(57)【要約】【課題】少数の光源を用いてエリア数が多いエリアアクティブ駆動を行う。【解決手段】液晶表示パネル１０とバックライト３０の間に、ＴＮ液晶パネル２１の両面に反射型偏光シート２２、２３を設けた光学シャッター２０を配置する。光学シャッター２０のシャッター画素を１個のエリアに対応づけて、シャッター画素の光透過反射特性を入力映像信号に応じて個別に制御する。光学シャッター２０で反射した光は、散乱シート３２と拡散板３３を透過し、反射シート３４で反射して光学シャッター２０に再入射する。１個のＬＥＤ３１から出射された光は複数のシャッター画素に入射する。【選択図】図１
2010134269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックライトの輝度をエリアごとに制御する液晶表示装置であって、
２次元状に配置された複数の画素を含む液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライトと、
前記液晶表示パネルと前記バックライトの間に設けられた光学シャッターとを備え、
前記光学シャッターは、それぞれが１個のエリアに対応し、入力映像信号に応じて光透過反射特性が個別に制御される複数のシャッター画素を含み、
前記バックライトは、前記シャッター画素よりも少ない個数の光源と、前記光学シャッターで反射した光を前記光学シャッターに向けて反射させる反射部材とを含むことを特徴とする、液晶表示装置。
【請求項２】
前記バックライトは、前記光学シャッターで反射した光を拡散または散乱させる部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記光学シャッターは、シャッター用液晶パネルの両面に反射型偏光シートを設けたもの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。
【請求項４】
前記シャッター用液晶パネルが、単純マトリクス型のＴＮ液晶パネルであることを特徴とする、請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記液晶表示パネルが、アクティブマトリクス型のＴＦＴ液晶パネルであることを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記入力映像信号に基づき、前記液晶表示パネル用の映像信号、前記光学シャッター用の映像信号および前記バックライト用の映像信号を求める信号処理部と、
前記信号処理部で求めた映像信号に基づき、前記液晶表示パネル、前記光学シャッターおよび前記バックライトを駆動する駆動部とをさらに備え、
前記信号処理部は、前記シャッター画素に対応した１個のエリア内の入力映像信号に基づき、前記光学シャッター用の映像信号を求めることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記バックライトは、前記光源として、２次元状に配置された複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記バックライトは、前記光源として、１本以上の蛍光管を含むことを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記光学シャッターは、前記液晶表示パネルの表示面とほぼ同じサイズのシャッター面を有し、前記光学シャッターを透過した光が前記液晶表示パネルの全面に入射するように、前記光源から離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記光学シャッターは、前記液晶表示パネルの表示面よりも小さいサイズのシャッター面を有し、前記光学シャッターを透過した光が前記液晶表示パネルの全面に入射するように、前記液晶表示パネルから離れた位置に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記光学シャッターを透過した光を前記液晶表示パネルに垂直に入射させるための指向性シートをさらに備えた、請求項１０に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関し、特に、バックライトの輝度をエリアごとに制御する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バックライトを備えた液晶表示装置では、入力画像に基づきバックライトの輝度を制御することにより、バックライトの消費電力を削減し、表示画像のコントラストを高くすることができる。特に、画面を複数のエリアに分割し、エリア内の入力画像に基づき当該エリアに対応したバックライトの輝度を制御するエリアアクティブ駆動を行うことにより、さらなる低消費電力化と高コントラスト化が可能となる。
【０００３】
エリアアクティブ駆動については、従来から各種の技術が知られている。例えば特許文献１には、エリアアクティブ駆動を行う液晶表示装置のバックライトとして、図１５に示す面状光源装置１１１を用いることが記載されている。面状光源装置１１１は、２次元状に配置された複数の面状光源ユニット１１２を含んでいる。面状光源ユニット１１２には光源１１３としてＲＧＢ３色のＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が設けられ、隣接する面状光源ユニット１１２の間には隔壁１１４が設けられる。光源１１３の輝度は個別に制御されるので、ある面状光源ユニット１１２の光源輝度は他の面状光源ユニット内の光源１１３の発光状態などの影響を受けない。
【０００４】
また、本願発明に関連して、特許文献２〜４には、２枚の液晶パネルを重ねて構成した液晶表示装置が記載されている。特許文献２には、スキャンバックライトを行うために、図１６に示す光学シャッター１２１を備えた液晶表示装置が記載されている。光学シャッター１２１は複数の部分に分割され、各部分は画面の書き換えタイミングに合わせて透過状態と散乱状態に制御される。光学シャッター１２１は、図１７に示すように、動的散乱液晶１２２の両面に透過偏光軸が直交する反射型偏光シート１２３、１２４を設けたものであり、液晶表示パネル１２５とバックライト光源１２６の間に配置される。光学シャッター１２１で散乱した光は、反射シート１２７で反射して光学シャッター１２１に再入射する。このとき、反射シート１２７において偏光軸が変化する。
【０００５】
特許文献３には、高コントラスト表示を行うために、図１８に示すように、２枚の液晶パネル１３１、１３２と３枚の偏光板１３３〜１３５を重ねて構成した液晶表示装置が記載されている。液晶パネル１３１、１３２には、閾値以下の階調値が入力されたときに当該閾値以上の階調値に変換する階調変換部が設けられる。
【０００６】
特許文献４には、光沢感が異なる画像を表示し分けるために、図１９に示すように、ＴＮ（Twisted Nematic ）型液晶パネル１４１と高分子分散型液晶パネル（以下、ＰＤＬＣ（Polymer Dispersed Liquid Crystal）型液晶パネルという）１４２を重ねて構成した液晶表示装置が記載されている。ＰＤＬＣ型液晶パネル１４２は、バックライト１４３から出射された光の散乱度合を制御する。ＴＮ型液晶パネル１４１で光透過率を制御することにより、画像が形成される。ＰＤＬＣ型液晶パネル１４２の１画素は、ＴＮ型液晶パネル１４１の複数の画素に対応する。
【特許文献１】特開２００８−１５３０１４号公報
【特許文献２】特開２００４−２１２４８９号公報
【特許文献３】特開２００８−１１１８７７号公報
【特許文献４】特開２００７−２４１０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エリアアクティブ駆動を行う液晶表示装置では、多くの場合、バックライト用の光源としてＬＥＤが用いられる。ＬＥＤの発光効率は年々向上しており、全面白表示を行うために必要なＬＥＤの個数は近年大幅に減少している。液晶表示装置のコストを低減するためには、ＬＥＤの個数が少ないことが好ましい。そこで、全面白表示に必要な最小限の個数のＬＥＤを用いてバックライトを構成することが考えられる。
【０００８】
しかしながら、エリアアクティブ駆動を行う液晶表示装置では、エリア数が多いほど低消費電力化と高コントラスト化の効果が高くなる。例えば図１５に示すように、表示画面を縦方向に３分割、横方向に５分割してエリアアクティブ駆動を行う場合を考える。この場合に表示画面の中央に小さな白いウインドウを表示すると、ウインドウの周囲もウインドウと同じエリアに含まれるので、コントラスト感が得られない。また、図１５に示す画面分割では、エリア内の最大輝度が画素が表示できる最大輝度に近い輝度となり易いので、バックライトの消費電力を大幅に削減することができない。
【０００９】
このようにエリアアクティブ駆動を行う液晶表示装置には、コスト低減のためにはエリア数を減らして光源の個数を減らすことが好ましいが、エリア数を減らす（例えば、光源の個数を全面白表示に必要な最小限の個数に減らす）と、低消費電力化と高コントラスト化の効果が損なわれるという問題がある。
【００１０】
上記従来の液晶表示装置では、この問題を解決することができない。図１５に示す面状光源装置１１１では、エリア数と同数の光源１１３が必要となる。図１６に示す光学シャッター１２１では、透過状態と散乱状態を１フレーム時間内に切り替えるために応答時間の短い動的散乱液晶１２２が用いられる。しかし、散乱状態では偏光解消が起こるので、バックライト光源１２６側の反射型偏光シート１２４を通過した偏光の約半分しか、液晶表示パネル１２５側の反射型偏光シート１２３を通過できず、画面が暗くなる。図１８と図１９に示す液晶表示装置では、一方の液晶パネルが遮光状態のときには光源から出射された光は利用されないので、光の利用効率が悪くなる。
【００１１】
本発明は上記課題を解決し、少数の光源を用いてエリア数が多いエリアアクティブ駆動を行う液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、バックライトの輝度をエリアごとに制御する液晶表示装置であって、
２次元状に配置された複数の画素を含む液晶表示パネルと、
前記液晶表示パネルの背面側に設けられたバックライトと、
前記液晶表示パネルと前記バックライトの間に設けられた光学シャッターとを備え、
前記光学シャッターは、それぞれが１個のエリアに対応し、入力映像信号に応じて光透過反射特性が個別に制御される複数のシャッター画素を含み、
前記バックライトは、前記シャッター画素よりも少ない個数の光源と、前記光学シャッターで反射した光を前記光学シャッターに向けて反射させる反射部材とを含むことを特徴とする。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明において、
前記バックライトは、前記光学シャッターで反射した光を拡散または散乱させる部材をさらに含むことを特徴とする。
【００１４】
第３の発明は、第１の発明において、
前記光学シャッターは、シャッター用液晶パネルの両面に反射型偏光シートを設けたものであることを特徴とする。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明において、
前記シャッター用液晶パネルが、単純マトリクス型のＴＮ液晶パネルであることを特徴とする。
【００１６】
第５の発明は、第４の発明において、
前記液晶表示パネルが、アクティブマトリクス型のＴＦＴ液晶パネルであることを特徴とする。
【００１７】
第６の発明は、第１の発明において、
前記入力映像信号に基づき、前記液晶表示パネル用の映像信号、前記光学シャッター用の映像信号および前記バックライト用の映像信号を求める信号処理部と、
前記信号処理部で求めた映像信号に基づき、前記液晶表示パネル、前記光学シャッターおよび前記バックライトを駆動する駆動部とをさらに備え、
前記信号処理部は、前記シャッター画素に対応した１個のエリア内の入力映像信号に基づき、前記光学シャッター用の映像信号を求めることを特徴とする。
【００１８】
第７の発明は、第１の発明において、
前記バックライトは、前記光源として、２次元状に配置された複数の発光ダイオードを含むことを特徴とする。
【００１９】
第８の発明は、第１の発明において、
前記バックライトは、前記光源として、１本以上の蛍光管を含むことを特徴とする。
【００２０】
第９の発明は、第１の発明において、
前記光学シャッターは、前記液晶表示パネルの表示面とほぼ同じサイズのシャッター面を有し、前記光学シャッターを透過した光が前記液晶表示パネルの全面に入射するように、前記光源から離れた位置に配置されていることを特徴とする。
【００２１】
第１０の発明は、第１の発明において、
前記光学シャッターは、前記液晶表示パネルの表示面よりも小さいサイズのシャッター面を有し、前記光学シャッターを透過した光が前記液晶表示パネルの全面に入射するように、前記液晶表示パネルから離れた位置に配置されていることを特徴とする。
【００２２】
第１１の発明は、第１０の発明において、
前記光学シャッターを透過した光を前記液晶表示パネルに垂直に入射させるための指向性シートをさらに備える。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１の発明によれば、液晶表示パネルとバックライトの間に光学シャッターを設け、入力映像信号に応じてシャッター画素の光透過反射特性を制御することにより、画面をシャッター画素と同数のエリアに分割するエリアアクティブ駆動を行い、バックライトの消費電力を削減し、表示画像のコントラストを高くすることができる。また、光学シャッターで反射した光を光学シャッターに再入射させるために、バックライトには反射部材が設けられている。このため、１個の光源から出射された光は複数のシャッター画素に入射し、光の利用効率が高くなる。したがって、少数の光源を用いてエリア数が多いエリアアクティブ駆動を行い、低消費電力化と高コントラスト化を達成することができる。
【００２４】
上記第２の発明によれば、光学シャッターで反射した光をバックライトで拡散または散乱させることにより、シャッター画素で反射した光を他の複数のシャッター画素に入射させられるので、輝度を向上させることができる。
【００２５】
上記第３の発明によれば、シャッター用液晶パネルの両面に反射型偏光シートを設けることにより、透過状態のシャッター画素では光を確実に透過させ、反射状態のシャッター画素では光を確実に反射させることができる。これにより、反射状態のシャッター画素に入射した光を再度バックライト側に反射させ、再利用することができる。そして、光の利用効率が高く、ピーク輝度感が得られ易い液晶表示装置を提供することができる。
【００２６】
上記第４の発明によれば、低コストで透過率の高い単純マトリクス型ＴＮ液晶パネルを用いて光学シャッターを構成することができる。これにより、光の利用効率を高くし、バックライトの消費電力を削減することができる。また、単純マトリクス型の液晶パネルを用いることにより、コストを低減することができる。
【００２７】
上記第５の発明によれば、液晶表示パネルとしてアクティブマトリクス型のＴＦＴ液晶パネルを用いることにより、高画質表示を行うことができる。
【００２８】
上記第６の発明によれば、１個のエリア内の入力映像信号に基づきシャッター画素の光透過反射特性を制御することにより、入力映像信号に応じてバックライトの輝度をエリアごとに好適なレベルに制御することができる。
【００２９】
上記第７の発明によれば、光源と光学シャッターの間の距離を短くしても、各エリアに必要な光を均一に入射させることができる。
【００３０】
上記第８の発明によれば、光源として少数の蛍光管を用いた場合でも、エリア数が多いエリアアクティブ駆動を行うことができる。
【００３１】
上記第９の発明によれば、光源から離れた位置に光学シャッターを配置することにより、光の進行方向を大きく変更することなく、液晶表示パネルの全面に光を入射させることができる。
【００３２】
上記第１０の発明によれば、液晶表示パネルから離れた位置に光学シャッターを配置することにより、光学シャッターのサイズを小さくし、コストを低減することができる。
【００３３】
上記第１１の発明によれば、指向性シートを用いて光を液晶表示パネルに垂直に入射させることにより、液晶表示パネルの輝度分布を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。図１に示す液晶表示装置１は、液晶表示パネル１０、光学シャッター２０、および、バックライト３０を備えている。バックライト３０は液晶表示パネル１０の背面側に設けられ、光学シャッター２０は液晶表示パネル１０とバックライト３０の間に設けられる。液晶表示装置１は、画面を複数のエリアに分割し、エリア内の入力画像に基づき当該エリアに対応したバックライトの輝度を制御するエリアアクティブ駆動を行う。
【００３５】
液晶表示パネル１０は、表示用液晶パネルの両面に偏光板１２、１３を設けたものである。光学シャッター２０は、シャッター用液晶パネルの両面に反射型偏光シート２２、２３を設けたものである。以下、表示用液晶パネルにはアクティブマトリクス型のカラーＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶パネル１１を用い、シャッター用液晶パネルには単純マトリクス型のモノクロＴＮ液晶パネル２１を用いるものとする。
【００３６】
反射型偏光シート２２、２３は、透過偏光軸と直交する振動面を持つ直線偏光を反射させるという性質を有する。以下、反射型偏光シート２２、２３のうち、液晶表示パネル１０側に設けたものを上側反射型偏光シートといい、バックライト３０側に設けたものを下側反射型偏光シート２３という。反射型偏光シート２２、２３には、例えば、住友スリーエム株式会社製のＤＢＥＦ（Dual Brightness Enhancement Film）が用いられる。なお、表示用液晶パネル１０の背面側に設けられた偏光板１３と、光学シャッター２０の上側反射型偏光シート２２の偏光軸は一致している。
【００３７】
バックライト３０は、光源として複数のＬＥＤ３１を含み、さらに散乱シート３２、拡散板３３および反射シート３４を含んでいる。ＬＥＤ３１は、出射する光の色によって、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤおよび青色ＬＥＤに分類される。これら３種類のＬＥＤ３１は、２次元状に配置される（後述する図５を参照）。散乱シート３２と拡散板３３は、ＬＥＤ３１と光学シャッター２０の間に配置される。反射シート３４は、ＬＥＤ３１を挟んで光学シャッター２０と対向するように配置される。
【００３８】
ＬＥＤ３１は、筐体４０の内部に配置される。液晶表示パネル１０、光学シャッター２０、散乱シート３２および拡散板３３は、フレーム４１〜４３、ガイド部材４４およびスペーサ４５を用いて、すべてのＬＥＤ３１を覆うように配置される。
【００３９】
図２は、液晶表示パネル１０の駆動回路を示すブロック図である。ＴＦＴ液晶パネル１１は、互いに平行に配置された複数のゲート線、ゲート線と直交するように互いに配置された複数のソース線、および、２次元状に配置された複数の画素（いずれも図示せず）を含んでいる。ＴＦＴ液晶パネル１１は、図２に示すように、液晶制御回路１４、ゲートドライバ１５およびソースドライバ１６を用いて駆動される。液晶制御回路１４は、ゲートドライバ１５に対して制御信号を出力し、ソースドライバ１６に対して制御信号とカラー映像信号（後述する表示パネル用の映像信号Ｖｐ）を出力する。ゲートドライバ１５は、液晶制御回路１４から出力された制御信号に基づき、ＴＦＴ液晶パネル１１のゲート線に対して順に選択電圧を印加する。ソースドライバ１６は、液晶制御回路１４から出力された制御信号と映像信号に基づき、ＴＦＴ液晶パネル１１のソース線に対して映像信号に応じた電圧を印加する。
【００４０】
図３は、シャッター用液晶パネルとして用いられるＴＮ液晶パネル２１の構造を示す斜視図である。ＴＮ液晶パネル２１は、図３に示すように、複数のＸ電極２４と複数のＹ電極２５の間に液晶物質２６を挟んだ構造を有する。Ｘ電極２４は、液晶物質２６の一方の面（図３では下側の面）に沿って互いに平行に配置される。Ｙ電極２５は、液晶物質２６の他方の面に沿ってＸ電極２４と直交するように互いに平行に配置される。Ｘ電極２４とＹ電極２５が交差する箇所には、画素（以下、シャッター画素２という）が形成される。
【００４１】
図４は、光学シャッター２０の駆動回路を示すブロック図である。ＴＮ液晶パネル２１は、図４に示すように、シャッター制御回路２７、コラムドライバ２８およびセグメントドライバ２９を用いて駆動される。シャッター制御回路２７は、コラムドライバ２８に対して制御信号を出力し、セグメントドライバ２９に対して制御信号とモノクロ映像信号（後述する光学シャッター用の映像信号Ｖｓ）を出力する。コラムドライバ２８は、シャッター制御回路２７から出力された制御信号に基づき、ＴＮ液晶パネル２１のＸ電極２４に対して順に選択電圧を印加する。セグメントドライバ２９は、シャッター制御回路２７から出力された制御信号と映像信号に基づき、ＴＮ液晶パネル２１のＹ電極２５に対して映像信号に応じた電圧を印加する。
【００４２】
図５は、バックライト３０の駆動回路を示すブロック図である。図５に示すように、バックライト３０に設けられたＬＥＤ基板３６には、３種類のＬＥＤ３１を１個ずつ含んだＬＥＤユニット３が２次元状に配置される。ＬＥＤ３１は、ＬＥＤ駆動回路３５を用いて駆動される。ＬＥＤ３１の輝度は、後述するバックライト用の映像信号Ｖｂに基づき、ＬＥＤユニット３ごとに制御される。
【００４３】
図６を参照して、液晶表示装置１における画面分割を説明する。図６において、小さな矩形（ハッチング部分）はシャッター画素２を表し、円はＬＥＤユニット３を表す。表示画面は、縦方向と横方向にそれぞれシャッター画素２と同じ個数に分割される。例えば図６に示す例では、シャッター画素２の個数が縦方向に９個、横方向に１６個であるので、表示画面は縦方向に９分割、横方向に１６分割される。このようにして１個のシャッター画素２は、エリアアクティブ駆動における１個のエリアに対応づけられる。また、液晶表示装置１では、ＬＥＤユニット３の個数はシャッター画素２の個数よりも少ない。このため、１個のＬＥＤユニット３は複数のエリアに対応づけられる。
【００４４】
図７は、液晶表示装置１の信号処理部と駆動部を示すブロック図である。液晶表示装置１には、液晶表示パネル１０、光学シャッター２０およびバックライト３０を駆動するために、映像処理エンジン５１、光源信号発生回路５２、映像信号補正回路５３、表示パネル駆動回路５４、光学シャッター駆動回路５５およびバックライト駆動回路５６が設けられる。図２に示す液晶制御回路１４、ゲートドライバ１５およびソースドライバ１６は、表示パネル駆動回路５４に相当する。図４に示すシャッター制御回路２７、コラムドライバ２８およびセグメントドライバ２９は、光学シャッター駆動回路５５に相当する。図５に示すＬＥＤ駆動回路３５は、バックライト駆動回路５６に相当する。
【００４５】
映像処理エンジン５１は、入力映像信号Ｖｉｎに対して各種の信号処理（例えば、画質改善処理など）を行い、処理後の映像信号Ｖ０を出力する。光源信号発生回路５２は、映像信号Ｖ０に基づき、光学シャッター用の映像信号Ｖｓとバックライト用の映像信号Ｖｂを求める。映像信号補正回路５３は、映像信号Ｖｓ、Ｖｂを参照して映像信号Ｖ０を補正することにより、表示パネル用の映像信号Ｖｐを求める。
【００４６】
より詳細には、光源信号発生回路５２は、映像信号Ｖ０に基づき画面全体の平均輝度を求め、各ＬＥＤユニット３について対応する複数のエリア内の最大輝度を求める。光源信号発生回路５２は、これらの値に基づき、各ＬＥＤユニット３の輝度を示すバックライト用の映像信号Ｖｂを求める。さらに、光源信号発生回路５２は、映像信号Ｖ０に基づき、各シャッター画素２について対応する１個のエリア内の最大輝度を求める。光源信号発生回路５２は、１個のエリア内の最大輝度をバックライト用の映像信号Ｖｂで割ることにより、各シャッター画素２の光透過率を示す光学シャッター用の映像信号Ｖｓを求める。映像信号補正回路５３は、映像信号Ｖ０に含まれる輝度を光学シャッター用の映像信号Ｖｓとバックライト用の映像信号Ｖｂとの積で割ることにより、液晶表示パネル１０の各画素の光透過率を示す表示パネル用の映像信号Ｖｐを求める。
【００４７】
例えば、あるＬＥＤユニットＬｕがエリアＡｒを含む複数のエリアに対応し、画面全体の平均輝度がＸｍ、ＬＥＤユニットＬｕに対応した複数のエリア内の最大輝度がＸ１、エリアＡｒ内の最大輝度がＸ２、エリアＡｒ内のある画素Ｐｘの輝度がＸ３であるとする。この場合、ＬＥＤユニットＬｕの輝度Ｙ１は、平均輝度Ｘｍと最大輝度Ｘ１に基づき決定される。エリアＡｒに対応したシャッター画素２の光透過率Ｚ２は、最大輝度Ｘ２を輝度Ｙ１で割ることにより算出される。画素Ｐｘの光透過率Ｚ３は、輝度Ｘ３を輝度Ｙ１と光透過率Ｚ２の積（Ｙ１×Ｚ２）で割ることにより算出される。
【００４８】
このように光源信号発生回路５２と映像信号補正回路５３は、入力映像信号Ｖｉｎに基づき、液晶表示パネル用の映像信号Ｖｐ、光学シャッター用の映像信号Ｖｓおよびバックライト用の映像信号Ｖｂを求める信号処理部として機能する。信号処理部は、シャッター画素２に対応した１個のエリア内の入力映像信号Ｖｉｎに基づき、光学シャッター用の映像信号Ｖｓを求める。これにより、入力映像信号Ｖｉｎに応じてバックライト３０の輝度をエリアごとに好適なレベルに制御することができる。
【００４９】
表示パネル駆動回路５４は、表示パネル用の映像信号Ｖｐに基づき液晶表示パネル１０を駆動する。光学シャッター駆動回路５５は、光学シャッター用の映像信号Ｖｓに基づき光学シャッター２０を駆動する。バックライト駆動回路５６は、バックライト用の映像信号Ｖｂに基づきバックライト３０を駆動する。このように表示パネル駆動回路５４、光学シャッター駆動回路５５およびバックライト駆動回路５６は、信号処理部で求めた映像信号に基づき、液晶表示パネル１０、光学シャッター２０およびバックライト３０を駆動する駆動部として機能する。
【００５０】
本実施形態に係る液晶表示装置１は、バックライト３０に含まれるＬＥＤ３１の輝度を個別に制御すると共に、光学シャッター２０に含まれるシャッター画素２の光透過率を個別に制御する。これにより、バックライトの輝度をエリアごとに制御するエリアアクティブ駆動を行うことができる。
【００５１】
ここで図８を参照して、液晶表示装置１におけるバックライト光の伝搬について説明する。以下、下側反射型偏光シート２３を透過する偏光をＰ波といい、下側反射型偏光シート２３で反射する偏光をＳ波という。ＴＮ液晶パネル２１は、光学シャッター用の映像信号Ｖｓに応じて、シャッター画素２ごとに全透過状態から全反射状態まで離散的に分布する状態のいずれかになる。
【００５２】
ＴＮ液晶パネル２１が全透過状態のときには、下側反射型偏光シート２３を透過したＰ波は、上側反射型偏光シート２２を透過して液晶表示パネル１０に入射する（図８のＬ１を参照）。これに対して、ＴＮ液晶パネル２１が全反射状態のときには、下側反射型偏光シート２３を透過したＰ波は、上側反射型偏光シート２２で反射して散乱シート３２側に戻る（図８のＬ３を参照）。ＴＮ液晶パネル２１が中間状態のときには、当該状態に応じた偏光が、上側反射型偏光シート２２を透過する（あるいは、当該状態に応じた偏光が、上側反射型偏光シート２２で反射して散乱シート３２側に戻る）。
【００５３】
また、ＴＮ液晶パネル２１の状態にかかわらず、下側反射型偏光シート２３で反射したＳ波は、散乱シート３２側に戻る（図８のＬ２、Ｌ４を参照）。散乱シート３２側に戻った偏光は、反射シート３４で反射して光学シャッター２０に再入射する（図８のＬ２〜Ｌ４を参照）。光学シャッター２０に再入射するまでに、光は散乱シート３２と拡散板３３を２回ずつ透過する。このときに光の進行方向が変化する。
【００５４】
散乱シート３２、拡散板３３および反射シート３４は、ＬＥＤ３１から出射された光が液晶表示パネル１０に均一に入射するように構成される。このため、あるシャッター画素２で反射した光の多くは、散乱シート３２、拡散板３３および反射シート３４で進行方向を変え、元のシャッター画素２ではなく他のシャッター画素２に入射する。この結果、あるシャッター画素２で反射した光は、隣接するシャッター画素だけではなく、数個分離れたシャッター画素にも入射する。
【００５５】
以上に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１は、液晶表示パネル１０とバックライト３０の間に光学シャッター２０を備え、入力映像信号Ｖｉｎに応じてシャッター画素２の光透過反射特性を制御する。これにより、画面をシャッター画素２と同数のエリアに分割するエリアアクティブ駆動を行い、バックライト３０の消費電力を削減し、表示画像のコントラストを高くすることができる。
【００５６】
また、光学シャッター２０で反射した光を光学シャッター２０に再入射させるために、バックライト３０には反射部材（反射シート３４）が設けられている。このため、１個のＬＥＤ３１から出射された光は複数のシャッター画素２に入射する。したがって、ＬＥＤ３１の個数を減らしても（例えば、ＬＥＤ３１の個数を全面白表示に必要な最小限の個数に減らしても）、好適な個数のシャッター画素２を有する光学シャッター２０を用いることにより、エリア数が多いエリアアクティブ駆動を行い、低消費電力化と高コントラスト化を達成することができる。
【００５７】
また、バックライト３０に散乱シート３２と拡散板３３を設けることにより、１個のＬＥＤ３１から出射された光を複数のシャッター画素２に容易に入射させることができる。また、ＴＮ液晶パネル２１の両面に反射型偏光シート２２、２３を設けることにより、シャッター画素で反射した光を他の複数のシャッター画素に再入射させられるので、輝度を向上させることができる。ＴＮ液晶パネル２１を用いて光学シャッター２０を構成することにより、透過状態のシャッター画素２では光透過率を向上させ、反射状態のシャッター画素２では光反射率を向上させて、光の利用効率を高め、バックライト３０の消費電力を削減することができる。また、シャッター用液晶パネルに単純マトリクス型の液晶パネルを用いることにより、コストを低減することができる。また、液晶表示パネル１０にアクティブマトリクス型のＴＦＴ液晶パネル１１を用いることにより、高画質表示を行うことができる。
【００５８】
なお、本実施形態に係る液晶表示装置については、以下の変形例を構成することができる。例えば、バックライト３０に代えて、図９に示すように、ＬＥＤ３１を短冊状のＬＥＤ基板３８に実装したバックライト３７を用いてもよい。これにより、基板の面積を減らし、コストを低減することができる。また、ＴＮ液晶パネル２１を構成するときにガラス基板ではなくプラスチック基板を用いてもよい。これにより、装置を軽量化することができる。
【００５９】
また、上記手段では３種類のＬＥＤ３１の輝度を個別に制御することが好ましい。また、バックライト用の光源として、白色光を出射する白色ＬＥＤや白色ＣＣＦＬ（Cold Cathode Fluorescent Lamp ：冷陰極管）を用いてもよい（図１０を参照）。この場合、シャッター用液晶パネルとして、カラーフィルタを有する液晶パネルを用いてもよい。図１０に示すバックライト６０では、白色ＣＣＦＬ６１は１次元状に配置され、ＣＣＦＬ駆動回路６２を用いて駆動される。これら変形例に係る液晶表示装置でも、図１に示す液晶表示装置１と同じ効果が得られる。
【００６０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、第１の実施形態とはバックライトの構成が異なる液晶表示装置について説明する。図１１〜図１４は、本発明の第２の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。これらの液晶表示装置は、バックライトがある程度厚くてもよい用途に利用される。
【００６１】
図１１に示す液晶表示装置では、光学シャッター２０のシャッター面は、液晶表示パネル１０の表示面とほぼ同じサイズである。バックライト７１は、光源として１本の白色ＣＣＦＬ６１を含み、さらに、散乱シート３２、拡散板３３および反射シート３４を含んでいる。反射シート３４は、２つの反射面を有する。光学シャッター２０を透過した光が液晶表示パネル１０の全面に入射するように、白色ＣＣＦＬ６１は光学シャッター２０、散乱シート３２および拡散板３３から離れた位置に設けられる。
【００６２】
このように白色ＣＣＦＬ６１から離れた位置に光学シャッター２０を配置することにより、光の進行方向を大きく変更することなく、液晶表示パネル１０の全面に光を入射させることができる。したがって、散乱シート３２と拡散板３３の散乱率を下げて、光透過率を高くすることができる。また、図１２に示すように、バックライト７２に含まれる反射シート３４の形状を工夫すれば、バックライト７２の厚みを減らすこともできる。
【００６３】
図１３に示す液晶表示装置では、光学シャッター２０のシャッター面は、液晶表示パネル１０の表示面よりも小さい。光学シャッター２０を透過した光が液晶表示パネル１０の全面に入射するように、光学シャッター２０は液晶表示パネル１０から離れた位置に設けられる。バックライト７３は、白色ＣＣＦＬ６１と反射シート３４を含み、散乱シートと拡散板を含まない。散乱シートと拡散板を設ける代わりに、液晶表示パネル１０の背面側に指向性シート７５が設けられる。指向性シート７５は、光学シャッター２０を透過した光を液晶表示パネル１０に垂直に入射させるという性質を有する。指向性シート７５には、例えば、住友スリーエム株式会社製のＢＥＦII（Brightness Enhancement Film II）が用いられる。
【００６４】
このような指向性シート７５を設けることにより、散乱シートを設けた場合と同様に、白色ＣＣＦＬ６１から出射された光を偏光軸をほぼ保ったまま液晶表示パネル１０に均一に入射させて、液晶表示パネル１０の輝度分布を均一にすることができる。これに加えて、光学シャッター２０のサイズを小さくし、コストを低減することができる。
【００６５】
また、図１４に示すように、バックライト７４用の光源としてＬＥＤ３１を用いてもよい。図１３と図１４に示す液晶表示装置では、光学シャッター２０から液晶表示パネル１０に向けて光が広がるように、光源の光出射特性を調整する必要がある。例えば、図１３に示す液晶表示装置では反射シート３４の特性を調整すればよく、図１４に示す液晶表示装置ではＬＥＤ３１の傾きを調整すればよい。
【００６６】
図１１〜図１４に示す液晶表示装置によれば、第１の実施形態に係る液晶表示装置と同様に、少数の光源を用いてエリア数が多いエリアアクティブ駆動を行うことができる。なお、図１１〜図１３に示す液晶表示装置では、バックライト用の光源として、白色ＨＣＦＬ（Hot Cathode Fluorescent Lamp：熱陰極管）を用いてもよい。一般的には、バックライト用の光源として蛍光管を用いてもよい。
【００６７】
以上に示すように、本発明の液晶表示装置によれば、少数の光源を用いてエリア数が多いエリアアクティブ駆動を行い、低消費電力化と高コントラスト化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す装置の液晶表示パネルの駆動回路を示すブロック図である。
【図３】図１に示す装置のシャッター用液晶パネルの構造を示す斜視図である。
【図４】図１に示す装置の光学シャッターの駆動回路を示すブロック図である。
【図５】図１に示す装置のバックライトの駆動回路を示すブロック図である。
【図６】図１に示す装置における画面分割を示す図である。
【図７】図１に示す装置の信号処理部と駆動部を示すブロック図である。
【図８】図１に示す装置におけるバックライト光の伝搬を示す図である。
【図９】第１の実施形態の変形例に係るバックライトの構成を示す図である。
【図１０】第１の実施形態の変形例に係るバックライトの構成を示す図である。
【図１１】第２の実施形態の第１例に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１２】第２の実施形態の第２例に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１３】第２の実施形態の第３例に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１４】第２の実施形態の第４例に係る液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１５】従来の第１の液晶表示装置の面状光源装置を示す図である。
【図１６】従来の第２の液晶表示装置の光学シャッターの構造を示す斜視図である。
【図１７】従来の第２の液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１８】従来の第３の液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【図１９】従来の第４の液晶表示装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１…液晶表示装置
２…シャッター画素
３…ＬＥＤユニット
１０…液晶表示パネル
１１…ＴＦＴ液晶パネル
１２、１３…偏光板
２０…光学シャッター
２１…ＴＮ液晶パネル
２２…上側反射型偏光シート
２３…下側反射型偏光シート
３０、３７、６０、７１〜７４…バックライト
３１…ＬＥＤ
３２…散乱シート
３３…拡散板
３４…反射シート
５１…映像処理エンジン
５２…光源信号発生回路
５３…映像信号補正回路
５４…表示パネル駆動回路
５５…光学シャッター駆動回路
５６…バックライト駆動回路
６１…白色ＣＣＦＬ
７５…指向性シート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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