JP4453356B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は液晶表示装置に係り、特にベンド配向を有する液晶表示素子を用いてフィールドシーケンシャル方式カラー表示を実現する液晶表示装置に関する。

動画像の表示やフィールドシーケンシャル表示に適した高速応答性を有する液晶表示素子として、ＯＣＢ（Optically Compensated Birefringence）モードの液晶表示素子が知られている。この液晶表示素子では、２枚の基板間に挟まれた液晶層（液晶分子）の配向状態を、表示に適さない初期の配向状態であるスプレイ配向から、２枚の基板間に一定の電位差を与えて表示に適したベンド配向に転移させる必要がある。このため、かかる液晶表示素子をスプレイ配向からベンド配向へ短時間に確実に転移させる駆動方法が、従来より種々提案されている(例えば、特許文献１、２参照)。

上記の特許文献１には、液晶層を挟む対向電極間の電位の変化点で画素トランジスタをオンにするゲート線電位を与えておいて、対向電極間の電位の変化による画素電極電位の変化を防止して、画素電極と対向電極の間に所定の電圧差を与えることにより、短時間でベンド配向に転移させる液晶表示素子の駆動方法が開示されている。

また、上記の特許文献２には、液晶パネルの画素電極と対向電極の間に通常映像表示時よりも高い電位差を連続的に印加する期間を設けることにより、液晶層を短時間でベンド配向に転移させる液晶表示素子の駆動方法が開示されている。

ところで、一般に、液晶表示装置のカラー化の手段として、１フレーム期間を３フィールドに分割して、各フィールド期間毎に赤色、緑色、青色の三原色の画像データで液晶パネルを切り替えていくと共に、これに同期させて液晶パネル面に照射する光源を、時系列的に三原色光である赤色光、緑色光、青色光で順次に切り替え、各原色光に対応した残像を人の網膜上で合成してカラー画像を得る、いわゆるフィールドシーケンシャル方式(面順次方式)の液晶表示装置が知られている。このフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置では、液晶表示素子の高速応答性が要求されるため、上記のＯＣＢモードの液晶表示素子の駆動方法を適用して好適である。

特開２００２−２８７１１３号公報 特開２００２−１４３１７号公報

しかるに、上記の従来の液晶表示素子の駆動方法は、短時間でベンド配向に転移させることを目的として、いずれも通常の映像信号を駆動する場合よりも高い電位差を映像信号に印加する期間を設けるようにしているため、映像信号の供給ラインの他に配向状態転移用の電圧供給ラインが必要となり、また、信号の切替手段が必要となる。

また、従来のフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置では、３原色の画像をフィールド毎に切り替えて表示するようにしているため、あるフィールド期間では１つの原色しか表示できず、この結果、照明光の利用効率が最大でも１／３になり、表示が暗くなってしまうという問題がある。また、色バランスをとるために、赤色光、緑色光、青色光のうちで光強度の最も弱い原色光に他の２つの原色光の光強度を合わせるので、光の利用効率が悪くなる場合がある。更に、黒表示の挿入が映像信号によっては、うまく実現できないことがある。

本発明は以上の点に鑑みなされたもので、光の利用率を向上し得るフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を提供することを目的とする。

更に、本発明の他の目的は、黒表示の挿入による動画性能の向上を図り得るフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、第１の発明は、少なくともトランジスタ及び画素電極が形成された第１の基板と、この第１の基板の対向面に共通電極が形成された第２の基板との間に液晶層が封入された構造の反射型液晶表示素子を備え、フィールドシーケンシャル方式によりカラー画像表示を行う液晶表示装置において、電荷蓄積用コンデンサと、走査信号入力時に電荷蓄積用コンデンサに映像信号データを書き込む第１のトランジスタと、同期信号入力時に電荷蓄積用コンデンサに書き込まれた映像信号データを液晶表示素子に供給する第２のトランジスタとからなる、第１の基板上に形成された画素回路と、全画素の電荷蓄積用コンデンサに映像信号データを書き込んでから全画素の第２のトランジスタに同期信号を同時に入力することにより、電荷蓄積用コンデンサに書き込まれた映像信号データを、第１の基板上に設けられた全画素の画素電極に一斉に転送すると共に、液晶層のスプレイ配向からヘンド配向への転移スタート時から第１の所定期間は、第２の基板上に設けられた共通電極への印加電圧を第１の所定期間経過後よりも大なる値として液晶表示素子を駆動する駆動手段と、フィールドシーケンシャル表示に基づき、液晶表示素子に照射される原色光の切り替えに同期して切替入力される、照射される原色光に対応した一の原色の映像信号データの極性反転の直後より１／２フィールド期間よりも短い第２の所定期間、一定の波高値のパルスを、第２の基板上に設けられた共通電極への印加電圧に重畳するパルス重畳手段とを有する構成としたものである。

この発明では、フィールドシーケンシャル表示に基づき、液晶表示素子に照射される原色光の切り替えに同期して切替入力される映像信号データの極性反転の直後より１／２フィールド期間よりも短い第２の所定期間、一定の波高値のパルスを共通電極への印加電圧に重畳するようにしたため、上記の映像信号データの最初に上記のパルスに基づく黒表示情報を挿入できる。
また、上記の目的を達成するため、第２の発明は、映像信号データの１フレーム期間を１／Ｎ（Ｎは４以上の整数）フレーム期間ずつのＮフィールドに分割し、各フィールド毎に３原色光を一の原色光ずつ予め任意に設定した順序で切り替えて液晶表示素子に照射する照明手段と、照明手段により液晶表示素子に照射される原色光の切り替えに同期して、照射される原色光に対応した一の原色の映像信号データを各フィールド毎に順次切り替えて、第１の基板上に設けられた全画素の電荷蓄積用コンデンサに蓄積するデータ供給手段とを更に有することを特徴とする。この発明では、１フレーム期間で同じ原色の画像を複数回表示させることができる。

本発明によれば、フィールドシーケンシャル表示に基づき、液晶表示素子に照射される原色光の切り替えに同期して切替入力される映像信号データの極性反転の直後より第２の所定期間、一定の波高値のパルスを共通電極への印加電圧に重畳することにより、映像信号データの最初の上記のパルスに基づく黒表示情報を挿入するようにしたため、映像信号によらずに黒表示を挿入できると共に、黒表示挿入により動画性能を向上できる。
また、本発明によれば、１フレーム期間で同じ原色の画像を複数回表示できるようにしたため、視感度の高い緑色画像を複数回表示するようにした場合は表示を実質上明るくでき、また３原色光のうち最も光強度の弱い原色光に対応した原色の画像を複数回表示するようにした場合は、色バランスをとることができ、また、カラーブレイクを低減することもできる。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明になる液晶表示装置の一実施の形態の構成図を示す。同図において、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）１は位相補償板２を介して偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３の反射光路上に設けられている。ＰＢＳ３の透過光路上には投射レンズ４が設けられている。

また、青色光を発光する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が２次元アレイ状に配列された青色光用ＬＥＤアレイ光源５Ｂと、緑色光を発光する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が２次元アレイ状に配列された緑色光用ＬＥＤアレイ光源５Ｇと、赤色光を発光する複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が２次元アレイ状に配列された赤色光用ＬＥＤアレイ光源５Ｒとは、フィールド毎に切替駆動され、ＬＥＤアレイ光源５Ｂからの青色光Ｂと、ＬＥＤアレイ光源５Ｇからの緑色光Ｇと、ＬＥＤアレイ光源５Ｒからの赤色光Ｒが、それぞれ偏光板６Ｂ、６Ｇ、６Ｒを通してダイクロイッククロスプリズム７に順次切り替えられて入射する構成とされている。

上記のダイクロイッククロスプリズム７は、青色光Ｂ及び赤色光Ｒをそれぞれ反射し、緑色光Ｇは透過してそれぞれ照明レンズ８を通してＰＢＳ３に入射する。ＰＢＳ３は順次切替入射した各原色光を反射して位相補償板２を通してＬＣＯＳ１に入射する。上記のダイクロイッククロスプリズム７は、照明レンズ８と共に照明系を構成している。

ここで、ランプではアーク長が短く点光源に近いが、ＬＥＤアレイ光源５Ｂ、５Ｇ、５Ｒは面光源となる。本実施の形態では、この面光源での光を有効に利用するため、照明レンズ８の前後の焦点面にＬＥＤアレイ光源５Ｂ、５Ｇ、５ＲとＬＣＯＳ１とが配置される。

面光源の使用は、ＬＣＯＳ１に入射する光の入射角を大きくする。ホメオトロピック配向されたＬＣＯＳ１中の液晶に斜め方向から光が入ると、電圧無印加時でも実効的に光学位相差が生じ、それにより変調を受けて出射する光がコントラストを低下させるので、位相補償板２を用いた光学補償により、この種の光漏れを防いでいる。

ここで、ＬＣＯＳは、一般的にはシリコンのＣＭＯＳ基板（第１の基板）上にマトリクス状にＭＯＳ型トランジスタや画素電極を設け、このＣＭＯＳ基板と対向配置した第２の基板の画素電極対向面に光学的に透明の共通電極を設け、上記の２枚の基板間に封入された液晶層からなる反射型液晶表示素子であるが、本実施の形態のＬＣＯＳ１も基本的な構造は一般的なＬＣＯＳと同様であるが、第１の基板上に設けられる単位画素の等価回路が図２で示されるように、２個のＭＯＳ型トランジスタＴＲ１及びＴＲ２で構成され、画面全体を一度に書き換える一括転送方式のＬＣＯＳである。

図２の単位画素の等価回路について更に説明するに、第１のＭＯＳ型トランジスタＴＲ１は、ゲートが水平方向に配置された走査信号線ＳＣＡＮに接続され、ソースが垂直方向に配置された画像信号線ＶＩＤＥＯに接続され、ドレインが電荷蓄積用コンデンサＣの一端に接続されている。また、第２のＭＯＳ型トランジスタＴＲ２は、ゲートが水平方向に配置された同期信号線ＳＹＮＣに接続され、ソースが電荷蓄積用コンデンサＣの一端に接続され、ドレインが液晶セルＬＣの一端（画素電極）に接続されている。液晶セルＬＣの他端（共通電極）には電圧ＣＥが印加される。

液晶セルＬＣは、第２の基板上の上記の透明の共通電極と、共通電極に対向する第１の基板上に設けられた画素電極と、それらの基板間に封入された液晶層からなる。この液晶層は、前述したスプレイ配向の状態又はベンド配向の状態となっている。

一括転送方式の駆動方法について説明するに、走査信号線ＳＣＡＮに接続されるトランジスタＴＲ１の走査信号を印加すると共に、画像信号線ＶＩＤＥＯに単色画像に対応する画像信号を供給し、選択された走査信号線ＳＣＡＮ上にある横１列の画素のコンデンサＣにトランジスタＴＲ１のソース及びドレインを通して画像信号を書き込む。

この動作を走査信号線ＳＣＡＮ毎に進め、すべての走査信号線ＳＣＡＮ上にある各列の画素のコンデンサＣへの書き込みが終了した時点で、すべての画素に一斉に同期信号線ＳＹＮＣから同期信号をトランジスタＴＲ２のゲートに印加する。これにより、すべての画素のコンデンサＣに蓄積されていた単色画像に対応する電荷が、すべての画素のトランジスタＴＲ２のソース及びドレインを通して一度に画素電極に印加されて液晶セルＬＣに書き込まれ、画面全体への単色画像の書き込みが同時に完了する。

この一括転送方式では共通電極の電圧ＣＥを可変できるので、本実施の形態では図３（Ａ）に示すように、映像信号線ＶＩＤＥＯには点線Iで示すような通常の映像信号を供給しておき、液晶層をスプレイ配向からベンド配向に転移させるスタート時に、映像信号に対して６Ｖ〜２０Ｖ程度の電位差を与える電圧ＣＥを０.５秒〜６０秒間共通電極に印加することにより、ペンド配向に相転移させる。

従って、本実施の形態によれば、従来のような映像信号ラインとは別にベンド配向に転移させるための電圧供給ラインを用意することなく、既存の共通電極の電圧ＣＥを変化させることにより、短時間でベンド配向に転移させることができる。

また、本実施の形態では、図３（Ｂ）に示すように、映像信号線ＶＩＤＥＯに供給される点線IIで示す映像信号の極性反転の直後に、共通電極に印加する電圧ＣＥに、０〜３Ｖの波高値（絶対値）で幅２秒程度以下のパルスａを重畳する。これにより、黒表示の挿入ができ、液晶セルＬＣをより高速応答させると共に、黒表示の挿入による動画性能の向上ができる。

次に、本発明の他の実施の形態について説明する。前述したように、従来のフィールドシーケンシャル表示方式では、１フレーム期間を３原色に対応した３フィールドに分割して液晶セルに各原色画像データを切り替えて供給すると共に、それと同期させて各原色光を液晶セルに照射するようにしているが、この実施の形態では、前述した図３（Ａ）、（Ｂ）に示した駆動方法による液晶セルの高速応答性を利用し、１フレーム期間を４フィールドに分割し、例えば図４（Ａ）に示すように、１フィールド毎に画像表示色を、赤、緑、青、緑の順で切り替えたり、あるいは、図４（Ｂ）に示すように、１フィールド毎に画像表示色を、赤、緑、赤、青の順で切り替える。

すなわち、通常は１フィールド内で極性反転しながらＲ（＋）Ｒ（−）→Ｇ（＋）Ｇ（−）→Ｂ（＋）Ｂ（−）と各フィールド毎に切り替えて１フレーム期間に各原色画像を１回ずつ表示するところを、１フレーム期間を４分割した各フィールド毎に、図４（Ａ）では、Ｒ（＋）Ｒ（−）→Ｇ（＋）Ｇ（−）→Ｂ（＋）Ｂ（−）→Ｇ（＋）Ｇ（−）と表示する。この場合は、視感度の高い緑色画像を１フレーム期間に２回表示するので、従来に比べて表示を明るく感じさせることができ、照明光の利用効率を向上できる。

同様に、図４（Ｂ）は、Ｒ（＋）Ｒ（−）→Ｇ（＋）Ｇ（−）→Ｒ（＋）Ｒ（−）→Ｂ（＋）Ｂ（−）と表示する場合を示しており、この場合は赤色画像を１フレーム期間に２回表示するので、３原色光のうち赤色光の光強度が最も弱い場合に、色バランスをとることができ、照明光の利用効率を向上できる。

また、上記以外にも、輝度や演色性の向上、あるいはフィールドシーケンシャル方式特有のいわゆるカラーブレイクを低減するためなどを目的として種々の表示方法があり、例えば、１フレーム期間を６フィールドに分割し、各フィールド毎にＲ（＋）Ｒ（−）→Ｇ（＋）Ｇ（−）→Ｂ（＋）Ｂ（−）→Ｒ（＋）Ｒ（−）→Ｇ（＋）Ｇ（−）→Ｂ（＋）Ｂ（−）と表示することも可能である。

再び図１に戻って説明するに、各フィールド期間毎に上記のように赤色、緑色、青色の３原色の画像データでＬＣＯＳ１の液晶パネルを切り替えていくと共に、これに同期させてＬＣＯＳ１の液晶パネル面に照射する各原色光を順次に切り替えることにより、ＬＣＯＳ１から反射されたフィールド毎に切り替わる各原色光の反射光は、位相補償板２を通してＰＢＳ３に入射して透過され、更に投射レンズ４を通して図示しないスクリーンに投射されカラー画像を表示する。

この実施の形態では、ＬＥＤを光源に用いているので、光源にランプを使用した場合に比しスイッチングが速いので、赤色・緑色・青色の順次点滅ができ、また色純度が高いので画像の色再現範囲を広くでき、またランプを使用した場合に必要となる色分解系が不要で、液晶表示装置の小型軽量化が可能となり、また消費電力も低減できる。更に、光源は面光源を用いているので１個のＬＥＤを用いた場合よりも充分な光量が得られる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、例えば１フレーム期間を４フィールド以上に分割して各フィールド毎に原色画像を切替表示するフィールドシーケンシャル表示方式であればよく、また、黒表示の挿入は１フレーム期間を３フィールドに分割して各フィールド毎に原色画像を切替表示する従来のフィールドシーケンシャル表示方式の液晶表示装置にも適用できる。

本発明の液晶表示装置の一実施の形態の構成図である。 本発明方法で駆動される液晶表示素子の単位画素の一例の等価回路図である。 本発明の一実施の形態において、ベンド配向に相転移させる場合と、黒表示を挿入する場合の液晶セルに入力する映像信号と共通電極の電圧とを示す図である。 本発明の各実施の形態による画像表示色の切替例を示す図である。

符号の説明

１ ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）
２ 位相補償板
３ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
４ 投射レンズ
５Ｂ、５Ｇ、５Ｒ ＬＥＤアレイ光源
６Ｂ、６Ｇ、６Ｒ 偏光板
７ ダイクロイッククロスプリズム
８ 照明レンズ
ＴＲ１、ＴＲ２ ＭＯＳ型トランジスタ
Ｃ 電荷蓄積用コンデンサ
ＬＣ 液晶セル
ＣＥ 共通電極への印加電圧
ａ 黒表示用パルス

Claims (2)

1. 少なくともトランジスタ及び画素電極が形成された第１の基板と、この第１の基板の対向面に共通電極が形成された第２の基板との間に液晶層が封入された構造の反射型液晶表示素子を備え、フィールドシーケンシャル方式によりカラー画像表示を行う液晶表示装置において、
   電荷蓄積用コンデンサと、走査信号入力時に前記電荷蓄積用コンデンサに映像信号データを書き込む第１のトランジスタと、同期信号入力時に前記電荷蓄積用コンデンサに書き込まれた映像信号データを前記液晶表示素子に供給する第２のトランジスタとからなる、前記第１の基板上に形成された画素回路と、
   全画素の前記電荷蓄積用コンデンサに映像信号データを書き込んでから全画素の前記第２のトランジスタに前記同期信号を同時に入力することにより、前記電荷蓄積用コンデンサに書き込まれた映像信号データを、前記第１の基板上に設けられた全画素の前記画素電極に一斉に転送すると共に、前記液晶層のスプレイ配向からヘンド配向への転移スタート時から第１の所定期間は、前記第２の基板上に設けられた前記共通電極への印加電圧を前記第１の所定期間経過後よりも大なる値として前記液晶表示素子を駆動する駆動手段と、
   前記フィールドシーケンシャル表示に基づき、前記液晶表示素子に照射される原色光の切り替えに同期して切替入力される、前記照射される原色光に対応した一の原色の映像信号データの極性反転の直後より１／２フィールド期間よりも短い第２の所定期間、一定の波高値のパルスを、前記第２の基板上に設けられた前記共通電極への印加電圧に重畳するパルス重畳手段と
   を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記映像信号データの１フレーム期間を１／Ｎ（Ｎは４以上の整数）フレーム期間ずつのＮフィールドに分割し、各フィールド毎に３原色光を一の原色光ずつ予め任意に設定した順序で切り替えて前記液晶表示素子に照射する照明手段と、
   前記照明手段により前記液晶表示素子に照射される原色光の切り替えに同期して、前記照射される原色光に対応した一の原色の映像信号データを各フィールド毎に順次切り替えて、前記第１の基板上に設けられた全画素の前記電荷蓄積用コンデンサに蓄積するデータ供給手段と
   を更に有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。

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