JP5066811B2 - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、液晶装置及び電子機器に関する。

一般に、電子機器の表示部として利用されている液晶装置は、液晶パネルと、液晶パネルの背面側に設けられた照明手段であるバックライトとを備えている。そして、このような液晶装置では、バックライトとして例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）などが用いられている。
ここで、照明光の輝度を設定する方法としては、ＬＥＤに供給する電流・電圧の振幅を変化させることや、照明光を高速にＯＮ、ＯＦＦさせてＯＮの期間とＯＦＦの期間との比であるデューティ比を変えて等価的に輝度を調整するパルス幅変調（Pulse Width Modulation：ＰＷＭ）による輝度の調整方法がある。このＰＷＭを用いた輝度の調整方法は、ＬＥＤに供給する電流・電圧の振幅を変化させることと比較して輝度の設定可能範囲が広いという特性を有している。

ところが、ＰＷＭによって輝度の調整を行う液晶装置では、ＬＥＤの駆動信号や液晶パネルを駆動して画像を表示させるための画像信号が外部に設けられた制御装置から供給されているが、このＬＥＤの駆動信号と画像信号とが非同期である場合がある。このため、ＬＥＤの駆動信号と画像信号とが干渉することがあり、液晶パネルの表示にフリッカーや干渉縞が発生することがある。
そこで、液晶パネルを駆動する画像信号に含まれるフレーム信号を分岐してこれを分周し、デューティ比を適宜調整したものをＬＥＤの駆動信号としてＬＥＤに供給することで、画像信号とＬＥＤの駆動信号とを同期させ、上述したフリッカーや干渉縞の発生を抑制した液晶装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２４１７９６号公報

しかしながら、上記従来の液晶装置には、以下の課題がある。すなわち、上記従来の液晶装置では、液晶装置に画像信号やＬＥＤの駆動信号を供給する制御手段に互いの信号の同期を取るための機構を設けると共に、この機構にフレーム信号を分岐させるための信号回線を配置している。このため、外部の制御手段と液晶装置とを接続するインタフェースの端子数を多くする必要があるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたもので、外部に設けられた制御手段の構成を変更することなく液晶パネルにおける表示のフリッカーや干渉縞を抑制できる液晶装置及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明にかかる液晶装置は、画像を表示する液晶パネルと、該液晶パネルに照明光を照射する照明手段と、入力端子と出力端子を備え、前記出力端子が前記前記液晶パネルに接続されたＦＰＣと、前記ＦＰＣの前記入力端子に外部から供給される画像信号と、前記ＦＰＣの前記入力端子に外部から供給され、パルス幅を可変に設定することで前記照明光の輝度を調整して前記照明手段を駆動する光源信号と、前記ＦＰＣ又は前記液晶パネルに搭載され、画像信号に基づいて前記液晶パネルを駆動させる駆動手段と、を有し、前記駆動手段は、前記画像信号を前記光源信号と同期する同期画像信号に変換して前記液晶パネルを駆動する液晶駆動部と、前記光源信号の周波数を検出する検出部と、前記光源信号と同期する同期画像周波数を計算する計算部と、前記液晶駆動部の動作の基準となる基準クロック信号を発生するクロック発生部と、を備えることを特徴とする。

この発明では、液晶パネルが光源信号と同期する周波数を有する同期画像信号により駆動されることで、パルス幅変調（以下、ＰＷＭと称する）された照明光が照射されても、液晶パネルにおける表示のフリッカーや干渉縞を抑制できる。また、画像信号や光源信号を外部から供給する制御手段に画像信号と光源信号との同期を取るための機構を別途設ける必要がなくなるので、例えば外部の制御手段と液晶装置とを接続するインタフェースの端子数を多くする必要がなくなる。
すなわち、液晶駆動部は、画像信号を同期画像信号に変換することで光源信号との同期をとっており、この同期画像信号に基づいて液晶パネルに画像を表示させる。このため、外部に設けられた制御手段から供給される画像信号と光源信号との同期がとれていない場合であっても、表示される画像と照明光との間で干渉が発生しにくくなり、画像の表示においてフリッカーや干渉縞が抑制される。
以上より、ＰＷＭされた照明光を照射する場合であっても、制御手段の構造を変化させることなくフリッカーや干渉縞を抑制して画像を良好に視認できる。
なお、本発明において、光源信号と同期画像信号とが同期している状態とは、液晶パネルにおける表示のフリッカーや干渉縞が抑制された状態をいい、光源信号の周波数と同期画像信号の周波数とが等しい状態に限らない。

また、本発明にかかる液晶装置は、前記駆動手段が、前記光源信号の周波数を検出する検出部を備えることが好ましい。
この発明では、検出部で光源信号を検知してその周波数を検出し、検出した周波数に基づいて液晶駆動部が画像信号を同期画像信号に変換して液晶パネルに画像を表示させる。

また、本発明にかかる液晶装置は、前記駆動手段が、前記光源信号と同期する同期画像周波数を計算する計算部を備え、前記液晶駆動部が、前記画像信号の周波数を前記同期画像周波数に変換して前記同期画像信号を形成することが好ましい。
この発明では、計算部が光源信号の周波数と同期する同期画像周波数を計算し、液晶駆動部が画像信号をこの同期画像周波数を有する同期画像信号に変換して液晶パネルに画像を表示させる。

また、本発明にかかる液晶装置は、前記駆動手段が、前記液晶駆動部の動作の基準となる基準クロック信号を発生するクロック発生部を有し、前記計算部が、前記光源信号の周波数と前記基準クロック信号の周波数とを比較して前記同期画像周波数を計算することが好ましい。
この発明では、計算部が光源信号の周波数基準クロック信号の周波数と比較することにより同期画像周波数を計算することで、より確実に同期画像信号を光源信号と同期させることができる。

また、本発明にかかる電子機器は、上記記載の液晶装置を備えることを特徴とする。
この発明では、上述した液晶装置を備えているので、ＰＷＭされた照明光を照射する場合であっても、制御手段の構造を変化させることなくフリッカーを抑制して画像を良好に視認できる。

以下、本発明による液晶装置及び電子機器の一実施形態を図面に基づいて説明する。ここで、図１は液晶装置の平面構造、図２は図１の液晶装置の側面構造、図３は図１の液晶装置のうち配線基板の平面構造、図４は液晶装置のブロック図、図５は配線基板を液晶パネルに組み込んだ際の側面構造を示している。なお、以下の説明ではこれらの図面を用いて各種の構造を例示するが、各図面に示される構造は特徴的な部分をわかりやすく示すために実際の構造に対して寸法を異ならせて示す場合がある。

液晶装置１は、液晶パネル２と、液晶パネル２に照明光を照射する照明装置（照明手段）３と、液晶パネル２及び照明装置３を駆動させる駆動部（駆動手段）４とを備えている。
液晶パネル２は、図１に示すように、素子基板１１及び対向基板１２と、これら素子基板１１及び対向基板１２を貼り合わせるシール材１３とを有する。
素子基板１１及び対向基板１２は、それぞれ矩形状であり、シール材１３によって環状に貼り合わされる。そして、素子基板１１及び対向基板１２の間に形成されたセルギャップ内に液晶を封入することで液晶層（図示略）を構成している。

素子基板１１は、基板本体２１と、基板本体２１の内側表面である上記液晶層側の表面に形成された信号線２２、ＴＦＤ（Thin Film Diode：薄膜ダイオード）素子２３及び画素電極２４とを備えている。
信号線２２は、図１に示すように、Ｙ方向に延在する配線であって、それぞれが互いに平行に並んで全体としてストライプ状となるように複数形成されている。
ＴＦＤ素子２３は、各信号線２２に沿って形成された非線形抵抗素子であってスイッチング素子として機能し、それぞれの第１電極が信号線２２に接続されると共に、第２電極が画素電極２４のそれぞれに接続されている。
画素電極２４は、Ｘ方向及びＹ方向に並べられており、全体としてドットマトリクス状に配列されている。
ここで、素子基板１１の内側表面には、上述した信号線２２、ＴＦＤ素子２３及び画素電極２４のほかに、例えば層間絶縁膜や配向膜などの他の光学要素が必要に応じて形成されている。
また、素子基板１１の外側表面には、偏光板２５が設けられている。

そして、素子基板１１は、図１から図３に示すように、対向基板１２の外側へ張り出す張出部２１Ａを有する。この張出部２１Ａの表面には、図１に示すように、外部接続端子２７が形成されており、後述する液晶駆動回路５２が設けられている。
外部接続端子２７は、図１に示すように、張出部２１Ａ上に複数形成されており、互いに間隔をおいて平行に並ぶように形成されている。

対向基板１２は、基板本体３１と、基板本体３１の内側表面である上記液晶層側の表面に形成された走査線３２とを備えている。
走査線３２は、図１に示すように、Ｘ方向に延在する配線であって、それぞれが互いに平行に並んで全体としてストライプ状となるように複数形成されている。それぞれの走査線３２は、素子基板１１のＸ方向に配列された複数の画素電極２４と平面視でドット状に重なり合っている。このように走査線３２と画素電極２４とが重なり合うことによって形成されたサブ画素は、画素電極２４と同様にＸ方向及びＹ方向に沿ってドットマトリクス状に配列されている。そして、これらサブ画素によって、図１に示す表示領域Ｖが形成される。
また、対向基板１２の内側表面には、上述した走査線３２のほかに、例えばカラーフィルタ層や配向膜などの他の光学要素が必要に応じ形成されている。
さらに、対向基板１２の外側表面には、偏光板３３が設けられている。

また、液晶パネル２には、ＦＰＣ３５が接続されている。このＦＰＣ３５は、図１及び図２に示すように、複数の入力端子３６及び出力端子３７を備えている。そして、ＦＰＣ３５は、ポリイミドなどの可撓性を有するベースフィルム（図示略）とベースフィルムの表裏両面に形成された銅（Ｃｕ）線などからなる出力端子３７や入力配線３６Ａなどの配線パターン（図示略）と、この配線パターンを被覆するポリイミドなどの樹脂やレジストなどで構成された保護膜（図示略）とを備えている。
入力端子３６は、液晶装置１に敷設された集積回路などに接続される端子であって、外部に設けられた後述する制御手段Ｃから画像信号及び光源信号を駆動部４に送るインタフェースとしての機能を有している。
また、ＦＰＣ３５の張出部２１Ａとの接続部分において上記保護膜が形成されていない部分には、絶縁材３８が形成されている。この絶縁材３８は、図１に示すように、ＦＰＣ３５の液晶パネル２への接続部分の幅方向の全域に設けられている。これにより、全ての出力端子３７が外部へ露出することを絶縁材３８によって防いでいる。

照明装置３は、図２及び図３に示すように、ＬＥＤ４１、光学シート４２及び導光板４３を備えている。
ＬＥＤ４１は、図３に示すように、ＦＰＣ３５上の３箇所に設けられており、図３に示す矢印Ａ１方向に照明光を出射する構成となっている。
光学シート４２は、プリズムシートなどによって構成されており、図２に示すように、偏光板２５の外側表面に設けられている。
導光板４３は、例えばアクリル樹脂などの光透過性材料で構成された板状部材であり、光学シート４２の外側表面に設けられている。また、導光板４３の外側表面には、反射シート（図示略）が設けられている。そして、導光板４３は、ＬＥＤ４１から照射された照明光を導光して対向基板１２側に反射させる構成となっている。

駆動部４は、図１から図３に示すように、液晶駆動ＩＣ５１及び駆動回路５２によって構成されている。
液晶駆動ＩＣ５１は、トランジスタやダイオード、キャパシタなどを組み合わせた電子回路によって構成されており、例えばＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film：異方性導電フィルム）のような異方性導電材料を用いたＣＯＧ（Chip On Glass）技術によって張出部２１Ａ上に設けられている。そして、液晶駆動ＩＣ５１は、外部接続端子２７と信号線２２及び走査線３２とを接続している。また、液晶駆動ＩＣ５１は、例えば銅箔で構成された金属箔（図示略）で被覆されている。これにより、液晶駆動ＩＣ５１への外来ノイズの侵入を防止できる。
駆動回路５２は、複数の電子部品で構成されており、図３に示すように、例えばコンデンサ５３やコイル５４、抵抗５５、電源用ＩＣ５６、制御用ＩＣ５７などの電子部品を有する。そして、電源用ＩＣ５６及び制御用ＩＣ５７は、その接続端子及び外周が樹脂部材５８によって被覆されている。この樹脂部材５８は、空気よりも絶縁耐力を有する材料であって、例えばシリコン樹脂などによって構成されている。

また、駆動部４には、液晶駆動ＩＣ５１及び駆動回路５２によって、図４に示すように、液晶駆動部６１、検出部６２及び計算部６３が設けられている。
液晶駆動部６１は、出力端子３７を介して外部から入力された画像信号から光源信号に同期した同期画像信号を形成し、この同期画像信号で液晶パネル２を駆動する構成となっている。また、液晶駆動部６１は、液晶駆動部６１の動作の基準となる基準クロック信号を発振するクロック発生部６５を有している。したがって、液晶駆動部６１の動作周波数は、基準クロック信号の周波数と同期する周波数となっている。
検出部６２は、ＬＥＤ４１に供給される光源信号を検知して光源信号の周波数を検出する構成となっている。また、検出部６２は、光源信号を所定の時間ごとに検知して計算部６３に光源信号の周波数を出力する構成となっている。
計算部６３は、検出部６２で検出した光源信号の周波数と、クロック発生部６５で発振している基準クロック信号の周波数と比較し、光源信号の基準クロック信号に対する比率を判別する。そして、計算部６３は、画像信号の周波数の近傍であって光源信号と同期する周波数を算出し、液晶駆動部６１に出力する構成となっている。
なお、本明細書において光源信号と同期画像信号とが同期している状態とは、液晶パネルにおける表示のフリッカーや干渉縞が抑制された状態をいい、光源信号の周波数と同期画像信号の周波数とが等しい状態に限らない。

このような構成の液晶装置１において、ＦＰＣ３５が可撓性を有していることから、図５に示すように湾曲させることが可能となっている。そこで、ＬＥＤ４１の光出射側を素子基板１１の外側に設けられた導光板４３の側面に接触させて組み込んでいる。これにより、ＬＥＤ４１から出射される照明光が導光板４３の内部において、図５に示す矢印Ａ２の方向に進むと共に光学シート４２や上記反射板によって矢印Ａ３に示す方向に出射される。したがって、ＬＥＤ４１の照明光が液晶パネル２に照射される。

次に、このような構成の液晶装置１の駆動方法について説明する。
まず、液晶装置１の外部からインタフェースである入力端子３６を介して画像信号及び光源信号が供給される。そして、液晶駆動部６１は、画像信号を受信する。このとき、液晶駆動部６１は、クロック発生部６５で発信される基準クロック信号を基準として動作している。ここで、外部から供給される画像信号は、液晶パネル２の表示領域Ｖにおける画像が所定の階調となるようにデューティ比が調整されており、周波数ｆ１を有している。また、光源信号は、照明装置３による照明光の輝度が所定の値となるようにデューティ比が調整されており、周波数ｆ２を有している。そして、クロック発生部６５では、周波数ｆ３の基準クロック信号を発振している。

検出部６２は、ＬＥＤ４１に入力された光源信号を検知して光源信号の周波数ｆ２を検出し、この結果を計算部６３に出力する。
そして、計算部６３は、光源信号の周波数ｆ２と基準クロック信号の周波数ｆ３との比である（ｆ２／ｆ３）を算出し、以下の式１を満たす同期画像周波数ｆ１’を計算する。ここで、液晶駆動部６１が基準クロック信号を動作の基準としているため、基準クロック信号の周波数ｆ３は、同期画像周波数ｆ１’の自然数倍となっている。また、同期画像周波数ｆ１’は、光源信号の周波数ｆ２、自然数Ｎを用いて以下の式（１）で算出される。
ｆ１’＝ｆ２／Ｎ×２…（１）
すなわち、同期画像周波数ｆ１’は、光源信号の周波数ｆ２の２倍をＮ分周した周波数となっている。

液晶駆動部６１は、画像信号の周波数を周波数ｆ１から同期画像周波数ｆ１’に変換することで同期画像信号を形成し、液晶パネル２の表示領域Ｖに画像を表示する。
また、ＬＥＤ４１は、制御手段Ｃから供給される光源信号に基づいたデューティ比で発光のＯＮ／ＯＦＦを繰り返し、ＬＥＤ４１の照明光が液晶パネル２に照射される。
ここで、同期画像信号と光源信号とが同期しているので、液晶パネル２に表示されている画像と照明装置３による照明光とが干渉せず、フリッカーや干渉縞が抑制される。
例えば、上記式（１）において、光源信号の周波数ｆ２を９０Ｈｚ、自然数Ｎを３とすると、画像信号を同期させるための周波数が６０Ｈｚと算出される。液晶駆動部６１は基準クロック信号の周波数ｆ３を元に分周して６０Ｈｚの周波数を形成して同期画像周波数ｆ１’とし、表示された画像と照明光とが同期する。このときの同期画像信号及び光源信号のタイミングチャートを図６に示す。
なお、検出部６２は所定の時間ごとに光源信号を検知してその周波数の周波数ｆ２を検出しており、計算部６３はその周波数ｆ２に基づいて同期画像周波数ｆ１’を算出する。また、液晶パネル２に照明光を照射しないときや常に照射しているとき、すなわち光源信号のデューティ比である（ＯＮの期間）／（ＯＮの期間＋ＯＦＦの期間）が０や１のときには、画像信号を同期画像信号に変換しないで画像信号のまま液晶パネル２に供給する。
以上のようにして、液晶装置１を駆動する。

このように構成された液晶装置１によれば、液晶パネル２が光源信号と同期する同期画像信号により駆動されることで、表示領域Ｖにおけるフリッカーや干渉縞を抑制できる。また、画像信号や光源信号を外部から供給する制御手段に画像信号と光源信号との同期を取るための機構を別途設ける必要がなくなるので、例えば外部の制御手段と液晶装置１とを接続するインタフェースである入力端子３６の端子数を増大させる必要がなくなる。
そして、計算部６３が基準クロック信号の周波数と比較することにより同期画像周波数を計算することで、より確実に同期画像信号を光源信号と同期させることができる。

次に、本発明にかかる電子機器の一実施形態について説明する。なお、この実施形態は、本発明の一例を示すものであり、本発明がこの実施形態に限定されるものではない。
本実施形態における電子機器は、図７に示すような携帯電話機１００であって、本体部１０１と、これに開閉可能に設けられた表示体部１０２とを有する。表示体部１０２の内部には表示装置１０３が配置されており、電話通信に関する各種表示が表示画面１０４において視認可能となっている。また、本体部１０１には操作ボタン１０５が配列されている。
そして、表示体部１０２の一端部には、アンテナ１０６が伸縮自在に取り付けられている。また、表示体部１０２の上部に設けられた受話部１０７の内部には、スピーカ（図示略）が内蔵されている。さらに、本体部１０１の下端部に設けられた送話部１０８の内部には、マイク（図示略）が内蔵されている。
ここで、表示装置１０３は、例えば図１に示す液晶装置１を用いて構成されている。この液晶表示装置によれば、表示装置１０３に対して画像信号や光源信号を供給する制御手段に別途同期を取るための機構を設けることなく、表示体部１０２に表示された画像にフリッカーや干渉縞が発生することを抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態では、液晶駆動部に設けられたクロック発生部が発信する基準クロックと光源信号とを比較して同期画像信号周波数を計算して画像信号を同期画像信号に変換しているが、画像信号を光源信号と同期した同期画像信号に変換できれば、他の方法によって同期画像信号周波数を計算してもよい。
また、検出部は所定の時間ごとに光源信号を検知してその周波数を検出しているが、光源信号の周波数がほとんど変化しない場合には、検出部が光源信号を一回のみ検知してその周波数を検出する構成としてもよい。
また、計算部は光源信号の周波数を９０Ｈｚ、自然数Ｎを３として同期画像信号の周波数を計算しているが、光源信号の周波数や同期画像信号を算出するための自然数は適宜変更してもよい。
また、液晶駆動ＩＣ及び駆動回路によって液晶駆動部、検出部及び計算部を構成しているが、液晶駆動ＩＣのみによって液晶駆動部、検出部及び計算部を構成してもよい。同様に、駆動回路によって検出部及び計算部を構成してもよい。
また、ＴＦＤ素子を用いた液晶パネルであるが、ＴＦＴ（Thin Film Transistors：薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリックス型やパッシブマトリックス型の液晶パネルとしてもよい。

また、上記実施形態で説明した携帯電話機などのほかに、パーソナルコンピュータや液晶テレビ受像機、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話機、ＰＯＳ（Point Of Sale：販売時点情報管理）端末機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant：携帯情報端末機）などのような他の電子機器であってもよい。

本発明の一実施形態における液晶装置を示す平面図である。 図１の平面図である。 図１のＦＰＣの平面構造を示す裏面図である。 液晶装置のブロック図である。 ＬＥＤを導光板に組み込んだ際の側面図である。 光源信号と同期画像信号とを示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態における携帯電話機を示す外観斜視図である。

符号の説明

１ 液晶装置、２ 液晶パネル、３ 照明装置（照明手段）、４ 駆動部（駆動手段）、６１ 液晶駆動部、６２ 検出部、６３ 計算部、６５ クロック発生部、１００ 携帯電話機（電子機器）、Ｃ 制御手段

Claims (4)

1. 画像を表示する液晶パネルと、
   該液晶パネルに照明光を照射する照明手段と、
   入力端子と出力端子を備え、前記出力端子が前記前記液晶パネルに接続されたＦＰＣと、
   前記ＦＰＣの前記入力端子に外部から供給される画像信号と、
   前記ＦＰＣの前記入力端子に外部から供給され、パルス幅を可変に設定することで前記照明光の輝度を調整して前記照明手段を駆動する光源信号と、
   前記ＦＰＣ又は前記液晶パネルに搭載され、画像信号に基づいて前記液晶パネルを駆動させる駆動手段と、
   を有し、
   前記駆動手段は、
   前記画像信号を前記光源信号と同期する同期画像信号に変換して前記液晶パネルを駆動する液晶駆動部と、
   前記光源信号の周波数を検出する検出部と、
   前記光源信号と同期する同期画像周波数を計算する計算部と、
   前記液晶駆動部の動作の基準となる基準クロック信号を発生するクロック発生部と、
   を備えることを特徴とする液晶装置。
2. 前記液晶駆動部が、前記画像信号の周波数を前記同期画像周波数に変換して前記同期画像信号を形成することを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
3. 前記計算部が、前記光源信号の周波数と前記基準クロック信号の周波数とを比較して前記同期画像周波数を計算することを特徴とする請求項２に記載の液晶装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の液晶装置を備えることを特徴とする電子機器。

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