(57)【要約】液晶ディスプレイのフリッカを減少させる方法および装置。フレーム別に構成される画像情報によって変調される光ビームが生成される。偶数、奇数フレームとして設計された交番するフレームにおいて、光ビームは共通電極に関する相補電圧を使用して変調される。時間的な、偶数フレームと奇数フレームとにおける平均変調の差が決定される。この差は、時間的な平均変調の差がゼロになるように共通電極の電位を調整するために使用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の偏光を有する光を透過し、第２の偏光を有する光を偏向させるためのビームスプリッタと、
画素マトリックス状に接続される複数の画素素子を含む液晶ディスプレイドライバであって、各画素素子は共通電極と画素電極とそれらの間に配置された液晶層とを有し、すべての画素素子は一つの共通の透明電極を共用し、前記液晶ディスプレイドライバは前記ビームスプリッタからの光を受光するために存在し、前記液晶ディスプレイドライバは更に前記画素素子を使用して、インタレースされる偶数フレーム内と奇数フレーム内の画像情報にしたがって前記受光した光を変調するために存在し、偶数フレーム時の変調は前記共通電極上の共通電極電圧と前記画素電極上の第１の蓄積電圧との間の電位差に依存し、前記第１の蓄積電圧は偶数フレーム内の第１のランプの電位を選択的に蓄積することによって生成され、奇数フレーム時の前記変調は前記共通電極電圧と前記画素電極上の第２の蓄積電圧との間の電位差に依存し、前記第２の蓄積電圧は奇数フレーム内の第２のランプの電位を選択的に蓄積することによって生成される液晶ディスプレイドライバと、
前記変調された光ビームを光学的に修正するためのレンズ系と、
前記光学的に修正された光ビームによって生成される画像を表示するための観察スクリーンと、
前記変調された光ビームの一部分を受光して前記受光した部分に依存するセンサ信号を生成するための光センサと、
前記センサ信号を受け取って、前記偶数フレームの変調と前記奇数フレームの変調とが同じ平均変調を有するように前記センサ信号に応答して前記共通電極電圧を調整するための補正回路と、
を備える、液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記光センサは前記ビームスプリッタ内に反射する前記変調された光ビームの一部分を受光する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
前記光センサは前記レンズ系によって反射された前記変調された光ビームの一部分を受光する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記光センサは前記観察スクリーンによって反射された前記変調された光ビームの一部分を受光する、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記補正回路は前記センサ信号を増幅するための増幅器を含む、請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記補正回路はフレーム同期信号に接続された同期検出器を含み、前記同期検出器は前記偶数フレーム内と前記奇数フレーム内の平均変調間の、前記増幅されたセンサ信号の差を検出する、請求項５に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記補正回路は前記検出された差の高周波成分を濾波するための低域フィルタを更に含む、請求項６に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項８】
前記補正回路は前記検出され濾波された差に基づいて前記共通電極電圧を調整するための誤差補正ネットワークを含む、請求項７に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記誤差補正ネットワークは基準信号を受け取る、請求項８に記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項１０】
液晶ディスプレイ装置のフリッカを減少させる方法であって、
共通電極と複数の画素電極との間の第１の電位差を使用して光ビームの偏光を変調することによって偶数フレーム内に変調された光ビームを生成することと、
共通電極と複数の画素電極との間の第２の電位差を使用して光ビームの偏光を変調することによって奇数フレーム内に変調された光ビームを生成することと、
偶数フレーム内の前記変調された光ビームと奇数フレーム内の前記変調された光ビームとを一つの光学系を通過させることと、
前記光学系を通過した前記変調された光ビームを観察スクリーン上に画像形成させることと、
偶数フレームの前記変調された光ビームと奇数フレームの前記変調された光ビームとの一部分を感知することと、
偶数フレームの前記変調された光ビームと奇数フレームの前記変調された光ビームとが同じ平均変調を有するように、前記共通電極上の基準電極電位を調整するために前記感知された部分を使用することと、
を備える、方法。
【請求項１１】
前記光学系は偶数フレームの前記変調された光ビームと奇数フレームの前記変調された光ビームとをビーム分割して光学的に処理する、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ装置のフリッカを減少させる方法。
【請求項１２】
前記感知された部分を使用することは前記感知された部分を増幅することと同期的に検出することとを含む、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ装置のフリッカを減少させる方法。
【請求項１３】
偶数フレームの前記変調された光ビームと奇数フレームの前記変調された光ビームとの一部分を感知することは前記光学系から反射された光を集光することを含む、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ装置のフリッカを減少させる方法。
【請求項１４】
偶数フレームの前記変調された光ビームと奇数フレームの前記変調された光ビームとの一部分を感知することは前記観察スクリーンから反射された光を集光することを含む、請求項１０に記載の液晶ディスプレイ装置のフリッカを減少させる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイに関する。本発明は更に、液晶ディスプレイのフリッカを減少させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を使用してカラー画像を生成することは良く知られている。このようなディスプレイは、カラーテレビにおけるような、フレームごとに更新される画像を生成するために特に有用である。典型的には各画像フレームは、カラーのサブフレームから、通常は赤、緑、青のサブフレームから構成される。
【０００３】
このようなＬＣＤシステムは、多数の個別液晶画素素子から構成される液晶ディスプレイパネルを使用している。これらの画素素子は、画素行と画素列とからなるマトリックス状に構成されることが有益である。所望の画像を生成するために個別の画素素子は、画像情報にしたがって変調される。典型的には画像情報は、各フレーム周期内でアドレス指定される各画素行によって行ごとに個別画素素子に与えられる。
【０００４】
画素素子マトリックスアレイは好ましくは、各画素素子がこのようなスイッチング素子のマトリックスの一つのアクティブなスイッチング素子に接続されているという点で「アクティブ」である。一つの特に有用なアクティブマトリックス液晶ディスプレイは、反射型アクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＲＬＣＤ）である。ＲＬＣＤディスプレイは典型的には、シリコン基板上に製作されており、ツイステッドネマティック（ＴＮ）効果に基づいていることが多い。アクティブスイッチング素子としては通常、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が使用される。このようなＲＬＣＤディスプレイは、ＴＦＴとそれらの相互接続とがシリコン基板上に集積できるので、高い画素密度を維持できる。
【０００５】
図１は、典型的な既知のＲＬＣＤの１個の画素素子１０を模式的に示す。画素素子１０は、透明電極１４と画素電極１６との間に配置されたツイステッドネマティック液晶層１２からなる。便宜上、図１は共通接地に接続された透明電極を示している。しかしながら実際には透明電極は通常、約＋７ボルトにバイアスされている。更に記憶素子１８が相補データ端子２０、２２に接続されている。記憶素子は制御端子２４上の制御信号を受け取る。「書込み」制御信号に応答して記憶素子１８はデータ端子２０、２２のうちの一方の上の電圧を選択的にラッチし、信号線２６を介してそのラッチした電圧を画素電極１６に印加する。データ端子２０、２２の電圧は互いに相補的である。すなわちもし透明電極が接地されていれば、一方の線が＋２ボルトのとき他方は−２ボルトである。
【０００６】
なお図１を参照すれば、引き続き更に詳細に説明するように、液晶層１２は液晶層１２にかかる電圧に依存する偏光回転量だけ光３０の偏光を回転させる。理想的には画素素子１０は、偏光回転が信号線２６上のラッチされた信号の大きさにのみ依存するという点で対称である。連続するフレームで相補的信号を交替させることによって液晶層１２上の望ましくない電荷は防止される。もし単に一つだけの極性が使用されると、透明電極１４と液晶層１２と画素電極１６とによって形成されるコンデンサ上にイオンが形成されるであろう。このような電荷は、画素素子１０にバイアスをかけるであろう。こうして画素素子は、連続するフレーム周期内で相補的信号によって駆動される。このようにしてこれらのフレーム周期は、跳び越し（インタレース）される偶数、奇数フレームによって偶数フレームと奇数フレームとにグループ分けされる。
【０００７】
光３０は、外部光源（図示せず）からの非偏光の入射光３２から引き出される。非偏光の光は、第１の偏光子によって偏光化されて光３０を形成する。光３０は、透明電極１４と液晶層１２とを通過し、画素電極１６で反射し、液晶層１２を再通過し、透明電極１４を通過して第２の偏光子３６に向けられる。液晶層１２を二度通過する間に光ビームの偏光は、信号線２６上の電圧の大きさにしたがって回転する。第２の偏光子３６の偏光方向に平行な光３０の部分だけがその偏光子を透過する。この透過した部分は信号線２６の電圧に依存する偏光回転量に依存するので、この信号線の電圧は、画素素子を出る光の強度を制御する。
【０００８】
記憶素子１８は典型的には、薄膜トランジスタスイッチに接続されたコンデンサである。薄膜トランジスタのゲート電極に制御信号が印加されると、そのトランジスタはオンになる。それからこの薄膜トランジスタのソースに印加された電圧は、薄膜トランジスタを通過してコンデンサを充電する。制御信号が除去されると、薄膜トランジスタはオープンになって、コンデンサ電位は画素電極１６に蓄積される。
【０００９】
図２は、既知の画素素子マトリックスを模式的に示す。図示のように、複数の画素素子は、各々が関連のスイッチング薄膜トランジスタと記憶コンデンサとを有し、行（水平方向）と列（垂直方向）からなるマトリックス状に配置されている。簡単のためにマトリックスアレイの小部分だけが図示されている。実際には多数の行、例えば１２９０行と多数の列、例えば１０２４列とが存在する。図２を参照すると、１行の画素素子は、ゲート線、すなわちゲート線４０ａ、４０ｂ、４０ｃにゲート（スイッチ）制御信号を印加することによって一緒に選択される。ランプ源４１から線４２を介して透明電極１４に一定電圧（画素素子すべてによって共有される）が印加される。更にランプ源４１は、線２０、２２（これらもすべての画素素子１０によって共用されている）に相補的ランプ信号を印加する。更に列選択線４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、画素素子１０の動作を制御する。
【００１０】
１行の画素素子は、ゲート線４０ａから４０ｃのうちの適当な一つに信号を印加することによって選択される。これは、その行の画素素子すべてをオンにする。それからランプ源４１は、線２０または線２２のいずれか（どちらの線が使用されるかはフレームごとに変わる）にランプを印加する。このランプは、選択された行の記憶コンデンサのすべてを充電し始める。その他の行は励起されないので、ランプ源はその他の画素のオフ状態のコンデンサを充電するだけである。ランプ電圧が特定の画素に関して所望の状態に達すると、その特定の画素素子１０に関する列選択線（４６ａから４６ｃ）電圧はその画素スイッチをオフにする。それからその特定の画素素子１０がオフになったときに存在していたランプ電圧は、その素子の記憶コンデンサに蓄積される。一方、ランプ電圧は、すべての列選択線（４６ａから４６ｃ）によって、関連する画素素子でランプ電圧が保持されるようになるまで上昇し続ける。その後、画素素子の新しい行が選択され、上記プロセスがもう一度始まる。すべての行が選択された後に、上記プロセスが新しいフレーム周期内でもう一度始まり、この時は前のランプの相補分を使用する。上述のプロセスは一般に良く知られており、典型的には、ポリシリコンおよび／またはアモルファスシリコンについての半導体加工技術を使用して共通の基板上に製造されることが有益であるディジタルシフトレジスタとマイクロコントローラと電圧源とを使用して実施される。
【００１１】
ＲＬＣＤディスプレイは一般的には成功しているが、それらには問題もある。例えば実際には画素素子は、光３０の偏光回転が対称でないという点で理想的でない。すなわち＋１ボルト信号は、必ずしも−１ボルト信号と同じ回転を生成しない。この非対称性の背後にある物理学的原理は十分には理解されていないが、この現象に関する一つの説明は、液晶層１２と透明電極１４と画素電極１６とが相互作用して、透明電極に関して画素電極１６にバイアスをかけるバッテリーを形成することであると思われる。この問題を複合化するのは、このバイアスが時間や温度に関して一定でないということと、バイアスが製造時のばらつきによって変化するということである。その結果は、直流電圧のオフセットを生じさせるイオンの動きとなる。この直流電圧オフセットは、階調歪みを生じさせ、達成可能な階調範囲を制限する。
【００１２】
更に、このバイアスオフセットが表示画像の強度に「フリッカ」を引き入れることは既知のＲＬＣＤディスプレイの問題である。視覚的フリッカは人間の目がフリッカを知覚しないようにフレームレートを増加させることによって最小化できるが、それでもなおフリッカはコントラスト、強度、色調といったＬＣＤディスプレイの基本的性能パラメータに不利な影響を及ぼす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって本発明の目的は、フリッカが減らされた液晶ディスプレイ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、独立請求項１に記載の液晶ディスプレイ装置によって達成される。この装置の更に有利な実施形態は、従属請求項２から９に記載されている。本発明の更なる目的は、液晶ディスプレイ装置のフリッカを減少させるための方法を提供することである。この目的は、独立請求項１０に記載の方法によって達成される。更に有利な実施形態は、方法の従属請求項１１から１４に記載されている。本発明の原理によれば、光ビームはフレームごとに構成される画像情報によって変調される。偶数、奇数フレームとして設計された交番フレームにおいて、この光ビームは共通（透明）電極に関して取られる相補電圧を使用して変調される。それから、偶数フレームと奇数フレームとにおける時間的な平均変調の差が決定される。その後、この差を使用して時間的な平均変調差がゼロになるように共通電極の電位が調整される。
【００１５】
本装置は、第１の偏光を有する光を透過させて、第２の偏光を有する光を偏向させるためのビームスプリッタを含む。このビームスプリッタからの偏光は、画素マトリックス状に接続された複数の画素素子を含む液晶ディスプレイドライバによって変調される。各画素素子は共通電極の一部と画素電極とこれらの間に配置された液晶層とを含んでいる。この液晶ディスプレイドライバは、偶数、奇数フレーム別に、受光した光を変調して変調済み光ビームを生成する。それからこの変調済み光ビームは、変調済み光ビームを光学的に修正する光学系を通して方向付けされる。それからこの光学的に修正された光ビームは、観察スクリーン上に表示される。光センサは、この変調済み光ビームの一部分を受光してセンサ信号を生成する。このセンサ信号は、偶数、奇数フレーム内の光ビームの平均変調の差を感知するために補正回路によって使用される。それからこの補正回路は、番号付けされた偶数フレームの変調と番号付けされた奇数フレームの変調とが同じ平均変調を持つように共通透明電極電位を調整する。
【００１６】
本発明の更なる特徴と利点は、下記の説明に開示され、また部分的にはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施によって知ることができるであろう。本発明の目的と他の利点は、明細書とその請求項ならびに添付の図面に特に指摘された構成によって実現され、達成される。
【００１７】
前述の一般的説明と下記の詳細説明の両者とも、例示的説明的なものであって、請求されるような本発明の更なる説明を与えることを意図していることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の例示された実施形態への参照が詳細に行われる。その例が添付の図面に用意されている。この実施形態は、液晶画素素子直流バイアスおよび／または画素素子フリッカ誘発問題に関する修正手法を示している。
【００１９】
図３は、本発明の原理によって取り扱われる問題の説明を助ける例示的な画素素子駆動電位対時間を示す。図３は、「理想的」基準電圧１０２を示す。理想的基準電圧は、正の電位１０４と負の電位１０６との中間点を表わし、図１、２の共通透明電極１４と画素電極１６とにかかる理想的平均電圧である。更に正電位１０４と負電位１０６は、図１、２の線２２、２０に印加されるそれぞれの電位を表す。例えば理想的基準電圧は＋７ボルトであるかもしれないが、正電位１０４と負電位１０６のランプピークはそれぞれ＋１２ボルトと＋２ボルトに達するかもしれない。
【００２０】
特に図３のグラフＡを参照すると、修正無しでは理想的基準電圧は、共通透明電極１４と画素電極１６と液晶層１２（図１参照）とによって形成されるバッテリーの電位によって歪まされている。この電位は結果的に、実際の基準電位１０８になる。このようにして画素素子１０が一つのフレーム内で正電位１１０を蓄積した後に、上記画素素子は、次のフレームの間にこの正電位の大きさとは異なる大きさを持つ負電位１１２を蓄積する。特にグラフＡは、理想的基準値にバッテリー電位が加算されるときに何が起きるかを示している。さてグラフＢに転じてみると、理想基準値からバッテリー電位が減算されると、同様の結果が起きている。この場合、実際の基準電位１１４が発生している。
【００２１】
バッテリー電位を補償するためには、二つの要因、必要な補償の大きさと必要な補償の方向が必要とされる。バッテリー電位変化はゆっくりと、典型的には数十分あるいは数時間という期間に亘って起こる傾向があることは指摘されるべきである。したがって迅速な修正は必要とされない。必要な修正の大きさは光センサだけで測定できることは指摘されるべきである。しかしながら同期復調は、「理想的」電圧を修正するための大きさだけでなく適正な方向も自動的に抽出できる。更に修正方向は、具体的なシステムに依存する。ある幾つかのシステムでは増加した電位は暗さを増加させるであろうが、他のアプリケーションでは増加した電位は暗さを減少させるであろう。同期復調器は、いずれのシステムをも正しく補償するように駆動できる。
【００２２】
図４、５は、バッテリー電位を補償する手法を模式的に示す。さて特に図４に転じてみると、典型的なＲＬＣＤ１５０は、図１、２に示すような画素素子と画素素子マトリックスとを含む液晶ディスプレイドライバ１５２と偏光ビームスプリッタ１５４と光源１５６とレンズ系１５８と観察スクリーン１６０とを含んでいる。本発明の原理によるＲＬＣＤは、反射光を集光する少なくとも一つの光センサ１６２と補正回路１６３とを更に含む。図４は、Ａ、Ｂ、Ｃとラベル付けされた３個の光センサ１６２を示しているが、１個だけが必要とされる。しかしながら反射光を集光するために良好な場所が３箇所存在する。一つは観察スクリーン１６０から離れており、もう一つはレンズ系１５８から離れており、残りは偏光ビームスプリッタ１５４のビームスプリッタから離れている。
【００２３】
動作に際して光１５６は、偏光ビームスプリッタ１５４を透過してディスプレイ１５２に達する。ディスプレイ１５２は、光１５６の偏光回転を変化させ、その光を逆に反射して偏光ビームスプリッタ１５４を通す。正しい偏光を有する光１５６の部分は偏光ビームスプリッタ１５４からレンズ系１５８に向けられる。この光の一部は、ビームスプリットで反射される。この反射された光は、光センサ１６２によって集光できる。レンズ系１５８は、その到来する光を光学的に処理してその光を観察スクリーン１６０に向ける。この光の一部はレンズ系１５８によって反射され、また観察スクリーン１６０によって反射される。このような反射光は光センサ１６２によって集光できる。
【００２４】
図５は、補正回路１６３による光センサ１６２からの信号の処理を示す。光センサ１６２は、その集光した光を増幅器１７０によって増幅される電流に変換する。この増幅器の交流出力は、比較的高い周波数成分を有し、コンデンサ１７２を通過して同期検出器１７４に達する。この検出器はまた、入力１７８のフレーム同期信号も受け取る。このフレーム同期信号は、ディスプレイフレームレートと整合する。こうして一つのフレーム周期内でフレーム同期信号は、スイッチＡを閉じてスイッチＢを開き、次のフレーム周期でフレーム同期信号はスイッチＢを閉じてスイッチＡを開く。その結果は、交番する周期内で光センサ１６２によって集光される光の強度の差に依存する「誤差信号」となる。
【００２５】
この誤差信号は高い周波数成分を含むことができるので、同期検出器１７４からの誤差信号は、フィルタ１８０によって低域濾波される。フィルタ１８０の出力は、増幅器１８２によって増幅される。増幅された誤差信号はそれから、加算回路１８４に印加される。加算回路１８４はまた、線１８８上の基準電位も受け取る。加算回路１８４は、透明電極１４（図１、２を参照）に印加される電位を調整する制御信号を線１９０に出力する。もし誤差信号が存在すれば、加算回路１８４は、透明電極１４に印加される電位がこの誤差信号を減少させるような方向に線１９０上の制御信号を調整する。誤差信号がゼロになると、透明電極１４に印加される電位は、正、負のランプ間の中心に来る。これは、フリッカを減少させ、階調を増加させ、コントラストを改善する。
【００２６】
本発明の精神あるいは範囲から逸脱せずに本発明に種々の修正と変形の実施が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。したがって本発明の修正と変形が特許請求の範囲とそれらに均等な事項の範囲内に入る場合に、本発明が本発明の修正と変形とをカバーするが意図される。
【００２７】
本発明の更なる理解を与えるために含まれ、組み入れられており、また本出願書の一部を構成する付属図面は、本発明の原理を図示し、その説明を助けている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来技術の反射型液晶画素素子を模式的に示す図。
【図２】画素素子マトリックスからなる従来技術のＬＣＤディスプレイを模式的に示す図。
【図３】例示的な画素素子駆動電位を示す図。
【図４】本発明の原理を組み入れた反射型液晶ディスプレイを模式的に示す図。
【図５】図４に示す反射型液晶ディスプレイで使用される電子回路を模式的に示す図。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005505006.tif 000024
【国際調査報告】
2005505006.tif 000025
2005505006.tif 000026
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