JP4222155B2 - フィールドシーケンシャル液晶表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、フィールドシーケンシャル液晶表示装置に関する。

フィールドシーケンシャル液晶表示装置は、カラーフィルタを備えない液晶表示素子を用いてカラー画像を表示するものであり、複数の画素が複数行に配列した表示エリアを有する液晶表示素子の複数の画素に、赤、緑、青の３色の単位色画像データを順次書込み、その単位色画像データに対応する色の照明光を面光源から出射させることにより、前記液晶表示素子に赤、緑、青の３色の単位色画像を順次表示させ、その各色の視覚的な混合によりフルカラー画像を表示する。

このフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、従来、複数の色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子の複数の画素行を第１行から順次選択してこれらの行の画素に前記赤、緑、青のうちの１色の単位色画像データを書込み、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させるように構成されている（特許文献１参照）。
特開２００２−２２１７００号公報

しかし、液晶表示素子の複数の画素行を第１行から順次選択してこれらの行の画素に単位色画像データを書込む従来のフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像がそれぞれ、その上端側及び中間付近の明るさに比べて、下端側の明るさが下端に近くなるほど暗くなる画像であり、そのために、赤、緑、青の３色の単位色画像の視覚的な混合により表示されるカラー画像の輝度むらが目立つ。

この発明は、輝度むらの目立たない良好な品質のカラー画像を表示することができるフィールドシーケンシャル液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

この発明は、複数の画素が複数行に配列された表示エリアを有し、赤、緑、青の３色の単位色画像データが前記複数の画素に順次書込まれ、これらの画像データに応じた画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、赤、緑、青の３色の照明光を前記液晶表示素子に向けて選択的に出射する面光源と、複数の色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子の全ての行の画素の書込み状態を一括してリセットし、前記液晶表示素子の複数の画素行を前記表示エリアの上下方向に２分割した上半分の領域では第１行から、前記表示エリアの分割した下半分の領域では最終行から、各領域毎に交互に１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に前記赤、緑、青のうちの１色の単位色画像データを書込み、前記液晶表示素子の液晶分子の応答時間が経過した後、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させる表示制御手段とを備えたことを特徴とする。

この発明のフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子の全ての行の画素の書込み状態を一括してリセットし、液晶表示素子の複数の画素行を表示エリアの２分割した上半分の領域では第１行から、前記表示エリアの分割した下半分の領域では最終行から、各領域毎に交互に１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に単位色画像データを書込み、前記液晶表示素子の液晶分子の応答時間が経過した後、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させるため、前記３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像がそれぞれ、その上半分と下半分の両方に、明るい部分と暗い部分とがそれぞれ均等な比率で分布した画像である。

したがって、このフィールドシーケンシャル液晶表示装置によれば、輝度むらの目立ない良好な品質のカラー画像を表示することができる。

このように、この発明は、複数の画素が複数行に配列した表示エリアを有し、赤、緑、青の３色の単位色画像データを前記複数の画素に順次書込まれ、これらの画像データに応じた画像を表示する液晶表示素子と、前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、赤、緑、青の３色の照明光を前記液晶表示素子に向けて選択的に出射する面光源と、複数の色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子の全ての行の画素の書込み状態を一括してリセットし、前記液晶表示素子の複数の画素行を前記表示エリアの２分割された上半分の領域では第１行から、前記表示エリアの分割された下半分の領域では最終行から、各領域毎上半分と下半分とで交互に１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に前記赤、緑、青のうちの１色の単位色画像データを書込み、前記液晶表示素子の液晶分子の応答時間が経過した後、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させる表示制御手段とを備えることにより、輝度むらの目立たない良好な品質のカラー画像を表示することができるようにしたものである。

また、この発明によれば、前記３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像の上端側と下端側の明るさを実質的に等しくし、輝度むらの目立たない高品質のカラー画像を表示することができる。

図１及び図２はこの発明の一実施例を示しており、図１はフィールドシーケンシャル液晶表示装置の分解斜視図、図２は前記液晶表示装置の１フィールドの表示シーケンスと液晶表示素子の各行の画素の透過率の変化を示す図である。

このフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、図１のように、複数の画素（図示せず）が複数行に配列した表示エリアＡを有し、赤、緑、青の３色の単位色画像データを前記複数の画素に順次書込まれ、これらの画像データに応じた画像を表示する液晶表示素子１と、前記液晶表示素子１の観察側とは反対側に配置された面光源６と、前記液晶表示素子１に前記赤、緑、青の３色の単位色画像データを書込み、その単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源６から出射させる表示制御手段１２とを備えている。

前記液晶表示素子１は、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）をアクティブ素子とするアクティブマトリックス液晶表示素子であり、その内部構造は図示しないが、枠状のシール材を介して接合された一対の透明基板２，３のうち、一方の基板、例えば入射側基板２の観察側基板３と対向する面に、行方向及び列方向にマトリックス状に配列する複数の透明な画素電極と、これらの画素電極にそれぞれ接続された複数のＴＦＴと、各行のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線と、各列のＴＦＴにそれぞれゲート信号を供給する複数のゲート配線とが設けられ、他方の観察側基板３の前記入射側基板２と対向する面に、前記複数の画素電極とそれぞれ対向する領域によりマトリックス状に配列する複数の画素を形成する１枚膜状の透明な対向電極が設けられ、これらの基板２，３間の前記シール材で囲まれた領域に液晶層が設けられた構成となっている。

なお、前記入射側基板２は、その行方向の一端縁と列方向の一端縁とに、観察側基板３の外方に張出すドライバ搭載部２ａ，２ｂを有しており、前記複数のゲート配線は、行方向のドライバ搭載部２ａに搭載されたゲート側ドライバ４に接続され、前記複数のデータ配線は、列方向のドライバ搭載部２ｂに搭載されたデータ側ドライバ５に接続され、前記対向電極は、前記シール材による基板接合部に設けられたクロス接続部と前記ドライバ搭載部２ａ，２ｂの一方または両方に形成された対向電極接続配線を介して前記ゲート側ドライバ４とデータ側ドライバ５の一方または両方の基準電位に接続されている。

また、この液晶表示素子１は、例えば、前記液晶層の液晶分子を一方の方向に分子長軸を揃えてホモジニアス配向させた非ツイストのホモジニアス配向型のものであり、図では省略しているが、前記一対の基板２，３の外面に、入射側偏光板と表示側偏光板とが、それぞれの透過軸を予め定めた方向に向けて、ノーマリーホワイトモードの液晶表示素子を構成するように配置されている。

前記面光源６は、前記液晶表示素子１の表示エリアＡの全域に対向する面積をもったアクリル系樹脂板等の板状透明部材からなり、この透明部材の一端面に形成され、光が入射される入射端面８と、前記入射端面８から入射し、前記透明部材内を導かれた光を出射する出射面９と、前記入射端面８から透明部材内に入射した光を前記出射面９に向けて反射する反射面１０とを有する導光板７と、前記導光板７の入射端面８に対向させて配置され、前記入射端面８に向けて赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する発光素子１１とを備えている。

なお、図１では省略しているが、前記導光板７の反射面１０には、その全域にわたって、前記入射端面８と平行な方向に沿う１０〜３０μｍ程度の幅の複数の溝部が５０〜１００μｍ程度のピッチで形成されており、前記入射端面８から入射した光は、前記出射面９と外気（空気層）との界面及び前記反射面１０の複数の溝部間の平坦面と外気との界面で全反射しながら導光板７内をその長さ方向に導かれ、前記反射面１０の複数の溝部と外気との界面で前記出射面９の法線に対する角度が小さくなる方向に全反射し、前記出射面９の全域から均一な輝度分布で液晶表示素子１に向かって出射する。

また、前記発光素子１１は、その内部構造は図示しないが、赤色光を発する赤色ＬＥＤ（発光ダイオード）と、緑色光を発する緑色ＬＥＤと、青色光を発する青色ＬＥＤとを備えた固体発光素子であり、前記赤、緑、青の３色のＬＥＤを選択的に点灯駆動され、前記導光板７の入射端面８に向けて赤、緑、青の３色の光を選択的に出射する。

すなわち、前記面光源６は、前記発光素子１１から赤、緑、青の３色の照明光を選択的に出射させ、その光を前記導光板７により導いてその出射面９から前記液晶表示素子１に向けて出射する。

なお、この実施例では、前記面光源６の発光素子を、赤、緑、青の３色のＬＥＤを備えた固体発光素子１１としているが、前記導光板７の入射端面８に対向させて配置する発光素子は、赤、緑、青の各色の光をそれぞれ発する３本の冷陰極管でもよい。

また、前記表示制御手段１２は、その具体的な構成は図示しないが、前記液晶表示素子１のゲート側ドライバ４及びデータ側ドライバ５を制御する書込み制御回路と、前記面光源６の赤、緑、青の３色の発光素子１１の点灯を制御する光源制御回路とからなっている。

この表示制御手段１２は、図示しない外部回路からカラー画像情報を供給され、複数の色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子１の複数の画素行を前記表示エリアＡの上半分と下半分とで交互に１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に前記赤、緑、青のうちの１色の単位色画像データを書込み、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子１に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源６から出射させる。

この実施例では、前記表示制御手段１２を、前記３つのフィールドのうち、第１フィードに、液晶表示素子１への赤の単位色画像データの書込みと面光源６からの赤色照明光の出射とを行ない、第２フィードに、前記液晶表示素子１への緑の単位色画像データの書込みと前記面光源６からの緑色照明光の出射とを行ない、第３フィードに、前記液晶表示素子１への青の単位色画像データの書込みと前記面光源６からの青色照明光の出射とを行なうように構成している。

さらに、この実施例では、前記表示制御手段１２を、前記３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子１の複数の画素行を、前記表示エリアＡの上半分と下半分とで交互に、且つ前記表示エリアＡの上半分では第１行から、前記表示エリアＡの下半分では最終行から１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に前記赤、緑、青のうちの１色の単位色画像データを書込み、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子１に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源６から出射させるように構成している。

このフィールドシーケンシャル液晶表示装置の１フィールドの表示シーケンスを説明すると、図２に示した表示シーケンスは、前記液晶表示素子１の画素行数を１６０行とした例であり、まずフィールドの初期に前記液晶表示素子１の全ての行の画素の書込み状態を一括してリセットし、その後に、前記液晶表示素子１の複数の画素行を、第１行、第１６０行（最終行）、第２行、第１５９行、第３行、第１５８行、第４行、第１５７行、……第７８行、第８３行、第７９行、第８２行、第８０行、第８１行の順で順次選択してこれらの行の画素に前記赤、緑、青のうちの１色の単位色画像データを書込み、その書込み後、予め定めた液晶分子の応答待ち時間を経過した後に、前記面光源６から前記液晶表示素子１に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源６から出射させる。

前記書込み状態の一括リセットは、前記単位色画像データの書込みに対して液晶分子をより速く応答させるためであり、この一括リセットは、全ての行の画素の電極間に液晶分子を基板面に対して略垂直に立ち上がり配向させる充分に高い電界を印加して行なう。

前記１フレームは１６，７ｍsec、１フィールドは５．５６ｍsec、書込み状態のリセット時間は１ｍsec、単位色画像データの書込み時間は１．６ｍsecであり、この書込み時間内に、１６０行の画素に１行ずつ順次単位色画像データが書込まれる。

なお、図２では便宜上、単位色画像データの書込み時間内における各行の選択時間を誇張して示しているが、１行の選択時間は、前記単位色画像データの書込み時間（１．６ｍsec）の１／１６０、つまり１０μsecである。

また、前記液晶分子の応答待ち時間は２ｍsec、面光源６からの照明光の出射時間は１ｍsecである。

このフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、液晶表示素子１の複数の画素行を表示エリアＡの上半分と下半分とで交互に１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に単位色画像データを書込み、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子１に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源６から出射させるため、前記３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像がそれぞれ、その上半分と下半分の両方に、明るい部分と暗い部分とがそれぞれ均等な比率で分布した画像である。

したがって、このフィールドシーケンシャル液晶表示装置によれば、輝度むらの目立ない良好な品質のカラー画像を表示することができる。

すなわち、この実施例では、上述したように、液晶表示素子１の全ての行の画素の書込み状態を一括してリセットした後に単位色画像データを書込むようにしているため、各行の画素の液晶分子は、前記リセット状態（基板面に対して略垂直に立ち上がり配向した状態）から、書込まれた単位色画像データに応じて配向状態を変え、それに対応して前記画素の透過率が図２に示したように変化する。

なお、図２に示した透過率は、液晶表示素子１の各行の画素の電極間にそれぞれ最も明るい階調の画像データを印加したときの値である。

したがって、全ての行の画素に同じ電圧値の単位色画像データを書込んだときの液晶分子の応答時間（リセット状態から単位色画像データに応じた配向状態に配向するまでの時間）は全ての行の画素において同じであるが、前記単位色画像データに書込みは複数の画素行を１行ずつ順次選択して行なうため、各行の画素の液晶分子は、前記単位色画像データの書込み順に、１行の選択時間（１０μsec）に対応する時間差をもって配向状態を変える。

そして、前記液晶分子の応答待ち時間は２ｍsecと極く短いため、前記単位色画像データの書込み時間の終期に選択された行の画素の液晶分子が単位色画像データに応じた配向状態に配向する前に、面光源６から照明光が出射する。

そのため、図２のように、単位色画像データの書込み時間の初期及び中期に選択された行の画素の照明光出射時の透過率は、単位色画像データに応じた値であるが、前記書込み時間の終期に選択された行の画素の照明光出射時の透過率は、前記単位色画像データに応じた値よりも低く、したがって、これらの終期に選択された行の画素の表示の明るさが、他の行の画素の表示の明るさに比べて暗くなる。

しかし、このフィールドシーケンシャル液晶表示装置では、１フィールド毎に、液晶表示素子１の複数の画素行を表示エリアＡの上半分と下半分とで交互に１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に単位色画像データを書込むようにしているため、前記単位色画像データの書込み時間の初期及び中期に選択された画素行、つまり透過率の高い画素行が、前記表示エリアＡ上半分と下半分の両方に均等な比率で分布し、また前記書込み時間の終期に選択された画素行、つまり透過率の低い画素行も、前記表示エリアＡ上半分と下半分の両方に均等な比率で分布する。これは、１フレーム中の３つのフィールドのいずれにおいても同じである。

そのため、前記３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像はそれぞれ、その上半分と下半分の両方に、前記透過率の高い画素行に対応する明るい部分と前記透過率の低い画素行に対応する暗い部分とがそれぞれ均等な比率で分布した画像であり、したがって、前記赤、緑、青の３色の単位色画像の視覚的な混合により、輝度むらの目立ない良好な品質のフルカラー画像が表示される。

しかも、この実施例では、上述したように、１フィールド毎に、前記液晶表示素子１の複数の画素行を、表示エリアＡの上半分では第１行から、前記表示エリアＡの下半分では最終行から順次選択してこれらの行の画素に単位色画像データを書込むようにしているため、前記３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像の上端側と下端側の明るさを実質的に等しくし、より輝度むらの目立たない高品質のカラー画像を表示することができる。

なお、１フィールド毎の液晶表示素子１の各行の画素への単位色画像データの書込みは、上記実施例に限らず、例えば、表示エリアＡの上半分及び下半分でそれぞれ中間行（液晶表示素子１の画素行数が１６０行のときは第８０行と第８１行）から順次選択してこれらの行の画素に単位色画像データを書込むようにしてもよく、このようにしても、前記３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像の上端側と下端側の明るさを実質的に等しくし、より輝度むらの目立たない高品質のカラー画像を表示することができる。

さらに、１フィールド毎の液晶表示素子１の各行の画素への単位色画像データの書込みは、表示エリアＡの上半分と下半分の一方で最端行（第１行または最終行）から、他方で中間行から順次選択してこれらの行の画素に単位色画像データを書込むようにしてもよく、このようにすることにより、前記３つのフィールド毎に表示される赤、緑、青の３色の単位色画像をそれぞれ、その上半分と下半分の両方に、明るい部分と暗い部分とがそれぞれ均等な比率で分布した画像とし、輝度むらの目立ない良好な品質のカラー画像を表示することができる。

また、上記実施例のフィールドシーケンシャル液晶表示装置は、非ツイストのホモジニアス配向型液晶表示素子１を備えたものであるが、液晶表示素子は、例えば液晶層の液晶分子を一対の基板２，３間において実質的に９０°の捩れ角でツイスト配向させたＴＮ（ツイステッドネマティック）型等のものでもよい。

この発明の一実施例を示すフィールドシーケンシャル液晶表示装置の分解斜視図。 前記液晶表示装置の１フィールドの表示シーケンスと液晶表示素子の各行の画素の透過率の変化を示す図。

符号の説明

１…液晶表示素子、６…面光源、１２…表示制御手段。

Claims (1)

1. 複数の画素が複数行に配列された表示エリアを有し、赤、緑、青の３色の単位色画像データが前記複数の画素に順次書込まれ、これらの画像データに応じた画像を表示する液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子の観察側とは反対側に配置され、赤、緑、青の３色の照明光を前記液晶表示素子に向けて選択的に出射する面光源と、
   複数の色からなる１つのカラー画像を表示するための１フレームを３分割した３つのフィールド毎に、前記液晶表示素子の全ての行の画素の書込み状態を一括してリセットし、前記液晶表示素子の複数の画素行を前記表示エリアの上下方向に２分割した上半分の領域では第１行から、前記表示エリアの分割した下半分の領域では最終行から、各領域毎に交互に１行ずつ順次選択してこれらの行の画素に前記赤、緑、青のうちの１色の単位色画像データを書込み、前記液晶表示素子の液晶分子の応答時間が経過した後、前記フィールド毎に、そのフィールドに前記液晶表示素子に書込んだ前記単位色画像データに対応する色の照明光を前記面光源から出射させる表示制御手段とを備えたことを特徴とするフィールドシーケンシャル液晶表示装置。

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