JP3618941B2

JP3618941B2 - 表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JP3618941B2
Application number: JP34011196A
Authority: JP
Inventors: 榑松　　克巳
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: JPH10186310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示パネルと、異なる色の光を照射できる照明手段とを有し、時系列に各単色表示をフレーム順次で行うことでカラー表示を行うタイプの表示装置の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光学変調物質として液晶を用いたカラーフィルターレス液晶表示パネルをフレーム順次で赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の各色信号毎に駆動し、それに同期してこの液晶表示パネルをＲＧＢの各単色光で照明することによってカラー画像表示を行う表示装置は広く知られている（例えば、特開昭６２−２５０４２５号公報等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に液晶表示パネルは水平ライン毎に順次上から下にスキャン駆動していくため、上記した従来の表示装置のように、単純にフレーム毎に各ＲＧＢ照明光を切り替える場合、全フレームの書き込みが終了した後と次のフレームの書き込みが始まるまでの間の時間のみ各ＲＧＢ照明光を点灯させて、実効表示時間とせざるを得なかった。
【０００４】
このため、特に動画表示を行う場合、例えば一般的なビデオ信号にて表示を行う場合には、この実効表示時間はビデオ信号の垂直ブランキング期間に相当するため、非常に短くカラーフィルターが不要となるにもかかわらず、表示の十分な明るさが得がたいという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、効率が高く、明るい表示が可能な時系列に各ＲＧＢ単色表示をフレーム順次で行うことでカラー表示を行う表示装置の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述事情に鑑みなされたものであって、一対の基板間に挟持された光学変調物質を各画素毎に有する走査駆動型の表示パネルと、前記表示パネルの背面側に設けられ、赤色、緑色及び青色が単色発光可能な走査線方向に延びる所定の幅を有する複数の面状光源からなる照明手段とを有し、色信号に応じて前記表示パネルをフレーム順次で駆動すると共に、前記各面状光源によって順次発光する赤色、緑色及び青色の各単色光により前記表示パネルを照明し、各赤色、緑色及び青色単色表示をフレーム順次で行ってカラー画像表示する表示装置の駆動方法において、前記表示パネルの各水平画素ラインが走査選択される際に、選択された前記水平画素ラインに対応した前記面状光源がその色信号に対応した色の光を発すると共に、前記表示パネルの各水平画素ラインの走査選択に同期して、前記表示パネルの各色フレーム画像間に、該フレーム画像の走査選択と共に走査される所定幅の黒表示領域を設け、前記黒表示領域の幅を前記面状光源の幅よりも大きくし、かつ黒表示時に、黒表示前の単色フレーム画像表示中の前記各画素における前記光学変調物質にかかる印加電圧と逆極性となる電圧を、前記黒表示前の単色フレーム画像表示中における印加電圧と保持時間との積の絶対値とほぼ等しくなるように前記各画素毎の前記光学変調物質に所定保持時間印加する、ことを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係る実施の形態について説明する。
【０００８】
図１は、本発明の実施の形態に係る表示装置を示す概略図、図２は、その断面図である。この表示装置１は、カラーフィルターを有していないカラーフィルターレスの液晶表示パネル２と、その背面側に複数（本実施の形態では４個）のＲＧＢ単色短冊状面光源（ｎ＝１〜４個）３で構成されるバックライト装置４とを備えている。
【０００９】
液晶表示パネル２は、一対の基板（対向電極ガラス基板）５ａと基板（ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）ガラス基板）５ｂ間に挟持した単安定モードの強誘電性液晶６を有している。基板５ｂには、情報ライン電極７ａとゲートライン電極７ｂがアクティブマトリックス構造で形成され、さらにこれらの交差部に設けたＴＦＴ８、補助容量（不図示）などにより、多数の画素９を形成している（図４参照）。各画素における強誘電性液晶６は、これらの構成によりアクティブマトリックス駆動される。
【００１０】
バックライト装置４は、図３に示すように、スキャンライン（走査線）方向（図１、図２のＳ１方向）に延びるようにして並設された４個のＲＧＢ単色短冊状面光源３を有しており、各ＲＧＢ単色短冊状面光源３は、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の各単色にてそれぞれ発光するＲＧＢ単色蛍光灯（冷陰極管）１０ａ，１０ｂ，１０ｃを備えている。各ＲＧＢ単色短冊状面光源３は、凹状の各拡散反射板１１により４つの面状光源として分割されており、各ＲＧＢ単色短冊状面光源３の光出射側には、拡散板１２が取り付けられている。
【００１１】
各ＲＧＢ単色短冊状面光源３の各ＲＧＢ単色蛍光灯１０ａ，１０ｂ，１０ｃには、インバーター１３と高圧スイッチ１４からなるスキャン点灯回路１５がそれぞれ接続されており、それぞれ入力されるタイミング制御信号Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４によって、各ＲＧＢ単色短冊状面光源３の各ＲＧＢ単色蛍光灯１０ａ，１０ｂ，１０ｃを任意に点灯、消灯、及びスキャン点灯制御する。
【００１２】
液晶表示パネル２とバックライト装置４の駆動系は、図４に示すように、液晶表示パネル２の情報ラインドライバー１６、ゲートラインドライバー１７、液晶駆動信号発生回路１８、バックライト装置４のスキャン点灯回路１５、及びタイミングコントローラ（ＡＳＩＣ）１９とで構成されており、タイミングコントローラ１９からの制御信号によって、液晶表示パネル２の各水平ライン画素をゲートラインドライバー１７によってゲートライン電極７ｂ及び各ＴＥＴ８を通じて順次スキャン駆動し（この際、各水平ライン画素に適宜画像信号が供給されるように、各情報ライン電極７ａに情報ラインドライバー１６から同時に各画像信号が供給される）、これに同期してバックライト装置４の各ＲＧＢ単色短冊状面光源３をスキャン点灯回路１５によりスキャン点灯する（詳細は後述する）。
【００１３】
また、不図示のＭＣＵ（制御マイコン）を中心とした総括制御回路から液晶駆動信号発生回路１８に、デジタルＲＧＢ画像信号（ＲＧＢシリアル）、温度制御信号等が入力され、タイミングコントローラ１９に、クロック、制御信号等が入力される。なお、このデジタルＲＧＢ画像信号は、パソコン及びビデオ機器等のインターフェース回路（不図示）からのものであり、画像フレームメモリからの読み出しをフレーム毎にＲＧＢシリアルに行ったシリアル変換後の画像信号である。
【００１４】
次に、上記した表示装置１の駆動方法について説明する。
【００１５】
液晶表示パネル２とバックライト装置４は、情報ラインドライバー１６、ゲートラインドライバー１７、液晶駆動信号発生回路１８、各ＴＦＴ８、バックライト装置４のスキャン点灯回路１５、及びタイミングコントローラ１９から入力される制御信号により、図１においては上から下方向（矢印Ｓ１方向）に、図２においては左側から右側（矢印Ｓ１方向）に向かって各画素９を順次ダブルスキャン駆動する。
【００１６】
即ち、まず、水平画素ライン（水平方向に並ぶ１画素列）毎に順次黒リセット（強誘電性液晶６特有の黒書き込みのことであり、詳細は後述する）のスキャンを行い、次に、順次画像信号の書き込みのスキャンを行う。この書き込みスキャンの際、カラー画像信号は時系列的にフレーム順次でＲＧＢの各原色画像信号毎に書き込まれる。
【００１７】
そして、このスキャン駆動に同期して各ＲＧＢ単色短冊状面光源３の各ＲＧＢ単色蛍光灯１０ａ，１０ｂ，１０ｃを矢印Ｓ２方向（矢印Ｓ１方向と同じ方向）に順次、原色信号に相当した単色光で点灯する。図２では、前フレームのＲ画像がＧ画像に書き替えられていくようすを表しており、バックライト装置４の点灯もＲ光からＧ光に切り替わっている。
【００１８】
図５は、このときの液晶表示パネル２の駆動信号と、バックライト装置４を構成する各ＲＧＢ単色短冊状面光源（ＢＬ）３の各ＲＧＢ単色蛍光灯１０ａ，１０ｂ，１０ｃの点灯（ｏｎ）／消灯（ｏｆｆ）のタイミングチャートであり、ｎ＝１〜４個までの各ＲＧＢ単色短冊状面光源（ｎ＝１は最初のスキャン位置に相当し、ｎ＝４は最後のスキャン位置に相当する）３が、順次スキャン駆動されていくようすと、ＲＧＢのフレーム順次で点灯色が切り替わっていくようすを示している。なお、本実施の形態では、フレーム周期を１８０Ｈｚ相当（即ち、１／１８０ｓｅｃ）に設定している。
【００１９】
ところで、本実施の形態では、液晶として強誘電性液晶６を用いているために、上記したように、書き込み信号を印加する前に黒リセット信号により強誘電性液晶６をリセット（強誘電性液晶分子のホームポジションへの戻しであり、黒表示となる）する必要がある。
【００２０】
また、本実施の形態では単安定モードの強誘電性液晶６を用いており、図６は、強誘電性液晶６の単安定モードの概念図である。この図において、縦軸Ｐはクロスニコルのポラライザー、横軸Ａはアナライザーの偏光方向を表しており、また、図中の２０は強誘電性液晶分子を模式的に表しており、Ｐ（クロスニコルのポラライザー）に沿った分子の向きが単安定状態の方向（ホームポジション）であり、黒表示状態となる。そして、この強誘電性液晶６に書き込み電圧Ｖｗを印加すると、強誘電性液晶分子は角度θａだけ傾斜する。この傾斜角θａは、強誘電性液晶分子のスプレー弾性と書き込み電圧Ｖｗによる駆動力とのバランスにより決まるため、飽和値（θａ≦４５°）までは、書き込み電圧Ｖｗとほぼ比例的関係となる。従って、透過光強度も書き込み電圧Ｖｗとほぼ比例的関係を持ち、書き込み電圧Ｖｗの値により濃淡の中間調を表示することが可能となる。
【００２１】
一方、書き込み後には次の書き込みへの影響をなくすため、前記ホームポジションに戻すことが好ましく、このために所定の黒リセット電圧Ｖｒ（書き込み電圧Ｖｗと逆極性）を印加するのが好ましい（単安定のため、書き込み電圧Ｖｗのｏｆｆのみでも戻るが、より早く戻すには多少の逆電圧の印加が必要）。
【００２２】
そして、このような単安定モードにおけるアクティブ駆動画素での液晶電圧波形と、それに対する光学応答との関係は、図７に示すようになる。この図において、Ｖｒは黒リセット電圧、Ｖｗは書き込み電圧、時間軸ｔは電圧的には対向電極（対向電極ガラス基板５ａ上のベタ電極）電圧を示しており、液晶印加電圧が零（０）に相当する。
【００２３】
なお、Ｔｇはゲートライン選択期間を表しており、このＴｇ期間に黒リセット電圧Ｖｒ，書き込み電圧Ｖｗの各信号電圧が各画素９の強誘電性液晶６に印加される。そして、これらの信号が印加された後は、ＴＦＴ８がオープン状態になるため、その電圧が次の黒リセット電圧Ｖｒまたは書き込み電圧Ｖｗ印加まで略維持される（厳密には近接信号ラインによる振られや強誘電性液晶６の自発分極の影響が多少あるが、補助容量（不図示）とＴＦＴ８のドライバビリティーを大きめに設計することで、小さくすることができる）。
【００２４】
さらに、この単安定モードでは、書き込み電圧Ｖｗの大きさに応じて光学応答レベル（透過率に相当）が変化し階調表示が可能となるが、黒リセットについては黒リセット電圧Ｖｒの値（負極性）がスレッショルド電圧（通常１ｖ程度；絶対値）以上であれば全黒表示となる。
【００２５】
また、図中の１Ｆはフレーム周期を表しており、本実施の形態では２／３Ｆ期間を書き込み画像信号の表示期間（書き込み表示期間）、残りの１／３Ｆ期間を黒リセットによる黒表示期間（黒リセット期間）としている。そして、さらに黒リセット電圧Ｖｒの値を書き込み電圧Ｖｗの２倍の逆極性電圧になるように設定している。これにより、各画素９の強誘電性液晶６にかかる実効Ｖ・ｔ積（実効印加電圧×保持時間）が書き込み表示期間と黒リセット期間とでキャンセルされ、強誘電性液晶６に悪影響（焼きつき等）を及ぼす残留ＤＣ電圧成分がなくなる。
【００２６】
このように、本実施の形態では、書き込みと黒リセットを順次スキャン駆動する方法を取っているので、実効表示期間としての書き込み表示期間はフレーム周期の２／３となり、残りの１／３フレーム期間は黒表示期間となる。従って、瞬間的な画像表示としては、例えば、図８に示すような画面縦幅の１／３に相当する幅の黒表示領域３０（横帯状）が存在する。なお、実際にはこの黒表示領域３０が、書き込み電圧Ｖｗと黒リセット電圧Ｖｒの上から下（矢印Ｓ１方向）へのスキャン駆動と共に画面の上から下に向かって移動していく。この黒表示領域３０の上端の１つ上の画素ライン（図２において、黒リセット画素ライン２２に相当）は書き込み電圧Ｖｗ印加（画像信号書き込み）位置、同じくこの黒表示領域３０の下端画素ライン（図２において、書き込み画素ライン２１に相当）は黒リセット電圧Ｖｒ印加（黒リセット）位置に対応している。
【００２７】
そして、上記したように、書き込みはフレーム順次でＲＧＢの各原色画像信号毎に行われるため、この上下スキャン移動する黒表示領域３０の上下で順次各単色フレーム画像が切り替わっていき、図８では、ちょうどＲ画像がＧ画像に書き換えられていく瞬間を表している。また、上記したように、このフレーム周期を１８０Ｈｚ相当に設定しているため、このような黒表示領域３０が画面内をスキャン移動しても、それはフリッカー限界を越えており、ちらつき等の不具合は全く生じない。
【００２８】
このように、本実施の形態では、液晶表示パネル２の画面の１／３縦横の黒表示領域３０が存在し、この幅はバックライト装置４の各ＲＧＢ単色短冊状面光源３の幅（本実施の形態では、ｎ＝４個にて全画面分が構成されるので、略画面縦横の１／４に相当）よりも広くなる。そこで、本実施の形態では、各ＲＧＢ単色短冊状面光源３の色光の切り替えは、図２において、黒表示領域３０にてその下方に位置しているＲＧＢ単色短冊状面光源３が覆われた際に、このＲＧＢ単色短冊状面光源３の点灯色を切り替えている（この場合、Ｒ光の消灯とＧ光の点灯を同時に行っている）。
【００２９】
よって、ＲＧＢ各単色フレーム画像間にてバックライト装置４の点灯色を切り替えるため、各単色フレーム画像間での混色のない良好なカラー画像が得られると共に、各ＲＧＢ単色短冊状面光源３の各ＲＧＢ単色蛍光灯１０ａ，１０ｂ，１０ｃの駆動法としては、各インバーター１３は稼働したままで各高圧スイッチ１４を切り替えるだけでよいので、インバーター１３の負荷変動も少なく、かつ高速で点灯色切り替えを行うことが可能となる。
【００３０】
図９は、本実施の形態における液晶表示パネル２の強誘電性液晶６の駆動及び応答動作と、それに対応したバックライト装置４の点灯／消灯のタイミングチャートである。
【００３１】
この図では、１つの水平画素ラインに注目したタイミングチャートであり、書き込み電圧Ｖｗと黒リセット電圧Ｖｒのタイミングが異なる水平画素ライン間でも決して重ならないように設定されている。また、書き込み電圧Ｖｗと黒リセット電圧Ｖｒは共に同じ情報ライン電極７ａを通じて各画素９に供給されるため、異なるゲートライン選択タイミングでこれらの信号を送ることが必須となる。これについては、ゲートラインドライバー１７において、ゲートライン選択スキャンパルスの転送クロック周期に対するデューティー比を５０％以下にし、書き込み電圧Ｖｗ用ゲートライン選択スキャンパルス転送と黒リセット電圧Ｖｒ用ゲートライン選択スキャンパルス転送の位相を１８０°ずらすことにより、容易に行うことができる。
【００３２】
また、書き込み電圧Ｖｗと黒リセット電圧Ｖｒの各液晶駆動信号は液晶駆動信号発生回路１８で生成されるが、デジタルＲＧＢ画像信号に基づき、ＭＣＵ（不図示）からの温度制御信号による温度補償や液晶特有の階調特性の補正等を盛り込んだ信号（電圧）となっている。
【００３３】
このように、本実施の形態によれば、時系列的に各ＲＧＢ単色表示をフレーム順次で行うことでカラー表示を行うタイプの表示装置１において、少なくともフレーム周期当たり２／３周期という従来よりも長い実効表示期間が得られ、より明るい表示が可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、書き込みの後に強誘電性液晶６に印加されるＤＣ電圧成分をキャンセルするような黒リセットを行う駆動方法により、前のフレームでの書き込み状態（Ｖｗ電圧）は次のフレームでの書き込みに全く影響せず、残像や尾引きのない非常に良好な画像（特に動画）を得ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、液晶表示パネルとしてＴＦＴによるアクティブマトリックス構造、かつアクィブ駆動によるものを用いたが、例えば単純マトリックス構造、かつパッシブ駆動の液晶表示パネルについても、少なくとも１００〜２００Ｈｚのフレーム周期駆動が可能な（実際の液晶の駆動速度は、このフレーム周波数の走査ライン数倍の速度が必要）、特に高速なタイプ、または高速モードの強誘電性液晶等を用いることにより全く同様に扱うことができる。
【００３６】
また、本実施の形態のバックライト装置としては、基本的にＲＧＢ単色蛍光灯を多数並べて構成しているが、各蛍光灯の蛍光体としてはフレーム間混色防止のため、消灯立ち下がり特性として、〜１ｍｓ以下の残光の少ないタイプのものを用いることが好ましい。
【００３７】
さらに、本実施の形態では、バックライト装置を構成する面状光源（ＲＧＢ単色短冊状面光源）の数（スキャン点灯分割数）を４個としたが、本発明はこれに限定されるものではなく任意の数に設定することができ、それに応じて黒表示領域の幅も可変することができる。従って、面状光源（ＲＧＢ単色短冊状面光源）の数（スキャン点灯分割数）を増やすことにより、面状光源の幅が狭くなり、それに応じて黒表示領域の幅をより狭く設定することが可能となるため、実効表示期間が増し、より明るい表示画面を得ることができるようになる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る表示装置の駆動方法によれば、黒表示領域を除く十分に長い表示期間が可能となり、効率が高く明るい表示を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る表示装置を示す概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る表示装置の断面図。
【図３】本発明の実施の形態に係る表示装置のバックライト装置を示す概略断面図。
【図４】本発明の実施の形態に係る表示装置の駆動系を示すブロック図。
【図５】液晶表示パネルの駆動信号と、バックライト装置の点灯（ｏｎ）／消灯（ｏｆｆ）のタイミングチャート。
【図６】強誘電性液晶の単安定モードの概念図。
【図７】液晶応答と、その光学応答波形を示す図。
【図８】表示画面のある瞬間における表示状態を示す図。
【図９】液晶応答と、バックライト装置の点灯（ｏｎ）／消灯（ｏｆｆ）のタイミングチャート。
【符号の説明】
１表示装置
２液晶表示パネル（表示パネル）
３ＲＧＢ単色短冊状面光源（面状光源）
４バックライト装置（照明手段）
５ａ対向電極ガラス基板（基板）
５ｂＴＦＴガラス基板（基板）
６強誘電性液晶（液晶）
９画素
１０ａ，１０ｂ，１０ｃＲＧＢ単色蛍光灯（線状光源）
１１拡散反射板（反射板）
１２拡散板
１５スキャン点灯回路
１７ゲートラインドライバー
１８液晶駆動信号発生回路
１９タイミングコントローラ
３０黒表示領域

Claims

一対の基板間に挟持された光学変調物質を各画素毎に有する走査駆動型の表示パネルと、前記表示パネルの背面側に設けられ、赤色、緑色及び青色が単色発光可能な走査線方向に延びる所定の幅を有する複数の面状光源からなる照明手段とを有し、色信号に応じて前記表示パネルをフレーム順次で駆動すると共に、前記各面状光源によって順次発光する赤色、緑色及び青色の各単色光により前記表示パネルを照明し、各赤色、緑色及び青色単色表示をフレーム順次で行ってカラー画像表示する表示装置の駆動方法において、
前記表示パネルの各水平画素ラインが走査選択される際に、選択された前記水平画素ラインに対応した前記面状光源がその色信号に対応した色の光を発すると共に、前記表示パネルの各水平画素ラインの走査選択に同期して、前記表示パネルの各色フレーム画像間に、該フレーム画像の走査選択と共に走査される所定幅の黒表示領域を設け、
前記黒表示領域の幅を前記面状光源の幅よりも大きくし、かつ黒表示時に、黒表示前の単色フレーム画像表示中の前記各画素における前記光学変調物質にかかる印加電圧と逆極性となる電圧を、前記黒表示前の単色フレーム画像表示中における印加電圧と保持時間との積の絶対値とほぼ等しくなるように前記各画素毎の前記光学変調物質に所定保持時間印加する、
ことを特徴とする表示装置の駆動方法。
前記面状光源は、走査線方向に対して複数配列した線状光源と、該線状光源の背面側に配置した凹面状の反射板と、前記線状光源の前方に配置した拡散板とからなる、
請求項１記載の表示装置の駆動方法。
前記線状光源は、赤色、緑色、青色をそれぞれ発する少なくとも３つの蛍光灯を有する、
請求項２記載の表示装置の駆動方法。
前記光学変調物質は、単安定モードを有する強誘電性液晶である、
請求項１記載の表示装置の駆動方法。
前記印加電圧は、書き込み電圧であり、前記印加電圧と逆極性となる電圧は黒リセット電圧であり、かつ前記印加電圧は実効電圧である、
請求項１記載の表示装置の駆動方法。
前記黒表示前の保持時間は書き込み表示期間、前記黒表示時の所定保持時間は黒リセット期間である、
請求項１記載の表示装置の駆動方法。