶を挟んで向かい合う位置に狭い開口スリット１１５を有するスリット反射板１１６を設け、スリット反射板１１６とＣＦ１０３距離が該ＣＦ１０３の最も狭い幅の２倍以下、望ましくは同程度以下の距離としている。各色のＣＦに対応した開口スリットを通過した光が、隣接する他のＣＦに入る可能性を低くすることができるので、色のにじみが抑制される。このとき、正方形の１画素を構成する３原色のサブ画素が水平方向に長い長方形状に３分割された形状であれば、縦方向に比べ水平方向の配光角度の広いバックライトに対して色にじみを抑制できる。
この時、バックライトと第２偏光板１０９との間に、透過する直線偏光の向きが第２偏光板１０９を透過する直線偏光の向きと平行になるよう設けられた第２反射偏光板１１１(実施の形態１に示す。)を配置すれば、実施の形態１で説明したようにバックライト光の再利用効率が高まり、局所的な白輝度の増大効果がさらに高まる。
【００３４】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る液晶表示装置を示すブロック図である。液晶表示装置２０１は、画像表示部２０２と、垂直駆動回路（行駆動回路）２０３、水平駆動回路（列駆動回路）２０４から成り、画像表示部２０２の背面に複数の放電ランプ(ランプと記載する。)Ａ１〜Ａ８から成るバックライトを備える。画像表示部２０２には、上記実施の形態１〜３に示すような画素がマトリックス状に配列され、各画素に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）等のスイッチング素子が接続されて、液晶パネルが構成されている。尚、図４において、画素及びＴＦＴは省略しているが、この実施の形態４は、上記実施の形態１〜３のような画素構造を備えている。
【００３５】
垂直駆動回路２０３は、各ラインのＴＦＴゲート電極にゲート配線を介して接続したゲートドライバ２０５と、ゲートドライバ２０５、ソースドライバ２０６にタイミング信号Ａ、Ｂを送るとともにバックライト点灯回路２０７に点灯信号Ｃを送る制御回路２０８を備え、外部から供給される同期信号Ｄに基づいて、各ＴＦＴをラインごとに駆動しながら一画面の走査を行う。水平駆動回路２０４は、制御回路２０８からタイミング信号Ｂを受信して駆動するソースドライバ２０６を備え、水平駆動回路２０４によって選択されたラインの画素に信号を書き込む。
【００３６】
水平駆動回路２０４には、インターレース方式の画像信号Ｅと、画素に保持された画像信号を消去して各画素の電位を消去するための消去信号Ｆが供給されている。水平駆動回路２０４内には、信号切換回路２０９が設けられており、信号切換回路２０９では、制御回路２０８からの信号Ｇに基づきソースドライバ２０６への入力を画像信号Ｅと消去信号Ｆとの間で切換えるようになっている。消去信号Ｆは、例えば、画像信号Ｅの最大電圧レベル以上の電圧レベルを有する黒表示信号とする。一般に、ＴＮ液晶の応答速度は、高い電圧を印加された場合に速いため、消去信号Ｆを電圧レベルの高い黒表示信号とすれば前画像の消去に有利であるからである。また、前の電圧印加の状態が黒レベルであれば、コントラストの低下も抑制されるという利点もある。
【００３７】
液晶表示装置２０１は、外部から供給されたインターレース方式の画像信号２０９を表示するが、インターレース方式の画像信号２０９は、１フレームが偶数フィールドと奇数フィールドに分かれており、偶数フィールドの信号には偶数ラインの画素に書き込む画像情報が含まれ、奇数フィールドの信号には奇数ラインの画素に書き込む画像情報が含まれている。したがって、一般的な液晶表示装置によってインターレース方式の画像信号を表示する場合には、偶数フィールドには偶数ラインのみを走査し、奇数フィールドには奇数ラインのみを走査する飛び越し走査を行う。
【００３８】
しかし、この実施の形態４による液晶表示装置２０１は、偶数フィールド及び奇数フィールドのいずれにおいても全てのラインを線順次に走査する順次走査を行い、１ラインごとに画像信号Ｅの書き込みと消去信号Ｆの書き込みを交互に行う。画像信号Ｅ及び消去信号Ｆの交互書き込みは、信号切換回路２０９が、１ラインごとに画像信号Ｅと消去信号Ｆの間を交互に切換えることにより行うことができる。
【００３９】
図６は、液晶表示装置２０１の動作の概略を示すタイミング図である。図６の上段に示すように、偶数フィールドにおいては、偶数（＝２ｎ）ラインが選択された時は画像信号Ｅを書き込む一方、奇数（＝２ｎ＋１）ラインが選択された時は消去信号Ｆを書き込む。また、奇数フィールドにおいては、奇数ラインが選択された時は画像信号Ｅを書き込む一方、偶数ラインが選択された時は消去信号Ｆを書き込む。
【００４０】
このようなタイミングで画像信号Ｅ及び消去信号Ｆを書き込むことにより、液晶の光学応答は図６の中段に示すようになる。２ｎ行目にある偶数ラインの液晶光学応答４は、偶数フィールドにおいて書き込まれた画像信号Ｅに応じて階調が変化し、続く奇数フィールドにおいて書きこまれた画像信号Ｅが消去されて黒表示となり、この動作をフィールド毎に交互に繰り返す。一方、（２ｎ＋１）行目にある奇数ラインの液晶光学応答５は、これとは逆に、偶数フィールドにおいて前の消去信号Ｆが消去されて黒表示となり、続く奇数フィールドにおいて書き込まれた画像信号Ｅに応じて階調が変化する。
【００４１】
このように、画像信号Ｅの書き込みを行う前に、画像情報を消去して均一な黒表示とするため、各画素の光学応答時間を前フレームの表示画像に依らず均一化することができる。例えば、前フレームで黒表示を行っていた画素と白表示を行っていた画素を同時に別の階調に書き換えた場合であっても、いずれの画素も一旦黒表示となった後に、次の階調信号が書き込まれるため、液晶応答の相違による輝度差をほとんど生じない。したがって、「ゴースト」をほとんどなくすことができる。このとき、実施の形態１〜３に示すように第１反射偏光板１０４が設けられているため、消去信号が黒信号の場合でも、消去信号が書き込まれたゲート線上の画素に入射したバックライト光は、ＣＦ１０３や第１偏光板１０１で吸収されることがなく、第１反射偏光板１０４で反射されてバックライトに戻り、バックライト輝度が高まるため、平均画面輝度の低下を抑えることができる。
【００４２】
また、この実施の形態４においては、さらに「ゴースト」を抑制し、また「動きぼけ」をも併せて抑制するため、図５の下段に示すように、点灯信号Ｃにより、各フィールドにおいて画像信号Ｅの書き込みから一定の遅延時間ｔ(図６)が経過した後にバックライトの点灯を行う。
【００４３】
図４に示すように、画像表示部２０２は画素のライン方向に８つの表示ブロックＢ１〜Ｂ８に分割されており、各表示領域ごとにランプＡ１〜Ａ８が並列して配置されている。ランプＡ１〜Ａ８は、制御回路２０８から送られるタイミング信号Ｃに従い、バックライト点灯回路２０７によって順次点灯される。また、図７に示すように、バックライト１１０の中に配置されたランプＡ１〜Ａ８は、トン利の表示ブロックに光が漏れないように、遮光壁２１０によって互いに隔てられている。なお、ランプＡ１〜Ａ８は表示ブロック毎に複数本、この実施の形態４では８本設置して輝度を向上させている。
【００４４】
図８は、ランプＡ１〜Ａ８を備えたバックライトの点灯タイミングを示す波形図である。
図８に従い、偶数フィールドを例に説明する。偶数フィールドにおいては、奇数ラインに消去信号Ｆを書き込み、偶数ラインに画像信号Ｅを書き込みながら、画像表示部２０２の１行目から線順次に走査される。画像表示部２０２をライン方向に８つの表示ブロックＢ１〜Ｂ８に分けると、１つの表示ブロックは１フィールド期間の１／８である約２ｍｓｅｃをかけて走査される。
【００４５】
表示ブロックＢ１に注目して説明する。表示ブロックＢ１を照明する放電ランプＡ１は、表示ブロックＢ１が走査期間ｔ1中に走査された後、５ブロック分の走査期間に等しい遅延期間ｔ2をおいて、２ブロック分の走査期間に等しい点灯期間ｔ3の間点灯する。表示ブロックＢ２〜Ｂ８を照明するランプＡ２〜Ａ８は、１ブロック分の走査期間ずつ遅延しながら同様の動作を行う。また、奇数フィールドにおいても、偶数ラインに消去信号Ｆを書き込み、奇数ラインに画像信号Ｅを書き込む。この書き込み動作以外は、偶数フィールドと同様の動作となる。
【００４６】
このようにして駆動される液晶表示装置においては、画像信号Ｅの書き込み前に全画素の電位が消去信号Ｆの電位に揃えられ、画像信号Ｅの書き込み後の液晶の応答がある程度安定した期間にのみバックライトが点灯するため、「ゴースト」がさらに抑制される。また、バックライトの点灯期間が制限されている結果インパルス型の発光状態となっているため、「動きぼけ」のないシャープな画像が得られる。
【００４７】
尚、この実施の形態４において、各表示ブロックのバックライトの点灯時間は約４ｍｓｅｃであり、バックライトの点灯時間比率は約１／４である。バックライトの点灯時間比率は、上記遅延期間ｔ2を変化させることによって調節することができ、動画表示と画面輝度のバランスを考慮して適宜設定すれば良い。動画表示の観点からは、液晶の光学応答が安定してから発光するように点灯時間比率を小さく設定する方が好ましい一方、画面輝度の観点からは点灯時間比率を大きく設定する方が好ましい。
【００４８】
また、「ゴースト」の消去の観点からは、消去信号は黒信号であることが好ましく、その電圧はできるだけ高い方が好ましい。一般的なノーマリホワイト駆動のＴＮ型液晶表示素子の場合、白階調から黒階調への変化の方がその逆の変化に比べて液晶の応答速度が速く、また、液晶表示素子では、一般に印加電圧が高い方が応答速度は速くなるためである。液晶の応答が速い程、消去信号を書き込んだ時に液晶の状態が素早く安定する。この場合、従来のＬＣＤでは、消去信号Ｆを書き込んだ画素に入射した光は、出射側の第１偏光板１０１により吸収されるため、黒表示されるが、上記実施の形態１〜３による画素構成であれば、消去信号Ｆを書き込んだ画素に入射した光を、第１反射偏光板１０４によりロスなくバックライト１０に返すことができ、その光が隣接する画像信号Ｅを書き込んだ画素に再利用できるため、画面の平均輝度の低下を抑制するという効果がある。
また、液晶中の不純物による焼きつき対策として、各画素に印加される消去信号Ｆの極性はフレーム毎に反転させることが好ましい。
また、この実施の形態４では、各画素に書き込む消去信号は、黒階調信号であることが好ましい。一般的なノーマリホワイト駆動のＴＮ型液晶表示素子の場合、白階調から黒階調への変化の方が、その逆の変化よりも液晶の応答速度が速くなるためである。液晶の応答が速い程、消去信号を書き込んだ時に液晶の状態が早く安定する。
【００４９】
また、さらに動画品質を向上するため、前記画像表示部の背面に、前記画像表示部を行方向に複数の表示領域に分割して照明可能な光源を備え、前記光源が、偶数フィールド及び奇数フィールドの各々において、分割された各表示領域の走査終了から遅延した所定期間だけ該表示領域を照明することを特徴とする。
【００５０】
画像信号の書き込み前に全画素の電位が消去信号の電位に揃えられ、画像信号の書き込み後の液晶の応答がある程度安定した期間にのみ照明が行われるため、「ゴースト」がさらに抑制される。また、照明期間が制限されている結果インパルス型の発光状態となっているため、「動きぼけ」のないシャープな画像を得ることができる。
【００５１】
この実施の形態４においては、信号切換回路２０９によって画像信号Ｅと消去信号Ｆをライン毎に切換えることにより消去信号Ｆの書き込みを行ったが、消去信号Ｆの書き込み方法はこれに限られない。例えば、画像信号Ｅをソースドライバに供給する前に適当なプログラムによりデータ処理したり、フレーム数ずつメモリに蓄積するなどして、消去信号Ｆを合成した後にソースドライバ２０６に供給することにより、消去信号Ｆの書き込みを行っても良い。
例えば、液晶テレビに、この実施の形態４の液晶表示装置を用いる場合を考える。ＴＶの画像信号は、インターレース方式が一般的であり、画像信号Ｅが偶数番目の走査線についてのみ送られ奇数番目の走査線に画像信号Ｅがない偶数フィールドの場合、奇数番目の走査線に相当する液晶表示装置のゲート線上の画素には、等しい消去信号Ｆを割り当てるようにしてプログレッシブ画像データを作成し、また、奇数フィールドの場合は遇数番目の走査線に相当する液晶表示装置のゲート線上の画素には、等しい消去信号を割り当てるようにしてプログレッシブ画像データを作成し、１ペアの偶数奇数ゲートラインの画像データをラインメモリに一旦蓄え、順次、プログレッシブ画像データとして液晶表示装置に送り表示する。
このような表示によれば、前フィールドの画像データを記憶するフレームメモリーが不要になり、低コスト化が可能となる。また、プログレッシブ画像の作成に伴う、輪郭ボケやフリッカーの問題もなくなるという画質向上の効果がある。
【００５２】
【発明の効果】
この発明の第１の構成による液晶表示装置は、基板上に、液晶を駆動するため上記液晶を挟んで対向するように配置された第１電極及び第２電極と、上記液晶が配置された基板の側と反対側に配置されたバックライトと、このバックライトと、上記第１電極の上記液晶と対向する側と反対側に配置された第１偏光手段と、上記基板と上記バックライトとの間に配置された第２偏光手段と、上記第１偏光手段と上記液晶との間に配置され、透過する直線偏光の向きが上記第１偏光板の透過する直線偏光の向きと平行になるよう揃えられて設けられた第１反射偏光板とを備えたことにより、液晶表示画面の表示品質を向上させることができる。
また、この発明の第１の構成による液晶表示装置は、上記構成において、上記液晶と上記第１偏光手段との間にカラーフィルターを備え、該カラーフィルターと上記液晶との間に、上記第１反射偏光板を備えたことにより、液晶表示画面の表示品質を向上させることができる。
【００５４】
この発明の第２の構成による液晶表示装置は、上記第１の構成において、上記バックライトと上記第２偏光板との間に、透過する直線偏光の向きが上記偏光板の直線偏光を透過する向きと平行になるよう揃えられて設けられた第２反射偏光板を備えたことにより、液晶表示画面の表示品質を向上させることができる。
【００５５】
この発明の第３の構成による液晶表示装置は、上記第１の構成において、マトリックス状に配列した画素と各画素に接続したスイッチ手段とを有する画像表示部と、前記スイッチ手段を駆動しながら前記画素をラインごとに選択して一画面の走査を行う行駆動回路と、前記走査に同期して、選択されたラインの画素に、偶数フィールドと奇数フィールドからなるインターレース方式の画素信号を書き込む列駆動回路とを備え、偶数フィールドにおいて、偶数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、奇数ラインの画素に各画素の電位を揃えるための消去信号を書き込み、奇数フィールドにおいて、奇数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、偶数ラインの画素に消去信号を書き込むようにしたことにより、第１反射偏光板で黒表示画素に入射した光をロス無くバックライトに返すことができ、再利用するため、消去信号の書き込みによる画面の平均輝度の低下を抑制かることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、この発明の実施の形態１による液晶表示装置の液晶セル断面構造を示す模式図である。
【図２】 図２は、この発明の実施の形態２による液晶表示装置の液晶セル断面構造を示す模式図である。
【図３】 図３は、この発明の実施の形態３による液晶表示装置の液晶セル断面構造を示す模式図である。
【図４】 図４は、この発明の実施の形態３による液晶表示装置において、画素構造による色にじみを抑制するためのスリットの形状を説明するための特性図である。
【図５】 図５は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置の駆動回路を示すブロック図である。
【図６】 図６は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置の動作の概略を示すタイミング図である。
【図７】 図７は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置を構成かるバックライトの構造を示す側面図である。
【図８】 図８は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置のバックライトの点灯タイミングを説明するための波形図である。
【図９】 図９は従来の動画表示における画質異常の様子を示す模式図である。
【図１０】 図１０は、従来におけるＴＦＴ−ＬＣＤ及びＣＲＴの発光信号を示す模式図である。
【図１１】 図１１は、従来の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図１２】 図１２は、従来の液晶表示装置の動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１０１ 第１偏光板、１０３ ＣＦ、１０４ 第１反射偏光板、１０５ 第１透明電極、１０６ 液晶、１０７ 第２透明電極、１０８ 第２ガラス基板、１０９ 第２偏光板、１１０ バックライト、１１１ 第２反射偏光板、１１６ スリット反射板、２０２ 画像表示部、２０３ 垂直駆動回路、２０４ 水平駆動回路、２０５ ゲートドライバ、２０６ ソースドライバ、２０７ バックライト点灯回路、２０８ 制御回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置の画質向上に関し、詳細には、インターレース方式のテレビジョン信号を表示するアクティブマトリックス型の液晶表示装置における動画品質の向上に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置（以下、ＬＣＤと記載する。）は、高精細、低消費電力、省スペースといった特徴を有しており、コンピュータモニタやテレビジョン表示装置等の様々な用途において全面的に陰極線管（以下、ＣＲＴと記載する。）に代替することが期待されている。しかし、ＬＣＤは、ＣＲＴに比べて動画表示における画質が十分でないことから、動画品質の向上が求められており、特に、テレビジョン表示装置への応用に際しては、現行のテレビジョン信号に基づく動画を高画質に表示できることが必要となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＬＣＤの動画表示における問題は、第１に、暗い背景の中に部分的に明るい箇所がある画像を表示する場合、周囲と比べてメリハリのある明るい点の描画を少ない電力で表示することが出来ない点と、第２に動画の精細度が悪い点である。
【０００４】
まず、少ない電力で部分的な明るい点を映せないのは、描画の原理が画素毎の発光でなく、裏面の均一な明るさのバックライトから出た光のパネル透過率を画素毎に印加する電圧で変わる液晶のリタデーションで調整することに起因している。すなわち、最大輝度はバックライトの最大輝度とパネルの最大透過率で制限されてしまう。このため、輝度が面内で均一なバックライトと透過率が均一な液晶パネルを用いる従来の液晶表示装置の場合、画面の各場所の最大輝度は表示する画像によらずある値に限定されてしまう。このため、薄暗い背景に白い点がある場合、白い点の輝度を高めるためには、バックライト全体の輝度を高める必要があるため、バックライトへの投入電力が増える。
これに対し、CRTでは、薄暗い背景に白い点がある場合、白い点の輝度を高めるためには白い点を描画するタイミングのカソード電力を増大させればよいだけであるので、投入電力が少なくてすむ。
【０００５】
次に動画精細度が悪い理由は以下の点にあるとされている。まず、図９の（ａ）に示すように、黒い背景中を白い物体５０がある方向に移動する画面を表示する場合、ＬＣＤでは、図９の（ｂ）に示すように観視者に物体５０の輪郭がぼけて知覚される「動きぼけ」が発生する。また、図９の（ｃ）に示すように移動前の物体５０の残像５１が知覚される「ゴースト」も発生する。なお、図中の例えば白→黒という記載は物体５０の移動に伴い、画面が白から黒に変わることを示している。
【０００６】
こうした動画表示上の問題は、一つには、信号に対する液晶の応答時間が長いことに起因する。現在一般に用いられているツイステッドネマチック型（以下、ＴＮ型と記載する。）やスーパ・スイステッド・ネマチック型（以下、ＳＴＮ型と記載する。）のＬＣＤにおいては、液晶に電界を印加してから液晶分子の配列が変化して所望の光透過率に達するまでの電気光学応答時間が、一般的なテレビジョン信号のフィールド周期である１６．７ｍｓｅｃよりも数倍長いため、１フィールド期間内に動き部分の光学応答が完了しない。このため、液晶の光学応答の遅れが、「動きぼけ」や「ゴースト」として視認されてしまう。
【０００７】
また、ＬＣＤが、次のフレームの画像情報に書き換えられるまで発光を続けるホールド型であることも、動画に対する表示品質が低い原因であるとされている。ＬＣＤとして多く用いられている薄膜トランジスタ型（以下、ＴＦＴ型と記載する。）ＬＣＤは、液晶に電界を印加することにより蓄えられた電荷が次に電界を印加するまで比較的高い割合で保持される。このため、図１０の（ａ）に示すように、ＬＣＤの各画素は次のフレームの画像情報に基づく電界印加により書き換えられるまで発光を続ける。一方、電子ビームを走査して蛍光体を発光させて表示を行うＣＲＴ型の表示装置においては、図１０の（ｂ）に示すように、各画素の発光は概ねインパルス状となる。したがって、ＬＣＤは、ＣＲＴに比べて画像表示光の時間周波数特性が低く、それに伴い空間周波数特性も低下して観視画像のぼけを生じる。
【０００８】
ＬＣＤの動画表示における画質を向上するため、バックライトを分割して駆動することが、例えば特開平１１−２０２２８６号公報に開示されている。図１１は、その装置構成を示すブロック図である。液晶パネルの背面に配置されたバックライト５４を複数の発光領域５４ａ〜５４ｄに分割し、対応する領域の液晶パネルの画像書きこみ操作に対して一定の時間遅延を持たせながら、各発光領域５４ａ〜５４ｄにある放電ランプ５６を、点灯制御回路６０、インバータ６１によって順次発光させる。
【０００９】
図１２は、このような液晶表示装置における液晶の光学応答とバックライト発光タイミングの関係を示すタイミング図である。図１２において、上段は液晶への書き込み電圧、中段は液晶の光学応答、下段はバックライトの発光タイミングを示す。現行のテレビジョン信号であるインターレース信号を表示する場合を例に説明する。インターレース信号を表示する場合、１フレーム（＝１画面）の表示期間を偶数フィールドと奇数フィールドに分け、偶数フィールドに偶数行（２ｎ行、ｎは正の整数）のみを走査し、奇数フィールドに奇数行（（２ｎ＋１）行）のみを走査する。
【００１０】
まず、偶数フィールドにおいて、黒信号から白信号に書き換えられた２ｎ行目の画素の液晶光学応答６４は、書き換え直後のフィールド期間中に輝度が大きく増加し、その後、数フィールドをかけて完全な白表示となる。続く奇数フィールドにおいて、黒信号から白信号に書き換えられた（２ｎ+１）行目の画素の液晶光学応答６５は、１フィールド期間（約１６ｍｓｅｃ）ずれて２ｎ行目の画素と同様の挙動を示す。
【００１１】
バックライトは、図１１の下段に示すように、偶数フィールド及び奇数フィールドの各々において、画像信号の書き換えから一定の遅延時間が経過した後の所定期間にのみ点灯する。これにより、液晶光学応答の変化の途中経過が観視者にあまり見えず、また、各画素の発光がインパルス状に近くなるため、動画表示における画質が向上する。
【００１２】
しかし、上記従来の液晶表示装置では、前述の動画表示における問題点のうち、「動画ぼけ」は改善されるものの、「ゴースト」を十分に消すことができない。図９の（ｃ）に示すように、ゴーストが生じる原因は、黒画像から白画像に書き換えられる領域５２と白画像から白画像に書き換えられる領域５３との間に、液晶応答時間の違いに基づくコントラスト差が生じることにある。しかし、一般的なＴＮ型液晶の応答時間はフィールド期間よりも数倍長いため、図１２に示すように、黒画像から白画像に書き換えられる領域５２に対応する液晶光学応答６４と、白画像から白画像に書き換えられる領域５３に対応する液晶光学応答６６との間には、バックライトが点灯する期間においても輝度差が存在する。この輝度差が完全に解消するのは、書き換えを行ってから数フィールド後である。したがって、バックライトの点灯期間をいくら短く制限しても、ゴーストが残ってしまう。
【００１３】
そこで、この発明は、応答速度の遅いＴＮ型液晶等を用いてもゴーストを除去することができ、インターレース方式テレビジョン信号に基づいてメリハリのある高画質な動画表示を少ない消費電力で可能とするアクティブマトリックス型の液晶表示装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の構成による液晶表示装置は、基板上に、液晶を駆動するため上記液晶を挟んで対向するように配置された第１電極及び第２電極と、上記液晶が配置された基板の側と反対側に配置されたバックライトと、このバックライトと、上記第１電極の上記液晶と対向する側と反対側に配置された第１偏光手段と、上記基板と上記バックライトとの間に配置された第２偏光手段と、上記第１偏光手段と上記液晶との間に配置され、透過する直線偏光の向きが上記第１偏光板の透過する直線偏光の向きと平行になるよう揃えられて設けられた第１反射偏光板とを備えている。
また、この発明の第１の構成による液晶表示装置は、上記液晶と上記第１偏光手段との間にカラーフィルターを備え、該カラーフィルターと上記液晶との間に、上記第１反射偏光板を備えている。
【００１６】
この発明の第２の構成による液晶表示装置は、上記バックライトと上記第２偏光板との間に、透過する直線偏光の向きが上記偏光板の直線偏光を透過する向きと平行になるよう揃えられて設けられた第２反射偏光板を備えている。
【００１７】
この発明の第３の構成による液晶表示装置は、マトリックス状に配列した画素と各画素に接続したスイッチ手段とを有する画像表示部と、前記スイッチ手段を駆動しながら前記画素をラインごとに選択して一画面の走査を行う行駆動回路と、前記走査に同期して、選択されたラインの画素に、偶数フィールドと奇数フィールドからなるインターレース方式の画素信号を書き込む列駆動回路とを備え、偶数フィールドにおいて、偶数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、奇数ラインの画素に各画素の電位を揃えるための消去信号を書き込み、奇数フィールドにおいて、奇数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、偶数ラインの画素に消去信号を書き込むようにしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による液晶表示装置の液晶セル１画素の平面輝度分布と断面構造を示す模式図である。
図１の(Ａ)は、１画素の輝度分布を示し、ａ、ｂ、及びｃは分割されたそれぞれのＲ、Ｇ、及びＢの色サブ画素(以下サブ画素と記載する。)を示している。この画面では、サブ画素ａ、ｂは黒表示(透過率が０)、サブ画素ｃは白表示(透過率が最大)されている場合を示している。
図１の(Ｂ)において、１０１は表示面側となる第１偏光板(第１偏光手段)であり、第１ガラス基板１０２上に貼り付けられ、第１ガラス基板１０２の裏側にはカラーフィルター(以下ではＣＦと記載する。)１０３、第１反射偏光板１０４、さらに、第１透明電極１０５が順に配置されている。１０６は上記第１ガラス基板１０２と第２ガラス基板１０８とにより形成されたセルに保持された液晶である。ここで、例えば、第１反射偏光板１０４としては、住友スリーエム社のＤＢＥＦシートなどが使用できる。
第２ガラス基板１０８の液晶１０６と面する前面側には、ＣＦ１０３のサブ画素に分割されたＣＦ１０３に対応して第２透明電極１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃが形成されている。第２ガラス基板１０８の背面側には、第２偏光板(第２偏光手段)１０９、第２反射偏光板１１１が順次配置され、さらにその背後にはバックライト１１０が位置し、このバックライト１１０の、側面側には光源１１２、背面側には反射板１１３が配置されている。
【００１９】
ここで、第1反射偏光板１０４は透過する直線偏光の向きが第１偏光板１０１の透過する直線偏光の向きと平行になるよう揃えられて設けられており、第1偏光板１０１と第２偏光板１０９は、それぞれの透過する直線偏光の向きが直交する角度に配置されている。また、第２偏光板１０９と第２反射偏光板１１１は、それぞれの透過する直線偏光の向きが平行な角度に配置されている。
液晶１０６は、ＴＮ型液晶であり、画素分割された第２透明電極１０７ａ〜１０７ｃと第1透明電極１０５との間に印加される電界で駆動され、通常は電圧を印加した状態で液晶１０６のリタデーションが０になり、電圧を印加しない場合に、リタデーションが大きくなり液晶１０６に入射した直線偏光の角度が９０度回転するように、液晶１０６の光学特性、厚さ、配向処理、印加電圧値が決められている。
【００２０】
この場合、サブ画素ａとｂでは電圧が印加され透過率が低い黒表示を、そしてサブ画素ｃでは電圧が印加されておらず透過率が高い白表示をするよう設定されている。
このように形成された液晶表示装置において、バックライト１１０から出た光源１１２からの光は、第２反射偏光版１１１と第２偏光板１０９で直線偏光になり、液晶１０６に入る。ここで、サブ画素ｃに対応する位置の液晶セルに入った直線偏光Ｐは、電圧が印加されていない液晶１０６のリタデーションにより直線偏光の向きが９０度回転して第１反射偏光板１０４に到達し、反射されることなくこれを通過し、ＣＦ１０３で余分な波長の光を吸収除去することにより着色されて、さらに、第１偏光板を通過して観察者に視認される。
これに対し、サブ画素ｂに対応する液晶セル１０６に入った直線偏光Ｑは、電圧を印加された液晶１０６のリタデーションが０であるためそのままの向きで第１反射偏光板１０４に到達するため第１反射偏光版１０４で反射され、さらに第２偏光板１０９を通過してバックライト１１０まで戻り、反射板１１３で反射され、再びバックライト光Ｒとして出光する。この時、ＣＦ１０３を通過していないため吸収ロスが無く、サブ画素ｂに対応する液晶に侵入した光の大部分が再びバックライトに戻ることになる。このため、背景が全体的に暗い場合、実効的にバックライト１１０の輝度は高くなり、サブ画素ｃの輝度を、バックライトの実効輝度に比例して高くすることができる。
【００２１】
この時、バックライト１１０と第２偏光板１０９との間に第２反射偏光板１１１があるので、バックライト１１０の底面で反射して第２反射偏光板１１１へ向かう光Ｕが第２反射偏光板１１１で反射され、バックライト１１０に戻り、バックライト１１０の底面で反射され、反射光Ｖは偏光面が回転されるため、第２反射偏光板１１１と第２偏光板１０９とを透過する成分を持ち、第２反射偏光板１１１と第２偏光板１０９(これら偏光面は互いに並行になるように配置されている。)を透過してサブ画素ｃに対応する第２透明電極１０７ｃへ導入され、再利用される。仮に第２反射偏光板１１１がないときは、上記光Ｕは第２偏光板１０９に吸収される。よって、第２反射偏光板１１１により光の吸収がさらに減少し光の有効な再利用が盛んになるため、黒い背景に囲まれた白い点であるサブ画素ｃの輝度の増大効果はさらに高まる。
以上で説明した実施の形態１によれば、全体の背景が暗く局所的に明るい点がある画像で、暗い背景箇所に相当する画素で第１偏光板１０１により吸収されるはずの光が、ＣＦで光を吸収される前に第１反射偏光板１０４でバックライト１１０に返され、バックライト輝度が実質的に増加するため、局所的な明るい箇所の輝度が増大する。
【００２２】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による液晶表示装置の液晶セル１画素の平面輝度分布と断面構造を示す模式図である。
図２の(Ａ)は、１画素の輝度分布を示し、ａ、ｂ、及びｃは分割されたそれぞれのサブ画素を示している。この画面では、サブ画素ａ、ｂは黒表示、サブ画素ｃは白表示されている場合を示している。
図２の(Ｂ)において、図１の(Ｂ)と同一の符号は、同一叉は相当部分を示す。
すなわち、第１偏光板１０１、第１ガラス基板１０２、第１透明電極１０４、液晶１０６、第２透明電極１０７ａ〜１０７ｃ、第２ガラス基板１０８、第２偏光板１０９、バックライト１１０、光源１１２、反射板１１３は図１の（Ｂ）と同一の構成である。カラーフィルタＣＦ１０３、第１反射偏光板１０４が図１の(Ｂ)では、第１ガラス基板１０２と第１透明電極１０５との間に配置されているのに対し、この実施の形態２では、第１偏光板１０１と第１ガラス基板１０２との間に配置され、実施の形態１における第２反射偏光板１１１がない点が相違している。
また、第1反射偏光板１０４は、透過する直線偏光の向きが第１偏光板１０１の直線偏光を透過する向きと平行になるよう揃えられて設けられており、第1偏光板１０１と第２偏光板１０９は、それぞれの透過する直線偏光の向きが直交する角度に配置されているのは実施の形態１と同様である。液晶１０６は、ＴＮ型液晶であり、サブ画素に対応するように分割された第2透明電極１０７ａ〜１０７ｃと第1透明電極１０５との間に印加される電界で駆動され、電圧を印加した状態で、リタデーションが０になり、電圧を印加しない場合にリタデーションが大きくなり直線偏光の角度が９０度回転するよう形成されている点も実施の形態１と同様である。
【００２３】
ここで、サブ画素ａ、ｂでは電圧が印加され、透過率が低い黒表示を、サブ画素ｃでは電圧が印加されておらず透過率が高い白表示をするように設定されている。バックライト１１０から出た光源１１２からの光は、第２偏光板１０９で直線偏光になり、液晶１０６へ入る。ここで、サブ画素ｃに対応する位置の液晶セルに入った直線偏光Ｐは電圧が印加されていない液晶１０６のリタデーションにより直線偏光の向きが９０度回転して第１反射偏光板１０４に到達し、反射せずにこれを通過し、ＣＦ１０３で余分な波長の光を吸収し、第１偏光板１０１を通過て観察者に視認される。
一方、サブ画素ｂに対応する液晶セルに入った直線偏光Ｑは、電圧を印加された液晶１０６のリタデーションが０であるためそのままの向きで第１反射偏光板１０４に到達しこの第１反射偏光板１０４で反射され、さらに第２偏光板１０９を通過しバックライト１１０まで戻り、反射板１１３で反射され、再びバックライト１１０から出光する。このバックライト光Ｒはサブ画素ｃに対応する第２透明電極１０７ｃ、及びＣＦ１０３を通過する。よって、背景が全体的に暗い場合、実効的にバックライト１１０の輝度は高くなり、サブ画素ｃの輝度を、バックライトの輝度に比例して高くすることができる。
【００２４】
バックライト１１０と第２偏光板１０９の間に、実施の形態１の第２反射偏光板１１１を設置しておけば、実施の形態１と同様に、バックライト１１０と液晶セル１０６との間での光の吸収がさらに減少し、より高い第１反射偏光板１０４によるサブ画素ｃの輝度を増大することができる。特に、サブ画素ｃのように、近傍を透過率の低い黒表示が素に囲まれた白表示画素の輝度増大効果は大きい。
【００２５】
ここで、実施の形態２の場合は、第１ガラス基板１０２と第２ガラス基板１０８で囲まれた液晶セルの構成は、従来の白黒ＬＣＤの構造と変わらないため、製造過程におけるセルギャップの均一化などは容易である。
ここで、カラー表示を実現する方法として、ＣＦを使う面積混色法に対し、三源色光源とそれに対応した白黒表示フイールドで実現するフィールドシーケンシャル方式のカラー表示方法があるが、この実施の形態２は、このフィールドシーケンシャル方式のカラー表示方法にも、ＣＦによる光の吸収がないため、有効である。なお、上記実施の形態１、下記実施の形態３、４についても同様である。
【００２６】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による液晶セルの１画素の平面輝度分布と断面構造を示す模式図である。図２と同一符号は、同一叉は相当部分を示す。なお、バックライト１１０、光源１１２、反射板１１３は記載していない。
実施の形態２の液晶表示装置において、画素サイズに比べ、第１ガラス基板１０２の厚さが厚い場合は第２透明電極１０７とＣＦ１０３の距離が離れてしまうため、バックライト１１０からでる光、すなわち図２の(Ｂ)に示す光Ｐ及びＲが液晶層１０６に対して垂直でなく傾いている場合、図３に示すように隣のサブ画素ｂに入り、色滲みを引き起こす。
そこで、図３に示すように、実施の形態３では、液晶１０６と第２偏光板１０９との間にＣＦ１０３の各サブ画素の中央部と液晶を挟んで向かい合う位置に狭い開口を形成するスリット１１５を有するスリット反射板１１６を配置している。このスリット反射板１１６は、図３の(Ｂ)では、第２ガラス基板１０８の液晶１０６側の表面に形成されている。
【００２７】
図４は、画素構造による上記色にじみを抑制するためのスリット１１５の形状を説明するための特性図である。
図４で、サブ画素横分割とは、ＣＦ１０３の分割をサブ画素の形状が横長な長方形になるように横方向に１画素を３分割した構造であり、すなわち、図３の(Ａ)を９０度回転させた構造である。図４におけるＢＬ輝度半値角度はバックライト(ＢＬ)の輝度が正面の輝度の１／２になる角度であり、ケース▲１▼〜▲６▼では左右方向で±２５度、上下方向で±１０度となっている。距離ＴとはＣＦ１０３とスリット反射板１１６との間の距離である。必要幅とは、左右についてはスリット１１５の端から画素の端部までの距離Ｗ(図３に示す)、上下についてはスリット１１５の端から隣接するサブ画素までの距離Ｈである。必要間隙幅比は左右がＷ／Ｔ、上下がＨ／Ｔである。画素サイズはサブ画素ａ、ｂ、及びｃの左右と上下の長さであり、図３でＭ、Ｎで示す。スリットサイズは、左右がスリット１１５の横方向(長手方向)の長さＵ、上下がスリット１１５の縦方向の長さＶを有する。スリット面積比はサブ画素ａ、ｂ、及びｃの面積とスリッ１１５トの面積との比である。ケース▲１▼は、距離Ｔが４００(μｍ)の場合であり、左右の必要間隙幅比(Ｗ／Ｔ)は０．２９３、上下の必要間隙幅比(Ｈ／Ｔ)は０．１１６であり、左右の画素サイズＭは３００μｍ、上下の画素サイズＮは１００μｍであり、距離Ｔは４００μｍであり、左右の必要幅Ｗは１１７．４μｍ、上下の必要幅Ｈは４６．６μｍであり、左右のスリットサイズＵは６５．２μｍ、上下のスリットサイズＶは６．８μｍであり、スリットの開口率を表すスリット面積比は０．０１である。ケース▲２▼はＴが２００μｍ、ケース▲３▼はＴが１００μｍの場合について示している。
【００２８】
サブ画素縦分割とは、ＣＦ１０３の分割をサブ画素の形状が縦長な長方形になるように縦方向に１画素を３分割した構造であり、すなわち、図３の(Ａ)に示すような構造である。
この場合、画素サイズの左右と上下はサブ画素横分割とは逆になり、左右は図３でＶ、上下はＵで示すようになる。必要幅の左右と上下も同様であり、左右の必要幅はＨ、上下の必要幅はＷとなる。さらに、左右の必要間隙幅比はＨ／Ｔ、上下の必要間隙幅比はＷ／Ｔである。
例えば、３０インチ程度のハイビジョン対応ＬＣＤ―ＴＶを考えた場合、上記画素サイズは約０．３ｍｍ程度であり、従って各サブ画素の短辺長さは約０．１ｍｍである。液晶モニター用のバックライト１１０の配光分布は、輝度が正面の１/２になる出光角度であるＢＬ輝度半値角度で表して、左右方向が±２５度、上下方向が±１０度程度とするのが一般的である。ここで、ガラスや光学フィルムの屈折率１．５を考慮すると、図４に示すように、ＣＦ１０３の分割を従来と異なりサブ画素の形状が横長な長方形になるよう横分割し、スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して４倍の４００μｍの場合、色にじみを防ぐためには、スリットサイズを約６５×約７μｍ程度に絞らねばならず、サブ画素面積に対するスリット面積の比は図４に示すように０．０１すなわち１％程度にしかならない。このケース▲１▼のようなスリットの構造では明るい表示が不可能である。
【００２９】
スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して２倍の２００μｍにした場合は、色にじみを防ぐためのスリットサイズは約１８２×約５３μｍ程度まで拡大でき、スリット面積比は０．３３すなわち３３％程度に増大する。これは、現行のＴＦＴアレイ基板における画素の開口率６０〜８０％と比べて小さいが、スリット反射板１１６で反射された反射光の再利用を考慮すれば許容できる値である。
【００３０】
さらに、スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して同程度の１００μｍにした場合は、色にじみを防ぐためのスリットサイズは約２４１×約７６μｍ程度まで拡大でき、スリット面積比は０．６２すなわち６２％程度に増大する。これは、現行のＴＦＴアレイ基板の画素の開口率６０〜８０％と比べて遜色のない値であり。スリット１１５をさらに小さくして色にじみをさらに抑制することも可能になる。
【００３１】
したがって、スリット反射板１１６とＣＦ１０３との距離Ｔは、通常長方形をしているＣＦ１０３における各サブ画素の短辺長さの２倍程度以下、もしくは同程度以下であることが望ましい。このようにスリット１１５を構成した場合、図３において、バックライト(図示せず)からの光Ｐは、相対するＣＦのみを通過し、隣接する他の色のＣＦを通過することがないので色にじみの発生を抑えることができる。光Ｓは、スリット反射板１１５により反射され他の色のＣＦへの到達しない。
スリット反射板１１５とＣＦ１０３との距離を該ＣＦ１０３の最も狭い幅と同程度以下に構成している。この構成によれば、隣接する他の色のＣＦ１０３を通過するもれ光が少なくなるため、色にじみがなくなる効果がある。
【００３２】
図４の下段には、従来のような、ＣＦ１０３のサブ画素縦分割の場合における計算例を示している。この場合、スリット反射板１１６とＣＦ１０３の距離ＴをＣＦ１０３の短い方向の幅である上下方向幅１００μｍに対して同程度の１００μｍの場合(ケース▲６▼)に、スリット面積比は０．３８すなわち３８％程度であり、先に述べたサブ画素横分割のケース▲３▼に比べて開口率が低く、暗い画面輝度になってしまう。
以上の説明からして、色にじみを抑制するためのスリットの構成としては、サブ画素横分割の方が有利である。
【００３３】
以上で説明した実施の形態３によれば、液晶１０６と第２の偏光板１０９との間にＣＦ１０３の中央部と液晶を挟んで向かい合う位置に狭い開口スリット１１５を有するスリット反射板１１６を設け、スリット反射板１１６とＣＦ１０３距離が該ＣＦ１０３の最も狭い幅の２倍以下、望ましくは同程度以下の距離としている。各色のＣＦに対応した開口スリットを通過した光が、隣接する他のＣＦに入る可能性を低くすることができるので、色のにじみが抑制される。このとき、正方形の１画素を構成する３原色のサブ画素が水平方向に長い長方形状に３分割された形状であれば、縦方向に比べ水平方向の配光角度の広いバックライトに対して色にじみを抑制できる。
この時、バックライトと第２偏光板１０９との間に、透過する直線偏光の向きが第２偏光板１０９を透過する直線偏光の向きと平行になるよう設けられた第２反射偏光板１１１(実施の形態１に示す。)を配置すれば、実施の形態１で説明したようにバックライト光の再利用効率が高まり、局所的な白輝度の増大効果がさらに高まる。
【００３４】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る液晶表示装置を示すブロック図である。液晶表示装置２０１は、画像表示部２０２と、垂直駆動回路（行駆動回路）２０３、水平駆動回路（列駆動回路）２０４から成り、画像表示部２０２の背面に複数の放電ランプ(ランプと記載する。)Ａ１〜Ａ８から成るバックライトを備える。画像表示部２０２には、上記実施の形態１〜３に示すような画素がマトリックス状に配列され、各画素に薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴ）等のスイッチング素子が接続されて、液晶パネルが構成されている。尚、図４において、画素及びＴＦＴは省略しているが、この実施の形態４は、上記実施の形態１〜３のような画素構造を備えている。
【００３５】
垂直駆動回路２０３は、各ラインのＴＦＴゲート電極にゲート配線を介して接続したゲートドライバ２０５と、ゲートドライバ２０５、ソースドライバ２０６にタイミング信号Ａ、Ｂを送るとともにバックライト点灯回路２０７に点灯信号Ｃを送る制御回路２０８を備え、外部から供給される同期信号Ｄに基づいて、各ＴＦＴをラインごとに駆動しながら一画面の走査を行う。水平駆動回路２０４は、制御回路２０８からタイミング信号Ｂを受信して駆動するソースドライバ２０６を備え、水平駆動回路２０４によって選択されたラインの画素に信号を書き込む。
【００３６】
水平駆動回路２０４には、インターレース方式の画像信号Ｅと、画素に保持された画像信号を消去して各画素の電位を消去するための消去信号Ｆが供給されている。水平駆動回路２０４内には、信号切換回路２０９が設けられており、信号切換回路２０９では、制御回路２０８からの信号Ｇに基づきソースドライバ２０６への入力を画像信号Ｅと消去信号Ｆとの間で切換えるようになっている。消去信号Ｆは、例えば、画像信号Ｅの最大電圧レベル以上の電圧レベルを有する黒表示信号とする。一般に、ＴＮ液晶の応答速度は、高い電圧を印加された場合に速いため、消去信号Ｆを電圧レベルの高い黒表示信号とすれば前画像の消去に有利であるからである。また、前の電圧印加の状態が黒レベルであれば、コントラストの低下も抑制されるという利点もある。
【００３７】
液晶表示装置２０１は、外部から供給されたインターレース方式の画像信号２０９を表示するが、インターレース方式の画像信号２０９は、１フレームが偶数フィールドと奇数フィールドに分かれており、偶数フィールドの信号には偶数ラインの画素に書き込む画像情報が含まれ、奇数フィールドの信号には奇数ラインの画素に書き込む画像情報が含まれている。したがって、一般的な液晶表示装置によってインターレース方式の画像信号を表示する場合には、偶数フィールドには偶数ラインのみを走査し、奇数フィールドには奇数ラインのみを走査する飛び越し走査を行う。
【００３８】
しかし、この実施の形態４による液晶表示装置２０１は、偶数フィールド及び奇数フィールドのいずれにおいても全てのラインを線順次に走査する順次走査を行い、１ラインごとに画像信号Ｅの書き込みと消去信号Ｆの書き込みを交互に行う。画像信号Ｅ及び消去信号Ｆの交互書き込みは、信号切換回路２０９が、１ラインごとに画像信号Ｅと消去信号Ｆの間を交互に切換えることにより行うことができる。
【００３９】
図６は、液晶表示装置２０１の動作の概略を示すタイミング図である。図６の上段に示すように、偶数フィールドにおいては、偶数（＝２ｎ）ラインが選択された時は画像信号Ｅを書き込む一方、奇数（＝２ｎ＋１）ラインが選択された時は消去信号Ｆを書き込む。また、奇数フィールドにおいては、奇数ラインが選択された時は画像信号Ｅを書き込む一方、偶数ラインが選択された時は消去信号Ｆを書き込む。
【００４０】
このようなタイミングで画像信号Ｅ及び消去信号Ｆを書き込むことにより、液晶の光学応答は図６の中段に示すようになる。２ｎ行目にある偶数ラインの液晶光学応答４は、偶数フィールドにおいて書き込まれた画像信号Ｅに応じて階調が変化し、続く奇数フィールドにおいて書きこまれた画像信号Ｅが消去されて黒表示となり、この動作をフィールド毎に交互に繰り返す。一方、（２ｎ＋１）行目にある奇数ラインの液晶光学応答５は、これとは逆に、偶数フィールドにおいて前の消去信号Ｆが消去されて黒表示となり、続く奇数フィールドにおいて書き込まれた画像信号Ｅに応じて階調が変化する。
【００４１】
このように、画像信号Ｅの書き込みを行う前に、画像情報を消去して均一な黒表示とするため、各画素の光学応答時間を前フレームの表示画像に依らず均一化することができる。例えば、前フレームで黒表示を行っていた画素と白表示を行っていた画素を同時に別の階調に書き換えた場合であっても、いずれの画素も一旦黒表示となった後に、次の階調信号が書き込まれるため、液晶応答の相違による輝度差をほとんど生じない。したがって、「ゴースト」をほとんどなくすことができる。このとき、実施の形態１〜３に示すように第１反射偏光板１０４が設けられているため、消去信号が黒信号の場合でも、消去信号が書き込まれたゲート線上の画素に入射したバックライト光は、ＣＦ１０３や第１偏光板１０１で吸収されることがなく、第１反射偏光板１０４で反射されてバックライトに戻り、バックライト輝度が高まるため、平均画面輝度の低下を抑えることができる。
【００４２】
また、この実施の形態４においては、さらに「ゴースト」を抑制し、また「動きぼけ」をも併せて抑制するため、図５の下段に示すように、点灯信号Ｃにより、各フィールドにおいて画像信号Ｅの書き込みから一定の遅延時間ｔ(図６)が経過した後にバックライトの点灯を行う。
【００４３】
図４に示すように、画像表示部２０２は画素のライン方向に８つの表示ブロックＢ１〜Ｂ８に分割されており、各表示領域ごとにランプＡ１〜Ａ８が並列して配置されている。ランプＡ１〜Ａ８は、制御回路２０８から送られるタイミング信号Ｃに従い、バックライト点灯回路２０７によって順次点灯される。また、図７に示すように、バックライト１１０の中に配置されたランプＡ１〜Ａ８は、トン利の表示ブロックに光が漏れないように、遮光壁２１０によって互いに隔てられている。なお、ランプＡ１〜Ａ８は表示ブロック毎に複数本、この実施の形態４では８本設置して輝度を向上させている。
【００４４】
図８は、ランプＡ１〜Ａ８を備えたバックライトの点灯タイミングを示す波形図である。
図８に従い、偶数フィールドを例に説明する。偶数フィールドにおいては、奇数ラインに消去信号Ｆを書き込み、偶数ラインに画像信号Ｅを書き込みながら、画像表示部２０２の１行目から線順次に走査される。画像表示部２０２をライン方向に８つの表示ブロックＢ１〜Ｂ８に分けると、１つの表示ブロックは１フィールド期間の１／８である約２ｍｓｅｃをかけて走査される。
【００４５】
表示ブロックＢ１に注目して説明する。表示ブロックＢ１を照明する放電ランプＡ１は、表示ブロックＢ１が走査期間ｔ1中に走査された後、５ブロック分の走査期間に等しい遅延期間ｔ2をおいて、２ブロック分の走査期間に等しい点灯期間ｔ3の間点灯する。表示ブロックＢ２〜Ｂ８を照明するランプＡ２〜Ａ８は、１ブロック分の走査期間ずつ遅延しながら同様の動作を行う。また、奇数フィールドにおいても、偶数ラインに消去信号Ｆを書き込み、奇数ラインに画像信号Ｅを書き込む。この書き込み動作以外は、偶数フィールドと同様の動作となる。
【００４６】
このようにして駆動される液晶表示装置においては、画像信号Ｅの書き込み前に全画素の電位が消去信号Ｆの電位に揃えられ、画像信号Ｅの書き込み後の液晶の応答がある程度安定した期間にのみバックライトが点灯するため、「ゴースト」がさらに抑制される。また、バックライトの点灯期間が制限されている結果インパルス型の発光状態となっているため、「動きぼけ」のないシャープな画像が得られる。
【００４７】
尚、この実施の形態４において、各表示ブロックのバックライトの点灯時間は約４ｍｓｅｃであり、バックライトの点灯時間比率は約１／４である。バックライトの点灯時間比率は、上記遅延期間ｔ2を変化させることによって調節することができ、動画表示と画面輝度のバランスを考慮して適宜設定すれば良い。動画表示の観点からは、液晶の光学応答が安定してから発光するように点灯時間比率を小さく設定する方が好ましい一方、画面輝度の観点からは点灯時間比率を大きく設定する方が好ましい。
【００４８】
また、「ゴースト」の消去の観点からは、消去信号は黒信号であることが好ましく、その電圧はできるだけ高い方が好ましい。一般的なノーマリホワイト駆動のＴＮ型液晶表示素子の場合、白階調から黒階調への変化の方がその逆の変化に比べて液晶の応答速度が速く、また、液晶表示素子では、一般に印加電圧が高い方が応答速度は速くなるためである。液晶の応答が速い程、消去信号を書き込んだ時に液晶の状態が素早く安定する。この場合、従来のＬＣＤでは、消去信号Ｆを書き込んだ画素に入射した光は、出射側の第１偏光板１０１により吸収されるため、黒表示されるが、上記実施の形態１〜３による画素構成であれば、消去信号Ｆを書き込んだ画素に入射した光を、第１反射偏光板１０４によりロスなくバックライト１０に返すことができ、その光が隣接する画像信号Ｅを書き込んだ画素に再利用できるため、画面の平均輝度の低下を抑制するという効果がある。
また、液晶中の不純物による焼きつき対策として、各画素に印加される消去信号Ｆの極性はフレーム毎に反転させることが好ましい。
また、この実施の形態４では、各画素に書き込む消去信号は、黒階調信号であることが好ましい。一般的なノーマリホワイト駆動のＴＮ型液晶表示素子の場合、白階調から黒階調への変化の方が、その逆の変化よりも液晶の応答速度が速くなるためである。液晶の応答が速い程、消去信号を書き込んだ時に液晶の状態が早く安定する。
【００４９】
また、さらに動画品質を向上するため、前記画像表示部の背面に、前記画像表示部を行方向に複数の表示領域に分割して照明可能な光源を備え、前記光源が、偶数フィールド及び奇数フィールドの各々において、分割された各表示領域の走査終了から遅延した所定期間だけ該表示領域を照明することを特徴とする。
【００５０】
画像信号の書き込み前に全画素の電位が消去信号の電位に揃えられ、画像信号の書き込み後の液晶の応答がある程度安定した期間にのみ照明が行われるため、「ゴースト」がさらに抑制される。また、照明期間が制限されている結果インパルス型の発光状態となっているため、「動きぼけ」のないシャープな画像を得ることができる。
【００５１】
この実施の形態４においては、信号切換回路２０９によって画像信号Ｅと消去信号Ｆをライン毎に切換えることにより消去信号Ｆの書き込みを行ったが、消去信号Ｆの書き込み方法はこれに限られない。例えば、画像信号Ｅをソースドライバに供給する前に適当なプログラムによりデータ処理したり、フレーム数ずつメモリに蓄積するなどして、消去信号Ｆを合成した後にソースドライバ２０６に供給することにより、消去信号Ｆの書き込みを行っても良い。
例えば、液晶テレビに、この実施の形態４の液晶表示装置を用いる場合を考える。ＴＶの画像信号は、インターレース方式が一般的であり、画像信号Ｅが偶数番目の走査線についてのみ送られ奇数番目の走査線に画像信号Ｅがない偶数フィールドの場合、奇数番目の走査線に相当する液晶表示装置のゲート線上の画素には、等しい消去信号Ｆを割り当てるようにしてプログレッシブ画像データを作成し、また、奇数フィールドの場合は遇数番目の走査線に相当する液晶表示装置のゲート線上の画素には、等しい消去信号を割り当てるようにしてプログレッシブ画像データを作成し、１ペアの偶数奇数ゲートラインの画像データをラインメモリに一旦蓄え、順次、プログレッシブ画像データとして液晶表示装置に送り表示する。
このような表示によれば、前フィールドの画像データを記憶するフレームメモリーが不要になり、低コスト化が可能となる。また、プログレッシブ画像の作成に伴う、輪郭ボケやフリッカーの問題もなくなるという画質向上の効果がある。
【００５２】
【発明の効果】
この発明の第１の構成による液晶表示装置は、基板上に、液晶を駆動するため上記液晶を挟んで対向するように配置された第１電極及び第２電極と、上記液晶が配置された基板の側と反対側に配置されたバックライトと、このバックライトと、上記第１電極の上記液晶と対向する側と反対側に配置された第１偏光手段と、上記基板と上記バックライトとの間に配置された第２偏光手段と、上記第１偏光手段と上記液晶との間に配置され、透過する直線偏光の向きが上記第１偏光板の透過する直線偏光の向きと平行になるよう揃えられて設けられた第１反射偏光板とを備えたことにより、液晶表示画面の表示品質を向上させることができる。
また、この発明の第１の構成による液晶表示装置は、上記構成において、上記液晶と上記第１偏光手段との間にカラーフィルターを備え、該カラーフィルターと上記液晶との間に、上記第１反射偏光板を備えたことにより、液晶表示画面の表示品質を向上させることができる。
【００５４】
この発明の第２の構成による液晶表示装置は、上記第１の構成において、上記バックライトと上記第２偏光板との間に、透過する直線偏光の向きが上記偏光板の直線偏光を透過する向きと平行になるよう揃えられて設けられた第２反射偏光板を備えたことにより、液晶表示画面の表示品質を向上させることができる。
【００５５】
この発明の第３の構成による液晶表示装置は、上記第１の構成において、マトリックス状に配列した画素と各画素に接続したスイッチ手段とを有する画像表示部と、前記スイッチ手段を駆動しながら前記画素をラインごとに選択して一画面の走査を行う行駆動回路と、前記走査に同期して、選択されたラインの画素に、偶数フィールドと奇数フィールドからなるインターレース方式の画素信号を書き込む列駆動回路とを備え、偶数フィールドにおいて、偶数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、奇数ラインの画素に各画素の電位を揃えるための消去信号を書き込み、奇数フィールドにおいて、奇数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、偶数ラインの画素に消去信号を書き込むようにしたことにより、第１反射偏光板で黒表示画素に入射した光をロス無くバックライトに返すことができ、再利用するため、消去信号の書き込みによる画面の平均輝度の低下を抑制かることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、この発明の実施の形態１による液晶表示装置の液晶セル断面構造を示す模式図である。
【図２】 図２は、この発明の実施の形態２による液晶表示装置の液晶セル断面構造を示す模式図である。
【図３】 図３は、この発明の実施の形態３による液晶表示装置の液晶セル断面構造を示す模式図である。
【図４】 図４は、この発明の実施の形態３による液晶表示装置において、画素構造による色にじみを抑制するためのスリットの形状を説明するための特性図である。
【図５】 図５は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置の駆動回路を示すブロック図である。
【図６】 図６は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置の動作の概略を示すタイミング図である。
【図７】 図７は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置を構成かるバックライトの構造を示す側面図である。
【図８】 図８は、この発明の実施の形態４による液晶表示装置のバックライトの点灯タイミングを説明するための波形図である。
【図９】 図９は従来の動画表示における画質異常の様子を示す模式図である。
【図１０】 図１０は、従来におけるＴＦＴ−ＬＣＤ及びＣＲＴの発光信号を示す模式図である。
【図１１】 図１１は、従来の液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図１２】 図１２は、従来の液晶表示装置の動作を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１０１ 第１偏光板、１０３ ＣＦ、１０４ 第１反射偏光板、１０５ 第１透明電極、１０６ 液晶、１０７ 第２透明電極、１０８ 第２ガラス基板、１０９ 第２偏光板、１１０ バックライト、１１１ 第２反射偏光板、１１６ スリット反射板、２０２ 画像表示部、２０３ 垂直駆動回路、２０４ 水平駆動回路、２０５ ゲートドライバ、２０６ ソースドライバ、２０７ バックライト点灯回路、２０８ 制御回路。
Claims (3)
- 基板上に、液晶を駆動するため上記液晶を挟んで対向するように配置された第１電極及び第２電極と、上記液晶が配置された基板の側と反対側に配置されたバックライトと、このバックライトと、上記第１電極の上記液晶と対向する側と反対側に配置された第１偏光手段と、上記基板と上記バックライトとの間に配置された第２偏光手段と、上記第１偏光手段と上記液晶との間に配置され、透過する直線偏光の向きが上記第１偏光板の透過する直線偏光の向きと平行になるよう揃えられて設けられた第１反射偏光板とを備え、
上記液晶と上記第１偏光手段との間にカラーフィルターを備え、該カラーフィルターと上記液晶との間に、上記第１反射偏光板を備えた液晶表示装置。 - 上記バックライトと上記第２偏光板との間に、透過する直線偏光の向きが上記偏光板の直線偏光を透過する向きと平行になるよう揃えられて設けられた第２反射偏光板を備えた請求項１記載の液晶表示装置。
- マトリックス状に配列した画素と各画素に接続したスイッチ手段とを有する画像表示部と、前記スイッチ手段を駆動しながら前記画素をラインごとに選択して一画面の走査を行う行駆動回路と、前記走査に同期して、選択されたラインの画素に、偶数フィールドと奇数フィールドからなるインターレース方式の画素信号を書き込む列駆動回路とを備え、偶数フィールドにおいて、偶数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、奇数ラインの画素に各画素の電位を揃えるための消去信号を書き込み、奇数フィールドにおいて、奇数ラインの画素に画像信号を書き込む一方、偶数ラインの画素に消去信号を書き込むようにした請求項１記載の液晶表示装置。
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