JP5391120B2

JP5391120B2 - 表示装置

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Publication number: JP5391120B2
Application number: JP2010069421A
Authority: JP
Inventors: 啓之福井
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2024-08-25
Also published as: JP2010191448A

Description

本発明は、液晶パネルを用いた液晶プロジェクタ等の表示装置に関する。

近年、液晶プロジェクタが普及してきている。液晶プロジェクタは、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）プロジェクタより小型化、軽量化することができ、持ち運び可能なタイプも実用化されている。特許文献１の図１には、赤、緑、青（以下、Ｒ、Ｇ、Ｂと表記する。）ごとに光学系、液晶パネルを備えた液晶プロジェクタが開示されている。

また、特許文献１の図５５には、３つの半導体レーザが時分割に順次点灯し、液晶パネルがこれら時分割された点灯に同期して発生された光を変調する表示装置を開示する。
国際公開第９９／４９３５８号

しかしながら、上記特許文献１の図５５に開示された表示装置は、平行光線に変換するためのアレイレンズ、輝度分布を均一化するための変形曲面レンズが必要であり、部品点数が多くなり、複雑な光学系が必要となる。また、光源となる半導体レーザが１画素ごとに３つ、表示面と平行に並べて配置されているため、高解像度化することが難しかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な光学系で高画質な画像を表示することが可能な表示装置を提供することにある。

本発明のある態様の表示装置は、画素ごとに複数の発光素子が設けられる発光部と、複数の発光素子を循環点灯させる発光制御部と、を備え、発光制御部は、各画素で実現すべき明るさに応じて、複数の発光素子から順に発光される複数色の光の輝度を、色ごとに制御する。「発光素子」に有機ＥＬ素子を用いてもよい。「複数の発光素子」はＲ、Ｇ、Ｂの発光素子であってもよい。

この態様によると、高速に、例えば人間の視覚時間分解能を超える速度で、異なる色の発光素子を画像データに応じて循環点灯させて、画像を得ることができることから、高色純度の画像を得ることができる。

発光部からの光の透過率を、液晶分子の配向を変化させて制御する液晶パネルと、画素ごとに、透過率を制御するパネル制御部と、をさらに備えてもよい。「液晶」に強誘電性液晶を用いてもよい。「透過率」には、０％即ち遮光状態も含む。

この態様によると、異なる色の発光素子を循環点灯させ、それらを高速に、例えば人間の視覚時間分解能を超える速度で、単色光を画素ごとに異なる透過率で透過させ、画像を得ることができることから、高色純度の画像を得ることができる。また、配線を発光部と液晶パネルとに分配できることから、発光部および液晶パネルの構造を簡素化することができる。

本発明の別の態様もまた、表示装置である。この装置は、画素に対応した凹部に複数の発光素子が埋設されている発光部と、各凹部の複数の発光素子を循環点灯させる発光制御部と、液晶分子の配向を変化させて、発光部からの光の透過率を制御する液晶パネルと、画素ごとに、透過率を制御するパネル制御部と、を備える。パネル制御部は、各画素で実現すべき明るさに応じて、複数の発光素子から順に発光される複数色の光の透過率を、色ごとに制御する。「発光素子」にＬＥＤまたは有機ＥＬ素子を用いてもよい。「複数の発光素子」はＲ、Ｇ、Ｂの発光素子であってもよい。「液晶」に強誘電性液晶を用いてもよい。「透過率」には、０％即ち遮光状態も含む。

この態様によると、異なる色の発光素子を循環点灯させ、それらを高速に、例えば人間の視覚時間分解能を超える速度で、単色光を画素ごとに異なる透過率で透過させ、画像を得ることができることから、高色純度の画像を得ることができる。また、画素ごとに凹部に埋設された発光素子から発光されるため、光の混合が起きず簡素な構成でムラのない光を得ることができる。さらに、凹部内の複数の発光素子を立体的に配置すれば、凹部の面積を小さくすることができ、高解像度化することができる。

凹部は、導電性の遮光膜により形成されてもよい。遮光膜にタングステンや銅など導電性の部材を使用することにより、複数の発光素子の電極にすることができ、配線を簡素化することができる。また、凹部内での発光素子の配置の自由度を高めることもできる。

発光制御部は、発光素子の循環点灯の間に消灯期間を設けてもよい。黒表示が挿入されると同様の効果があり、コントラスト比を向上させることができる。

パネル制御部は、発光部からの光を遮光する期間を設けてもよい。黒表示が挿入されると同様の効果があり、コントラスト比を向上させることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、簡素な光学系で高画質の画像を表示することができる。

図１は、本発明に係る画像表示装置１の側面の断面図である。発光部２は、主に、遮光膜２０、第１発光素子３２、第２発光素子３４、第３発光素子３６、および絶縁膜４０から生成される。遮光膜２０は、タングステンＷ、シリコンタングステンＷＳｉ、銅Ｃｕ、アルミＡｌまたはチタンＴｉなどで形成され、第１発光素子３２、第２発光素子３４、および第３発光素子３６のＧＮＤ側の共通電極として利用される。

遮光膜２０には、画素ごとに凹部が設けられる。エッチングなどにより、この凹部は形成される。この各凹部には、第１発光素子３２、第２発光素子３４、および第３発光素子３６が埋設される。第１発光素子３２、第２発光素子３４、および第３発光素子３６は、Ｒ、Ｇ、Ｂの３原色に対応している。これら発光素子３２、２４、３６には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いることができる。ＬＥＤを使用することにより、低消費電力化を図ることができる。さらに、発熱を抑えることができ、ファンなどの冷却機構の削減につながり、小型化、低騒音化することができる。寿命も半永久的である。

３原色の発光素子３２、３４、３６は、上記凹部内にそれぞれ任意の位置に配置することができる。仕様の適合しない発光素子同士でも、表示面に対する各発光素子の距離を調整することにより、輝度を調整することができる。図１では、凹部内での３原色の発光素子３２、３４、３６を表示面に対して、垂直の方向に並べて配置している。表示面に対して垂直方向に、直線的に並べるほど、１つの画素を小さくすることができ、高解像度化することができる。

上記凹部にそれぞれに埋設された３原色の発光素子３２、３４、３６に図示しない電極が設けられる。表示面に対して後方の発光素子３４、３６からの出射光を遮る位置に電極を設ける場合、透明の電極とするとよい。上記３原色の発光素子３２、３４、３６に電極が設けられた後、上記凹部を埋めるために、絶縁膜４０を各凹部に生成する。絶縁膜４０は、透明のシリコン酸化ＳｉＯ_２膜を用いるとよい。シリコン酸化ＳｉＯ_２膜は、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で成膜することができる。

液晶パネル１０は、発光部２からの光を所定の透過率で透過して、画像を表示する。液晶パネル１０は、一般的なＴＮ(Twisted
Nematic)液晶を用いてもよいが、強誘電性液晶を用いるとよい。一般的な強誘電性液晶の応答時間は、十〜数百［ｕｓ］であるが、中には数百［ｎｓ］のものも開発されている。なお、表示装置１の詳細な動作は後述するが、本発明は、Ｒ、Ｇ、Ｂ単色表示を高速で切り替えて、人間の脳の中で３色合成させるものであるため、高速応答の液晶を用いたほうが精度のよい画像を生成することができる。ただ、５［ｍｓ］程度の応答時間があれば、人間の視覚時間分解能を超えるので、３色が合成された画像に見える。

液晶パネル１０は、データ線と走査線とがマトリクス上に配され、それらに囲まれた領域が画素に対応する。この画素は、発光部２の画素に対応する。液晶パネル１０は、パッシプマトリクス駆動またはアクティブマトリクス駆動により上記データ線と走査線が制御され、画素ごとに液晶の分子配向が制御される。この分子配向により、発光部２からの光を画素ごとに透過率を変えて透過し、画像を生成する。アクティブマトリクス駆動の場合、各画素のスイッチング素子として、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）を用いてもよい。

図２は、発光部２の正面の断面図である。正面から見ると、遮光膜２０は、格子状の凹部が１画素に対応して形成されていることがよく分かる。上述したように、凹部内に３原色の発光素子３２、３４、３６を任意に配置することができる。図２の１番左上の画素は、図１に示したように表示面に対して垂直方向に、第１発光素子３２、第２発光素子３４、第３発光素子３６の順で配置した例である。ただし、遮光膜２０の同一面上に配置しながらも、同一直線上に配置したのではなく、同一直線上に重ならないように配置している。第１発光素子３２、第２発光素子３４の大きさや種類によっては、表示面から離れている第２発光素子３４、第３発光素子３６の出射光を遮ってしまい、無視できない程度の光損失が発生してしまう場合がある。その場合、このような配置にすれば、光損失を低減することができる。

上記画素の一つ右の画素は、図１に示したように表示面に対して垂直方向の同一直線上に第１発光素子３２、第２発光素子３４、第３発光素子３６の順で配置した例である。第１発光素子３２、第２発光素子３４の大きさが十分小さい、または発光部が透明である場合、上記同一直線上に配置するとよい。その場合、画素の大きさを最も小さくすることができ、高解像度化することができる。

さらに、上記画素の一つ右の画素は、その凹部の底面に３原色の発光素子３２、３４、３６を配置した例である。このように表示面に対向した同一面上にそれらを配置した場合でも、遮光膜２０により画素ごとに仕切られているため、画素間における光の混合などを防止することができる。

図３は、本発明に係る有機ＥＬ（ElectroLuminescent）を用いた画像表示装置１の側面の断面図である。図１の画像表示装置１では、発光素子３２、３４、３６としてＬＥＤを用いる例を説明した。この点、図３の画像表示装置１では、発光素子３２、３４、３６として有機ＥＬ素子を用いる例を説明する。有機ＥＬ素子は、有機層をアノードとカソードとで挟んだ構成である。図３にて、共通のアノードとして遮光膜２０を使用した場合、有機層を挟んで対向する位置にカソード３８を設ける。カソード３８は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）で形成される透明電極である。有機層は、ホール輸送層、発光層、電子輸送層がこの順番で下から積層形成された構造を持つ。その他の構成は、図１、図２でＬＥＤを例に説明した構成と同様である。

発光素子３２、３４、３６に有機ＥＬを使用した場合、ＬＥＤを用いた場合より薄型にすることができる。また、後述するように輝度制御を発光部２側で行う制御も可能となる。

図４は、本発明の第１実施形態における表示装置１のブロック図を示す。液晶パネル１０は、列方向に所定間隔で設けられた複数本のデータ線と、行方向に所定間隔で設けられた複数本の走査線とに囲まれた領域を画素とする。この画素は、遮光膜２０によって仕切られた発光部２の画素と対応している。

パネル制御部５０は、データ線駆動回路５２、走査線駆動回路５４を含み、画像データ、同期信号が入力される。パネル制御部５０は、入力された画像データを処理して、データ線駆動回路５２からＲ、Ｇ、Ｂの画像データを所定の順番で液晶パネル１０の図示しないデータ線に与える。所定の順番は、発光制御部６０による発光部２の循環点灯制御に対応させる。Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像データは、２５６階調を表現するために８ビットのデジタルデータとし、データ線駆動回路５２は、これらデジタルデータをＰＷＭ(Pulse Width Modulation）制御して、上記データ線に与える。なお、各画像データを６ビットなど他のビット数で構成してもよい。

走査線駆動回路５４は、上記同期信号にしたがい、データ線駆動回路５２により液晶パネル１０に与えられた画像データを特定の走査線の画素から出力するよう制御する。例えば、発光制御部６０が１／６０［ｓ］以内で発光装置２の循環点灯制御を行う場合、走査線駆動回路５４は、それと同じタイミングで走査線を切り替えていく。データ線駆動回路５２は、これに対応して、その走査線の画素から出力すべきＲ、Ｇ、Ｂの各画像データを上記データ線に与える。液晶パネル１０のそれらの画素は、発光部２からの光を各画像データにしたがった透過率で透過する。これにより、特定の走査線から１／６０［ｓ］以内でＲ、Ｇ、Ｂの３色画像データが表示されることになるが、人間の視覚時間分解能を超えるため、人間の脳には３色合成された画像に見える。なお、応答時間の遅い液晶パネル１０を用いた場合、主観画質が落ちることになる。

発光部２は、図１〜図３に説明したように、遮光膜２０で仕切られたそれぞれの凹部に、複数の発光素子３２、３４、３６の集合体で構成される画素が形成される。発光制御部６０は、発光部２の各画素の複数の発光素子３２、３４、３６を循環点灯させる。発光制御部６０には、同期生成回路７０から、液晶パネル１０の制御と同期をとるための同期信号が与えられる。発光制御部６０は、当該同期信号にしたがい、例えば１／６０［ｓ］以内に、Ｒ、Ｇ、Ｂの順番で、発光素子３２、３４、３６を循環点灯させる。瞬間的には、Ｒ、Ｇ、Ｂいずれかの単色点灯となる。

点灯させる画素は、発光素子３２、３４、３６の配線による。色ごとに発光部２のすべての発光素子３２、３４、３６が同じ電源線で接続されている場合、色ごとに全面発光させる制御となる。この場合、電源制御系を簡素化することができる。また、色ごとに、液晶パネル１０の走査線に対応して行方向に同じ電源線で接続され、行単位で電源制御が可能な場合、当該走査線の走査に対応する行、またはその前後数行を点灯させてもよい。この場合、低消費電力化することができる。

同期生成回路７０は、パネル制御部５０および発光制御部６０に同期信号を供給する。発光部２によるＲ、Ｇ、Ｂの循環点灯制御、液晶パネル１０のデータ線への画像データ供給、および走査線制御は、同期がとられていなければならない。同期生成回路７０は、この同期をとるための信号を生成して、両方に供給している。

このように、第１実施形態によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色表示を人間が認識できない程度に高速で切替えることにより、高色純度の画像を得ることができる。さらに、コントラスト比を向上させるために、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色表示ごとに消灯時間を設けてもよい。具体的には、発光制御部６０は、３原色の発光素子３２、３４、３６を循環点灯させる際の発光素子３２、３４、３６切替時に、消灯期間を挿入すればよい。また他の方法として、走査線駆動回路５４が１本の走査線を選択している際に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色を表示するたびに遮光期間を挿入してもよい。これらによれば、黒表示を挿入するのと同等の効果があり、コントラスト比が向上する。

図５は、本発明の第２実施形態における表示装置１のブロック図を示す。第２実施形態における表示装置１は、第１実施形態における表示装置１と異なり、画像データの書込を液晶パネル１０ではなく、発光部２で行う例である。第２実施形態では、発光部２側で画像データの書込を行うために、発光素子３２、３４、３６として有機ＥＬ素子を用いるとよい。発光部２に形成された画素内の発光素子３２、３４、３６は、色ごとに、データ線で列方向に接続されている。

第２実施形態の発光制御部６０は、データ線駆動回路６２を備え、画像データ、同期信号が入力される。発光制御部６０は、入力された画像データを処理して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像データを、データ線駆動回路６２から対応する色のデータ線に供給する。データ線駆動回路６２は、発光部２を循環点灯させるため、上記同期信号にしたがい、ある色のデータ線から他の色のデータ線に順次切り替える。その際、画像データがデジタル値の場合、ＰＷＭ制御して、各色の輝度を調整する。

第２実施形態の液晶パネル１０は、データ線がなく、行方向に所定間隔で複数本の走査線が設けられる。第２実施形態のパネル制御部５０は、第１実施形態のそれと異なり、データ線駆動回路５２が除去された構成である。パネル制御部５０には、同期信号が入力される。走査線駆動回路５４は、上記同期信号にしたがい、発光部２からの光を、特定の走査線の画素から透過させるよう制御する。例えば、データ線駆動回路６２が１／６０［ｓ］以内で画像データを供給するデータ線を切り替えている場合、それと同じタイミングで走査線を切り替えて、発光装置２からの光を透過させていく。その他の構成は、第１構成例と同様である。

このように第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色表示を人間が認識できない程度に高速で切替えることにより、高色純度の画像を得ることができる。また、画像データを書込み、表示するためのデータ線と走査線とを、発光部２と液晶パネル１０とに分けて配置したことから、配線を単純化することができる。

なお、発光制御部６０は、ある色のデータ線から他の色のデータ線に切り替える際に、消灯期間を挿入してもよい。また、走査線駆動回路５４が１本の走査線を選択している際に、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色を表示するたびに遮光期間を挿入してもよい。これらによれば、黒表示を挿入するのと同等の効果があり、コントラスト比を向上させることができる。

なお、本実施形態は、凹部に複数の発光素子３２、３４、３６が埋設された発光部２に限らず、画素に対応して複数の発光素子３２、３４、３６が設けられている構成のものであってもよい。例えば、平面の基板に複数の発光素子３２、３４、３６を、画素ごとに対応させて配置したものでもよい。

図６は、本発明の第３実施形態における表示装置１のブロック図を示す。第３実施形態における表示装置１は、第２実施形態における表示装置１と異なり、画像データの書込だけでなく走査も発光部２で行う例である。第３実施形態の発光制御部６０は、データ線駆動回路６２、走査線駆動回路６４を備える。発光制御部６０は、入力された画像データを処理して、Ｒ、Ｇ、Ｂの各画像データを、データ線駆動回路６２から対応する色のデータ線に供給する。データ線駆動回路６２は、発光部２を循環点灯させるため、上記同期信号にしたがい、ある色のデータ線から他の色のデータ線に順次切り替える。

走査線駆動回路６４は、上記同期信号にしたがい、データ線に与えられた画像データを特定の走査線の画素から出力するよう制御する。例えば、データ線駆動回路６２が１／６０［ｓ］以内で画像データを供給するデータ線を切り替えている場合、それと同じタイミングで走査線を切り替えていく。第３実施形態は、基本的には、３原色高速切替の有機ＥＬディスプレイであり、液晶パネル１０がなくても画像データを再生表示することができる。

パネル制御部５０は、コントラスト比を向上させるために、液晶パネル１０を制御して、発光部２が表示する画像を所定時間間隔で遮光することができる。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色が表示されるたびに遮光期間を挿入してもよい。これによれば、黒表示を挿入するのと同等の効果がある。パネル制御部５０は、同期生成部７０から同期信号を受けており、Ｒ、Ｇ、Ｂの表示タイミングと同期をとることができる。

このように第３実施形態によれば、第１、２実施形態と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色表示を人間が認識できない程度に高速で切替えることにより、高色純度の画像を得ることができる。また、遮光膜２０で画素ごとに仕切られているため、画素間における光の混合などを防止することができる。

図７は、本発明の表示装置１をプロジェクタ１００に適用した例を示す図である。発光部２からの光は、液晶パネル１０を透過し、投射レンズ８０に入射する。投射レンズ８０は、入射された光を拡大してスクリーン９０に投射する。

このように本プロジェクタ１００によれば、Ｒ、Ｇ、Ｂの単色表示を人間が認識できない程度に高速で切替えることにより、高色純度の画像を得ることができる。従来のプロジェクタのように、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれに対応した液晶パネル、光学系を３つ備える必要がない。また、高圧水銀ランプなどの光源からカラーフィルタを用いて各色の光を生成する必要もないため、光効率が落ちることもない。

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこれらの実施形態に限定されることなく、その様々な変形例もまた、本発明の態様として有効である。本発明の表示装置は、携帯電話、ノート型ＰＣ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などのディスプレイとして用いることもできる。

本発明に係る画像表示装置の側面の断面図である。発光部の正面の断面図である。本発明に係る有機ＥＬを用いた画像表示装置の側面の断面図である。本発明の第１実施形態における表示装置のブロック図である。本発明の第２実施形態における表示装置のブロック図である。本発明の第３実施形態における表示装置のブロック図である。本発明の表示装置をプロジェクタに適用した例を示す図である。

１画像表示装置、２発光部、１０液晶パネル、２０遮光膜、３２、３４、３６発光素子、４０絶縁膜、５０パネル制御部、６０パネル制御部、６０発光制御部、７０同期生成回路。

Claims

画素が配置され、液晶分子の配向を変化させて、前記各画素の光の透過率を制御する液晶パネルと、
遮光膜と、
前記各画素に対応した凹部に複数の発光素子が埋設されている発光部と、
前記複数の発光素子を循環点灯させる発光制御部と、
前記画素ごとに、前記透過率を制御するパネル制御部と、を備え、
前記パネル制御部は、前記各画素で実現すべき明るさに応じて、各複数の前記発光素子から順に発光される複数色の光の透過率を、色ごとに制御するとともに、
前記凹部は、前記遮光膜に対して形成され、前期液晶パネルの表示面に対して垂直方向に伸びるように複数形成されていることを特徴とする表示装置。
前記凹部は、導電性の遮光膜により形成されることを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
前記発光制御部は、前記発光素子の循環点灯の間に消灯期間を設けることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表示装置。