JP5042108B2 - 液晶表示装置及びバックライト照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶パネルとその画像表示領域の背面を照明するバックライト照明装置を有する液晶表示装置、及びバックライト照明装置に関するものである。

液晶表示装置（ＬＣＤ）は、線順次走査の駆動において走査線の選択時間だけでなく、フレーム時間を通して画素からの光が目によって知覚される応答様式を持つホールド型の表示装置である。一方、陰極線管表示装置（ＣＲＴ）は、画素の蛍光体がパルス的に励起されて発光し、それ以外のフレーム時間において画素からの光が目によって知覚されないインパルス型の表示装置である。一般的に、ホールド型の表示装置の動画表示性能は、インパルス型の表示装置の動画表示性能に比べて劣っている（例えば、非特許文献１参照）。

液晶表示装置の動画表示性能を改善するために、画像の動きを検出し、この動きの検出結果に基づいて、周期、位相又はパルス幅の異なる調光パルスを発生し、この調光パルスによって光源を断続的に駆動させることにより、光源を断続的に発光させる提案がある（例えば、特許文献１参照）。また、複数のバックライトを液晶パネルの線順次走査にあわせて順次点滅させる走査バックライト方式の提案もある（例えば、非特許文献１参照）。

苗村省平著、「はじめての液晶ディスプレイ技術」、工学調査会、２００４年４月２０日、ｐ．１９０ 特開２００２−２８７７００号公報（段落００１９〜００２０、段落００９１、段落００９４〜００９６、図１、図３）

しかしながら、特許文献１で提案されている方法では、画像の動き検出及びその検出結果に基づくバックライト調光を行なっており、これらを実現するためには高速な演算処理を行う手段が必要であり、装置の構成が複雑になるという問題がある。

また、非特許文献１で提案されている走査バックライト方式では、液晶パネルの背面側の複数のバックライトを順次点滅させてブランキングが行なわれるので、ＣＲＴに近い疑似インパルス型の動画表示性能を実現できるが、画面輝度が大幅に低下するという問題がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、構成が簡単であり、画面輝度の低下を抑制でき、インパルス型に近い動画表示特性を有する液晶表示装置及びこの液晶表示装置を実現するバックライト光源装置を提供することにある。

本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、入力映像信号に基づいて前記液晶パネルを駆動させる液晶駆動手段と、前記液晶パネルの画像表示領域の背面を照明するバックライト照明手段と、前記液晶駆動手段及び前記バックライト照明手段の動作を制御する制御手段とを有する液晶表示装置であって、前記バックライト照明手段は、複数本の光ビームを出射する光源手段と、中心軸を中心にして同軸的に連結され、各々が複数の鏡面を有し、前記複数本の光ビームのいずれかを反射する複数の回転多面鏡と、前記複数の回転多面鏡を前記中心軸を中心にして回転させる回転駆動手段とを有し、前記複数の回転多面鏡の各々において、前記中心軸に直交する方向に対する前記複数の鏡面の倒れ角は、複数の異なる角度を含み、前記制御手段は、前記液晶駆動手段により前記液晶パネルを駆動させ、前記回転駆動手段により前記複数の回転多面鏡を回転させ、前記光源手段から前記複数本の光ビームを出射させることによって、前記光源手段から出射され、前記複数の鏡面のいずれかで反射した前記複数本の光ビームで前記液晶パネルの画像表示領域の背面に形成される複数の光スポットを、前記液晶パネルの画像表示領域の背面において水平走査方向及び垂直走査方向に２次元走査させることを特徴としている。

また、本発明のバックライト照明装置は、液晶パネルの画像表示領域の背面を照明するバックライト照明装置であって、複数本の光ビームを出射する光源手段と、中心軸を中心にして同軸的に連結され、各々が複数の鏡面を有し、前記複数本の光ビームのいずれかを反射する複数の回転多面鏡と、前記複数の回転多面鏡を前記中心軸を中心にして回転させる回転駆動手段と、前記光源手段及び前記回転駆動手段の動作を制御する制御手段とを有し、前記複数の回転多面鏡の各々において、前記中心軸に直交する方向に対する前記複数の鏡面の倒れ角は、複数の異なる角度を含み、前記制御手段は、前記回転駆動手段により前記複数の回転多面鏡を回転させ、前記光源手段から前記複数本の光ビームを出射させることによって、前記光源手段から出射され、前記複数の鏡面のいずれかで反射した前記複数本の光ビームで前記液晶パネルの画像表示領域の背面に形成される複数の光スポットを、前記液晶パネルの画像表示領域の背面において水平走査方向及び垂直走査方向に２次元走査させることを特徴としている。

本発明の液晶表示装置によれば、バックライト光源手段の構成を簡単な構成で実現でき、また、インパルス型に近い優れた動画表示性能を実現できるという効果がある。また、本発明の液晶表示装置によれば、複数の光スポットを互いに重なり合うように走査することができるので、画面輝度の向上を図ることができるという効果がある。

本発明のバックライト光源装置によれば、構成を簡単することができ、また、液晶パネルの画像表示領域の背面を照明することにより、インパルス型に近い優れた動画表示性能を発揮させることができるという効果がある。また、本発明のバックライト光源装置によれば、複数の光スポットを互いに重なり合うように走査することができるので、液晶パネルにおける画面輝度の向上を図ることができるという効果がある。

図１は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成及び機能を示す機能ブロック図である。図１に示されるように、本実施の形態の液晶表示装置は、液晶パネル１１と、入力映像信号に基づいて液晶パネル１１を駆動させる液晶駆動手段としての液晶ドライバ１２と、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面を照明するバックライト照明手段としてのバックライト照明装置２０と、液晶ドライバ１２及びバックライト照明装置２０の動作を制御するタイミングコントローラ３０とを有している。バックライト照明装置２０は、光源手段としての投射光学機能部１と、複数の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃと、モータ４及び回転速度と回転位相を適正に維持しながらモータ４を駆動させるモータ駆動部５を有している。モータ４及びモータ駆動部５は、複数の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃを回転させる回転駆動手段として機能する。

図１に示されるように、投射光学機能部１は、複数の投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃを有し、投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃは、光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃを回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃに向けて出射する。投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃは、例えば、レーザー発光素子又はＬＥＤ素子を光源とする光学装置であるが、複数の光ビームを出射できる構成であれば、高輝度水銀ランプのような発光ランプを光源とする光学装置とすることも可能である。投射光学機能部１の投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃの個数は、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａにおける映像の輝度を所定値にするために必要な数となる。本実施の形態においては、投射光学機能要素の個数は、３個である。しかし、出射光量出力が大きい投射光学機能要素を用いた場合には、投射光学機能要素の個数を減らすことができる。また、出射光量出力が小さい投射光学機能要素を用いた場合には、投射光学機能要素の個数を増やす必要がある。

図１に示されるように、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃは、中心軸２を中心として同軸的に連結され、各々が複数の鏡面を有する。回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃは、一体的に連結されてもよく、また、モータ４の回転軸のような他の部材を介して連結されてもよい。回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃは、複数の光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃをそれぞれ反射して、反射光ビーム７ａ（後述する図３においては、７ａ１，…，７ａ８），７ｂ，７ｃを液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面に照射する。モータ４は、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃを中心軸２を中心にして矢印Ｄａ方向に回転させる。回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの個数は、光源である投射光学機能部１の投射光学機能要素の個数と同じである。本実施の形態においては、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃが同軸的に配置された場合を説明するが、回転多面鏡の個数は、２個又は４個以上であってもよい。

本実施の形態においては、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの各々の鏡面の数は、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの各々による２次元走査における水平走査回数と等しい。１個の回転多面鏡の１回転による水平走査回数は、水平走査を行う光学系の設計仕様によって決定される。光スポット９ａ，９ｂ，９ｃを２次元走査させる場合、光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの直径を固定値と仮定すれば、水平走査の回数を大きく設定すれば液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖにおいて小さいピッチにて光スポット９ａ，９ｂ，９ｃが走査されるため、水平走査を繰り返すことで光スポット９ａ，９ｂ，９ｃがオーバラップし、積分効果によって輝度ムラが小さくなる利点がある。しかし、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの各々の鏡面の数が多くなるため、水平走査角度が小さくなり、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃと液晶パネル１１との距離を長くすることが必要となるため、装置が大きくなる。また、光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの直径を大きく設定すれば、水平走査の際に前回の水平走査とのオーバラップ量が増えるため輝度ムラが小さくなるが、出画画面の輝度情報からバックライトの光量を適応的に制御してコントラスト改善を行う所謂エリア制御の際にエリア境界領域の分解能が低下する。

逆に、光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの直径を小さく設定すれば、２次元走査の際に輝度ムラが生じないように水平走査数を多く設定する必要がある。このように光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの直径サイズと、水平走査の回数とはトレードオフの関係にある。本実施の形態においては、比較的小さな直径の複数の光スポットを垂直走査方向Ｄｖ（縦方向）にオーバラップして配列させ、これらを同時に２次元走査させる構成としたので、空間分解能を確保しつつ輝度ムラの少ない緻密な２次元走査を可能としている。本実施の形態では、光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの直径は液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの垂直走査方向Ｄｖの長さの８分の１であり、１フレーム期間における１本の光ビームによる水平走査回数が８回の場合を説明しているが、本発明はこの例に限定されない。なお、バックライト光源装置２０は、光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの大きさが、略同じ大きさになるように構成される。

図２は、図１に示される複数の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの分解斜視図である。図２に示されるように、回転多面鏡３ａは、８面の平面状の鏡面３ａ１，…，３ａ８を有し、回転多面鏡３ｂは、８面の平面状の鏡面３ｂ１，…，３ｂ８を有し、回転多面鏡３ｃは、８面の平面状の鏡面３ｃ１，…，３ｃ８を有する。本実施の形態においては、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの各々が、８面の鏡面を有する場合を説明しているが、各回転多面鏡の鏡面の数は、３乃至７面、９面以上のように他の面数とすることも可能である。

各回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの回転軸２に直交する断面形状は、略正ｎ角形（ｎは３以上の整数）となる。本実施の形態においては、２次元走査の水平走査数は８回であるから、各回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの鏡面は８面であり、断面形状は略正八角形である。

複数の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃは、単一のモータ４の回転軸２に接続されているため、制御対象である回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃが複数個あるにもかかわらず、駆動要素のモータ４やモータ制御部５が１つで済むため、装置は安価であり装置サイズもコンパクトになる。さらに、各回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃは剛体的に接続されているので各回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの動作の同期を取るための制御が不要であり、制御が簡単である。また、機構的に、各回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの動作の同期が取れることが約束されているので、装置の信頼性が高い。

図３（ａ）乃至（ｈ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ａの鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角θ１，…，θ８を示す図である。倒れ角θ１，…，θ８は、中心軸２に平行な方向２ａに直交する方向に対する鏡面３ａ１，…，３ａ８の角度である。図３（ａ）乃至（ｈ）に示されるように、回転多面鏡３ａにおける複数の鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角θ１，…，θ８は、複数の異なる角度を含む。他の回転多面鏡３ｂ及び３ｃについても、回転多面鏡３ａと同様に、複数の鏡面３ｂ１，…，３ｂ８の倒れ角は、複数の異なる角度を含み、複数の鏡面３ｃ１，…，３ｃ８の倒れ角は、複数の異なる角度を含む。図３（ａ）乃至（ｈ）には、回転多面鏡３ａにおける８面の鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角θ１，…，θ８が、すべてが異なる角度である場合を示している。ただし、８面の鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角θ１，…，θ８は、必ずしもすべて異なる必要はなく、例えば、回転多面鏡３ａの半分の４面の鏡面３ａ１，…，３ａ４において倒れ角θ１，…，θ４が互いに異なり、中心軸２を挟んで対向する４面の鏡面３ａ５，…，３ａ８の倒れ角θ５，…，θ８をそれぞれ鏡面３ａ１，…，３ａ４の倒れ角θ１，…，θ４と同じにするような場合も本発明に含まれる。８面の鏡面３ｂ１，…，３ｂ８の倒れ角及び８面の鏡面３ｃ１，…，３ｃ８の倒れ角についても、８面の鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角と同様である。

また、回転多面鏡３ａの鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角θ１，…，θ８と、回転多面鏡３ｂの鏡面３ｂ１，…，３ｂ８の倒れ角と、回転多面鏡３ｃの鏡面３ｃ１，…，３ｃ８の倒れ角とが同じ場合、すなわち、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの形状が同じ形状である形態も可能である。しかし、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの鏡面の倒れ角が互いに異なる、すなわち、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの形状が異なる形状である形態も可能である。３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの形状が同じ形状である形態の場合には、通常、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃに入射する光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃの入射方向を調整する必要が生じるが、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃを同一形状とすることによって、装置の製造コストの削減が可能である。また、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの形状が異なる形状である形態の場合には、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃに入射する光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃの入射方向を同じ方向にすること可能であり、投射光学機能部１の構成を簡単にすることができる。

タイミングコントローラ３０から出力されるタイミング信号に応じて、液晶パネル１１は液晶ドライバ１２によって駆動され、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃはモータ４によって回転し、投射光学機能部１は、投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃから３本の光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃを出射する。投射光学機能部１から出射された光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃは、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの複数の鏡面のいずれかで反射し、３本の反射光ビーム７ａ，７ｂ，７ｃで液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面に形成される３個の光スポット９ａ，９ｂ，９ｃを、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上において水平走査方向Ｄｈ及び垂直走査方向Ｄｖに２次元走査させる。タイミングコントローラ３０は、例えば、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの１回転の周期が、入力映像信号の垂直同期信号に同期するように、液晶ドライバ１２及びバックライト照明装置２０の動作を制御する。

図４は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ａの各鏡面３ａ１，…，３ａ８で反射した光ビーム７ａ１，…，７ａ８が液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面に照射されたときの水平走査ライン（光スポットの中心位置）の垂直走査方向Ｄｖの間隔（シフト量）Ｖｐを示す図である。図４には、本実施の形態において、回転多面鏡３ａで反射した光ビーム７ａ（７ａ１，…，７ａ８）の角度が示されており、回転多面鏡３ａを構成する各鏡の倒れ角の違いによって、垂直走査方向Ｄｖに間隔Ｖｐで２次元走査する場合を記述している。図４に示されるように、本実施の形態においては、回転多面鏡３ａの各鏡面３ａ１，…，３ａ８で反射した光ビーム７ａ１，…，７ａ８により液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面に形成される水平走査方向に走査される光スポット９ａの垂直走査方向Ｄｖの間隔（中心位置の間隔）は等間隔Ｖｐである（後述する図５（ａ）にも示す）。また、図示していないが、本実施の形態においては、回転多面鏡３ｂの各鏡面３ｂ１，…，３ｂ８で反射する光ビーム７ｂにより液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面に形成される水平走査方向に走査される光スポット９ｂの垂直走査方向Ｄｖの間隔（中心位置の間隔）は等間隔Ｖｐである（後述する図６（ａ）にも示す）。さらに、図示していないが、本実施の形態においては、回転多面鏡３ｃの各鏡面３ｃ１，…，３ｃ８で反射する光ビーム７ｃにより液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面に形成される水平走査方向に走査される光スポット９ｃの垂直走査方向Ｄｖの間隔（中心位置の間隔）は等間隔Ｖｐである（後述する図７（ａ）にも示す）。そして、３つの回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃの各々で反射する光ビームにより液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面に形成される水平走査方向に走査される光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの垂直走査方向Ｄｖの間隔はＶｐ／３であり等間隔であり、複数の光スポット９ａ，９ｂ，９ｃのうちの垂直走査方向Ｄｖに互いに隣接する光スポットは、互いに重なり合う領域を有する（後述する図８（ａ）にも示す）。

図５（ａ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ａによって反射した光ビーム７ａの照射により液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に形成された光スポット９ａ（水平走査軌跡の位置に応じて、９ａ１，…，９ａ８とも記す。）の２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図である。図５（ａ）において、光スポット９ａ１，…，９ａ８は、回転多面鏡３ａの鏡面３ａ１，…，３ａ８で反射した光ビーム７ａ（反射する鏡面３ａ１，…，３ａ８に応じて、７ａ１…，７ａ８とも記す。）によって液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に形成された光スポットである。光スポットを示す符号９ａ１，…，９ａ８の後に付けられた記号「＿ｓ」は、回転多面鏡３ａの鏡面３ａ１，…，３ａ８の各々による水平走査方向Ｄｈの走査の開始位置の光スポットであることを示す。また、光スポットを示す符号９ａ１，…，９ａ８の後に付けられた記号「＿ｅ」は、回転多面鏡３ａの鏡面３ａ１，…，３ａ８の各々による水平走査方向Ｄｈの走査の終了位置の光スポットであることを示す。また、図５（ａ）において、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面を水平走査方向Ｄｈに走査する光スポット９ａ１，…，９ａ８の垂直走査方向Ｄｖの位置と軌跡並びに走査方向は、白色矢印を用いて記述している。走査順序は、例えば、液晶パネル１１の最上部から最下部までを順に走査する。１画面における光スポット９ａの水平走査の回数は、回転多面鏡３ａの鏡面の数に等しい。本実施の形態においては、水平走査の回数は８回であり、鏡面の数は８面である。本実施の形態においては、光スポット９ａの隣接し合う水平走査軌跡の縦方向の間隔（シフト量）はＶｐであり、間隔Ｖｐは等間隔で光スポット９ａの直径と等しく設定されている。間隔Ｖｐが等間隔に設定されている理由は、光スポット９ａの２次元走査による液晶パネル１１の輝度分布を均等にするためである。このような２次元走査は、図４に示す回転多面鏡３ａの各鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角によって実現する。図５（ａ）において、座標軸の原点は回転多面鏡３ａの各鏡面３ａ１，…，３ａ８で反射する光ビーム７ａの出射位置を示し、白色矢印は各鏡面３ａ１，…，３ａ８で反射する光ビーム７ａ１，…，７ａ８の光軸の位置を示す。図５（ａ）のように光ビーム７ａの光軸は、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面において、回転多面鏡３ａの回転に伴い上から下へ間隔Ｖｐなる等しいピッチにて変化するように構成されている。回転多面鏡３ａの各鏡面３ａ１，…，３ａ８の倒れ角は、光ビーム７ａ１，…，７ａ８の光軸が、図５（ａ）の白色矢印のように走査されるように構成される。光スポット９ａの２次元走査の起点の垂直走査方向Ｄｖの位置は、液晶パネル１１の上辺から、光スポット９ａの半径である０．５ＶｐからＶｐを投射光学機能部１の総数で除算した量を減算した量をシフトした位置となる。図５（ａ）においては、上辺から
０．５Ｖｐ−（Ｖｐ／３）＝Ｖｐ／６
の位置になる。

図５（ｂ）は、１本の光ビーム７ａ（７ａ１，…，７ａ８）による光スポット９ａ１，…，９ａ８の２次元走査による液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の垂直走査方向Ｄｖの光量Ｗａの分布を示す図である。図５（ｂ）において、縦軸は液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の垂直走査方向Ｄｖの位置であり、図５（ａ）の液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの位置と対応している。図５（ｂ）の横軸は光量Ｗａであり、左端は光量ゼロを示し、右になるほど光量が大きいことを示す。光スポット９ａの光量分布は正規分布と仮定した場合、図５（ｂ）に示されるように、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上の垂直走査方向Ｄｖの光量Ｗａ分布は水平走査回数の連続した波型の強度分布となる。

図６（ａ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ｂによって反射した光ビーム７ｂの照射により液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に形成された光スポット９ｂ（水平走査軌跡の位置に応じて、９ｂ１，…，９ｂ８とも記す。）の２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図である。図６（ａ）において、光スポット９ｂ１，…，９ｂ８は、回転多面鏡３ｂの鏡面３ｂ１，…，３ｂ８で反射した光ビーム７ｂによって液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に形成された光スポットである。光スポットを示す符号９ｂ１，…，９ｂ８の後に付けられた記号「＿ｓ」は、回転多面鏡３ｂの鏡面３ｂ１，…，３ｂ８の各々による水平走査方向Ｄｈの走査の開始位置の光スポットであることを示す。また、光スポットを示す符号９ｂ１，…，９ｂ８の後に付けられた記号「＿ｅ」は、回転多面鏡３ｂの鏡面３ｂ１，…，３ｂ８の各々による水平走査方向Ｄｈの走査の終了位置の光スポットであることを示す。また、図６（ａ）において、光スポット９ｂが液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面を水平走査方向Ｄｈに走査する垂直走査方向Ｄｖの位置と軌跡並びに走査方向は、白色矢印を用いて記述している。光スポット９ｂの形状や光量分布は光スポット３ａの場合と同じであり、２次元走査のパターンも同様である。異なる点は、光スポット９ｂの走査位置が光スポット９ａに対し垂直下方に、Ｖｐを投射光学機能部１の総数で除算した量をシフトした位置、すなわち、Ｖｐ／３シフトした位置となることである。

図６（ｂ）は、１本の光ビーム７ｂによる光スポット９ｂ１，…，９ｂ８の２次元走査による液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの光量Ｗｂの分布を示す図である。図６（ｂ）において、縦軸は液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の垂直走査方向Ｄｖの位置であり、図６（ａ）の液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの位置と対応している。図６（ｂ）の横軸は光量Ｗｂであり、左端は光量ゼロを示し、右になるほど光量が大きいことを示す。光スポット９ｂの光量分布は正規分布と仮定した場合、図６（ｂ）に示されるように、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上の垂直走査方向Ｄｖの光量Ｗｂ分布は水平走査回数の連続した波型の強度分布となる。

図７（ａ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ｃによって反射した光ビーム７ｃの照射により液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に形成された光スポット９ｃ（水平走査軌跡の位置に応じて、９ｃ１，…，９ｃ８とも記す。）の２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図である。図７（ａ）において、光スポット９ｃ１，…，９ｃ８は、回転多面鏡３ｃの鏡面３ｃ１，…，３ｃ８で反射した光ビーム７ｃによって液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に形成された光スポットである。光スポットを示す符号９ｃ１，…，９ｃ８の後に付けられた記号「＿ｓ」は、回転多面鏡３ｃの鏡面３ｃ１，…，３ｃ８の各々による水平走査方向Ｄｈの走査の開始位置の光スポットであることを示す。また、光スポットを示す符号９ｃ１，…，９ｃ８の後に付けられた記号「＿ｅ」は、回転多面鏡３ｂの鏡面３ｂ１，…，３ｂ８の各々による水平走査方向Ｄｈの走査の終了位置の光スポットであることを示す。また、図７（ａ）において、光スポット９ｃが液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面を水平走査方向Ｄｈに走査する垂直走査方向Ｄｖの位置と軌跡並びに走査方向は、白色矢印を用いて記述している。光スポット９ｃの形状や光量分布は光スポット３ａの場合と同じであり、２次元走査のパターンも同様である。異なる点は、光スポット９ｃの走査位置が光スポット９ｂに対し垂直下方に、Ｖｐを投射光学機能部１の総数で除算した量をシフトした位置、すなわち、Ｖｐ／３シフトした位置となることである。

図７（ｂ）は、１本の光ビーム７ｃによる光スポット９ｃ１，…，９ｃ８の２次元走査による液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの光量Ｗｃの分布を示す図である。図７（ｂ）において、縦軸は液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の垂直走査方向Ｄｖの位置であり、図７（ａ）の液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの位置と対応している。図７（ｂ）の横軸は光量Ｗｃであり、左端は光量ゼロを示し、右になるほど光量が大きいことを示す。光スポット９ｃの光量分布は正規分布と仮定した場合、図７（ｂ）に示されるように、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上の垂直走査方向Ｄｖの光量Ｗｃ分布は水平走査回数の連続した波型の強度分布となる。

図８（ａ）は、図１及び図２に示される３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃによって反射した３本の光ビーム７ａ，７ｂ，７ｃの照射により液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に形成された光スポット９ａ，９ｂ，９ｃの２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図である。図８（ａ）は、図５（ａ）に示される光スポット９ａ（９ａ１，…，９ａ８）と、図６（ａ）示される光スポット９ｂ（９ｂ１，…，９ｂ８）と、図７（ａ）に示される光スポット９ｃ（９ｃ１，…，９ｃ８）をすべて示している。図８（ａ）から理解できるように、光スポット９ａ，９ｂ，９ｃは液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖに対し、等間隔で規則正しく並んでいることが確認できる。各水平走査線の垂直走査方向Ｄｖのシフトピッチは、Ｖｐを投射光学機能部１の総数で除算した量であり、本実施の形態においては、Ｖｐ／３である。

図８（ｂ）は、３本の光ビーム７ａ，７ｂ，７ｃによる光スポット９ａ１，…，９ａ８，９ｂ１，…，９ｂ８，９ｃ１，…，９ｃ８の２次元走査による液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの光量Ｗｔの分布を示す図である。図８（ｂ）において、縦軸は液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の垂直走査方向Ｄｖの位置であり、図８（ａ）の液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの位置と対応している。図８（ｂ）の横軸は光量Ｗｔであり、左端は光量ゼロを示し、右になるほど光量が大きいことを示す。図８（ｂ）の光量Ｗｔは、図５（ｂ）に示される光量Ｗａと、図６（ｂ）に示される光量Ｗｂと、図７（ｂ）に示される光量Ｗｃの合計光量である。図８（ｂ）から理解できるように、液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の垂直走査方向Ｄｖの輝度がほぼ一定となっており輝度ムラが少ないことが確認できる。本実施の形態においては、各々の光スポット９ａ，９ｂ，９ｃは隣接した光スポットに対し直径の３分の２をオーバラップしており、その平均化効果によって輝度ムラが改善されている。

次に、本実施の形態に係る液晶表示装置の動作を説明する。映像信号は、タイミングコントローラ３０に入力される。タイミングコントローラ３０は、入力映像信号に基づいて、モータ制御部５、投射光学機能部１、及び液晶ドライバ１２に制御信号を出力する。液晶ドライバ１２は、液晶パネル１１の各画素の駆動制御を行うコントロール信号を、タイミングコントローラ３０から受け取り、液晶パネル１１の各画素の駆動を行う。液晶パネル１１は、線順次走査の駆動方式によって駆動される。映像信号の垂直同期信号を起点として、まず最上位ラインを駆動し、順次１ラインずつ下方に最下位ラインまで水平同期信号と同期して駆動する。したがって、１ライン毎のライン更新周期は水平同期信号の周期と略同一である。垂直同期信号は、映像信号の１フレーム周期Ｔと同じである。タイミングコントローラ３０、液晶ドライバ１２、液晶パネル１１は、従来の液晶表示装置のものと同様に構成されている。投射光学機能部１は、タイミングコントローラ３０からの制御信号に基づき、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃに向けて光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃを出射する。

モータ制御部５は、タイミングコントローラ３０からの回転速度の指令値及び回転位相の指令値を受け取り、モータ４がこれらの指令値に従う動作をするように機能する。回転速度の指令値は、例えば、モータ４の回転周期が映像信号の１フレーム周期Ｔになる回転速度を与える指令値である。また、回転位相の指令値は、例えば、モータ４の１回転する際の回転位相を映像信号の垂直同期信号に対して所定時間遅延したタイミングに制御する指令値である。このような構成によって、モータ４及びモータ４の回転軸２に、その回転軸を剛体接続された回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃは、１フレーム期間に１回転する周期の等角速度回転を行い、さらにその回転位相は、映像信号の垂直同期信号に対して同期した位相になる。

回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃは、投射光学機能部１からの光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃを鏡面にて反射し、反射した光ビーム７ａ，７ｂ，７ｃによって液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上に光スポット９ａ，９ｂ，９ｃを形成し、且つ、回転により光スポット９ａ，９ｂ，９ｃを液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面上にて２次元走査させる。液晶表示装置は、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃが１回転すると、１回の２次元走査動作が完了するように、構成される。

図９（ａ）乃至（ｃ）は、本実施の形態において１本の光ビームの２次元走査による液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの光量分布を示す図であり、図９（ｄ）は、本実施の形態において３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃによる２次元走査による液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面における垂直走査方向Ｄｖの光量分布を示す図である。図９（ａ）乃至（ｄ）はそれぞれ、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）と同じである。図９（ａ）乃至（ｄ）を用いて、本実施の形態の液晶表示装置において輝度ムラが小さくすることの説明を行う。図９（ａ）には、回転多面鏡３ａにより反射された光ビーム７ａの光スポット９ａの２次元走査による液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の光量分布が示され、図９（ｂ）には、回転多面鏡３ｂにより反射された光ビーム７ｂの光スポット９ｂの２次元走査による液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の光量分布が示され、図９（ｃ）には、回転多面鏡３ｃにより反射された光ビーム７ｃの光スポット９ｃの２次元走査による液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの背面の光量分布が示されている。図９（ｄ）には、３個の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃによる２次元走査による液晶パネル１１の垂直走査方向Ｄｖの光量分布を加算した光量分布、すなわち、回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃにより実際に２次元走査の際できる光量分布が示されている。なお、図９（ａ）乃至（ｄ）において、垂直走査方向Ｄｖの位置は液晶パネル１１の画像表示領域１１ａの垂直走査方向Ｄｖの絶対位置である。回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃによる光量分布は、ピーク間ピッチがＶｐの周期関数的な分布になる。光量分布の各々の波形パターンは、等しいが、位相がＶｐ／３ずつずれる特性となる。この位相のずれによって、各々の光スポット９ａ，９ｂ，９ｃは隣接した光スポットに対し直径の３分の２をオーバラップすることになり、その平均化効果によって輝度ムラが改善される。図９（ｄ）の波形から理解できるように、平均光量が各回転多面鏡からの平均光量の３倍となり、かつ光量ムラの小さい２次元走査を実現することができる。

以上に説明したように、本実施の形態においては、液晶表示装置のバックライト光源装置２０は、投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃからの光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃによって液晶パネル１１の画像形成領域１１ａの背面上に形成される光スポット９ａ，９ｂ，９ｃをオーバラップさせながら２次元走査を行うので、液晶パネル１１の１画素が発光する期間は大幅に短縮され、インパルス型の動画表示性能に近い表示を実現できる。

また、本実施の形態においては、液晶表示装置のバックライト光源装置２０は、複数の投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃからの複数の光ビーム６ａ，６ｂ，６ｃによって液晶パネル１１の画像形成領域１１ａの背面上に形成される複数の光スポット９ａ，９ｂ，９ｃをオーバラップさせながら２次元走査を行うので、液晶パネル１１の画像形成領域１１ａにおける輝度むらを低減でき、かつ高輝度にすることが可能になる。

さらに、本実施の形態の液晶表示装置のバックライト光源装置２０は、複数の光源からなる投射光学機能部１と、２次元走査を実現する１つのモータ４と、その回転軸２に設置された複数の回転多面鏡３ａ，３ｂ，３ｃにて実現できるので、装置の構成を簡単することができ、装置の製造コストを低減することができる。また、簡単な構成により、装置の小型化、軽量化も可能になる。また、簡単な構成により、製造歩留まりの向上を実現できる。

さらにまた、本実施の形態の液晶表示装置のバックライト光源装置２０において、投射光学機能要素１ａ，１ｂ，１ｃに半導体レーザやＬＥＤを用いた場合には、バックライト光源装置２０の長寿命化を実現でき、また、エネルギー消費量の削減も実現できる。

本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の構成及び機能を示す機能ブロック図である。 図１において一体的に連結されている複数の回転多面鏡の分解斜視図である。 （ａ）乃至（ｈ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ａの各鏡面の中心軸に直交する方向に対する角度である倒れ角を示す図である。 図１及び図２に示される回転多面鏡の各鏡面で反射した光ビームが液晶パネルの画像表示領域の背面に照射されたときの水平走査ライン（光スポットの中心位置）の垂直走査方向の間隔を示す図である。 （ａ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ａによって反射した光ビームの照射により液晶パネルの画像表示領域の背面上に形成された光スポットの２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図であり、（ｂ）は、１本の光ビーム７ａの２次元走査による液晶パネルの垂直走査方向の光量分布を示す図である。 （ａ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ｂによって反射した光ビームの照射により液晶パネルの画像表示領域の背面上に形成された光スポットの２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図であり、（ｂ）は、１本の光ビーム７ｂの２次元走査による液晶パネルの垂直走査方向の光量分布を示す図である。 （ａ）は、図１及び図２に示される回転多面鏡３ｃによって反射した光ビームの照射により液晶パネルの画像表示領域の背面上に形成された光スポットの２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図であり、（ｂ）は、１本の光ビーム７ｃの２次元走査による液晶パネルの垂直走査方向の光量分布を示す図である。 （ａ）は、図１及び図２に示される３個の回転多面鏡によって反射した３本の光ビームの照射により液晶パネルの画像表示領域の背面上に形成された光スポットの２次元走査の走査位置及び走査順序の一例を示す図であり、（ｂ）は、３本の光ビームの２次元走査による液晶パネルの垂直走査方向の光量の分布を示す図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、本実施の形態において１本の光ビームの２次元走査による液晶パネルの垂直走査方向の光量分布を示す図であり、（ｄ）は、本実施の形態において３個の回転多面鏡による２次元走査による液晶パネルの垂直走査方向の光量分布を示す図である。

符号の説明

１ 投射光学機能部、 １ａ，１ｂ，１ｃ 投射光学機能要素、 ２ 回転軸、 ２ａ 回転軸に平行な方向、 ３ａ，３ｂ，３ｃ 回転多面鏡、 ３ａ１，…，３ａ８ 回転多面鏡３ａの鏡面、 ３ｂ１，…，３ｂ８ 回転多面鏡３ｂの鏡面、 ３ｃ１，…，３ｃ８ 回転多面鏡３ｃの鏡面、 ４ モータ、 ５ モータ制御部、 ６ａ 投射光学機能要素１ａから出射された光ビーム、 ６ｂ 投射光学機能要素１ｂから出射された光ビーム、 ６ｃ 投射光学機能要素１ｃから出射された光ビーム、 ７ａ（７ａ１，…，７ａ８） 回転多面鏡３ａで反射した光ビーム、 ７ｂ 回転多面鏡３ｂで反射した光ビーム、 ７ｃ 回転多面鏡３ｃで反射した光ビーム、 ９ａ（９ａ１，…，９ａ８） 光ビーム７ａにより形成される光スポット、 ９ｂ（９ｂ１，…，９ｂ８） 光ビーム７ｂにより形成される光スポット、 ９ｃ（９ｃ１，…，９ｃ８） 光ビーム７ｃにより形成される光スポット、 １１ 液晶パネル、 １１ａ 画像表示領域、 １２ 液晶ドライバ、 ２０ バックライト光学装置、 ３０ タイミングコントローラ、 Ｄｈ 水平走査方向、 Ｄｖ 垂直走査方向。

Claims (13)

1. 液晶パネルと、
   入力映像信号に基づいて前記液晶パネルを駆動させる液晶駆動手段と、
   前記液晶パネルの画像表示領域の背面を照明するバックライト照明手段と、
   前記液晶駆動手段及び前記バックライト照明手段の動作を制御する制御手段と
   を有する液晶表示装置であって、
   前記バックライト照明手段は、
   複数本の光ビームを出射する光源手段と、
   中心軸を中心にして同軸的に連結され、各々が複数の鏡面を有し、前記複数本の光ビームのいずれかを反射する複数の回転多面鏡と、
   前記複数の回転多面鏡を前記中心軸を中心にして回転させる回転駆動手段と
   を有し、
   前記複数の回転多面鏡の各々において、前記中心軸に直交する方向に対する前記複数の鏡面の倒れ角は、複数の異なる角度を含み、
   前記制御手段は、前記液晶駆動手段により前記液晶パネルを駆動させ、前記回転駆動手段により前記複数の回転多面鏡を回転させ、前記光源手段から前記複数本の光ビームを出射させることによって、前記光源手段から出射され、前記複数の鏡面のいずれかで反射した前記複数本の光ビームで前記液晶パネルの画像表示領域の背面に形成される複数の光スポットを、前記液晶パネルの画像表示領域の背面において水平走査方向及び垂直走査方向に２次元走査させる
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記回転多面鏡の隣り合う鏡面の倒れ角は、異なる角度であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記液晶パネルの画像表示領域の背面に形成される前記複数の光スポットのうちの、同じ回転多面鏡の複数の鏡面によって水平走査方向に走査される光スポットの垂直走査方向の複数の位置は、垂直走査方向に等間隔に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数の回転多面鏡の複数の鏡面で反射した複数本の光ビームによって前記液晶パネルの画像表示領域の背面上に形成される前記複数の光スポットは、前記複数の光スポットの中心位置が垂直走査方向に等間隔になり、
   前記複数の光スポットのうちの垂直走査方向に互いに隣り合う光スポットは、互いに重なり合う領域を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記複数の光スポットのうちの垂直走査方向に互いに隣り合う光スポットの中心位置の間隔は、前記複数の回転多面鏡のうちの一の回転多面鏡の複数の鏡面で反射した複数本の光ビームによって前記液晶パネルの画像表示領域の背面上に形成される複数の光スポットのうちの垂直走査方向に互いに隣り合う光スポットの中心位置の間隔を、前記複数の回転多面鏡に含まれる回転多面鏡の総数で除算した値に設定されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
6. 前記複数の回転多面鏡の鏡面の倒れ角は、前記複数の回転多面鏡の間で互いに同じ角度であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
7. 前記複数の回転多面鏡の鏡面の倒れ角は、前記複数の回転多面鏡の間で互いに異なる角度であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
8. 前記制御手段は、前記回転多面鏡の１回転の周期が、前記入力映像信号の垂直同期信号に同期するように、前記液晶駆動手段及び前記バックライト照明手段の動作を制御すること特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 液晶パネルの画像表示領域の背面を照明するバックライト照明装置であって、
   複数本の光ビームを出射する光源手段と、
   中心軸を中心にして同軸的に連結され、各々が複数の鏡面を有し、前記複数本の光ビームのいずれかを反射する複数の回転多面鏡と、
   前記複数の回転多面鏡を前記中心軸を中心にして回転させる回転駆動手段と、
   前記光源手段及び前記回転駆動手段の動作を制御する制御手段と
   を有し、
   前記複数の回転多面鏡の各々において、前記中心軸に直交する方向に対する前記複数の鏡面の倒れ角は、複数の異なる角度を含み、
   前記制御手段は、前記回転駆動手段により前記複数の回転多面鏡を回転させ、前記光源手段から前記複数本の光ビームを出射させることによって、前記光源手段から出射され、前記複数の鏡面のいずれかで反射した前記複数本の光ビームで前記液晶パネルの画像表示領域の背面に形成される複数の光スポットを、前記液晶パネルの画像表示領域の背面において水平走査方向及び垂直走査方向に２次元走査させる
   ことを特徴とするバックライト照明装置。
10. 前記回転多面鏡の隣り合う鏡面の倒れ角は、異なる角度であることを特徴とする請求項９に記載のバックライト照明装置。
11. 前記複数の回転多面鏡の鏡面の倒れ角は、前記複数の回転多面鏡の間で互いに同じ角度であるであることを特徴とする請求項９又は１０に記載のバックライト照明装置。
12. 前記複数の回転多面鏡の鏡面の倒れ角は、前記複数の回転多面鏡の間で互いに異なる角度であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のバックライト照明装置。
13. 前記制御手段は、前記回転多面鏡の１回転の周期が、前記入力映像信号の垂直同期信号に同期するように、前記光源手段及び前記回転駆動手段の動作を制御すること特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のバックライト照明装置。

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