(57)【要約】【課題】構成が比較的簡単でコストをかけることなく動画ぼけや画質劣化を生じないようにした液晶表示装置の照明装置を提供する。【解決手段】液晶パネルの被照射領域が表示画像の走査信号に同期する光源を有するように構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶パネルの被照射領域が表示画像の走査信号に同期する光源を有する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
該光源は、周囲に回転速度が可変な遮光機構を有する
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
該光源は、該液晶パネルとの間に反射鏡を有し、
該反射鏡は、回転速度が可変な多面体からなり、回転することによって該液晶パネルの被照射領域を移動させるものである
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
該光源と該液晶パネルとの間に第一の偏光板と第二の偏光板とを有し、
該第一の偏光板と該第二の偏光板との偏光角が一致しており、
該光源が照射する照射光のうち、該第一の偏光板の偏光方向と交叉する偏光は、該第一の偏光板で反射し、該光源に戻る
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
請求項１記載の照明装置を有する
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置の照明装置に関し、さらに詳しくは動画像の品質を向上させる反射型液晶表示装置の照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置の液晶パネルは、自身では発光しないので何らかの照明を必要とする。
液晶表示装置の照明方法には反射型、透過型、半透過型があるが、この中で反射型の液晶表示装置は液晶パネルの裏面または液晶パネルの内側に反射板を設けておき、外部からの光の反射を利用して表示を行っている。しかし、照明手段を内蔵していないので液晶本来の低消費電力という特長を生かすことができる反面、暗い場所では見にくいという欠点を持っている。
【０００３】
さらに、現在の液晶表示装置には動画表示時の動画ぼけや尾引き現象という問題がある。とくにＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：薄膜トランジスタ）等をスイッチング素子として各画素に備えたアクティブマトリクス型の液晶表示装置では、原理的に各画素に書き込まれた階調データが１フレーム期間中保持される。このようなホールド型の表示方式では、動画を表示させた際に、素早い画像変化に追従できずに画像のぼけや尾引きの現象が視認される画質劣化を生じることがある。
【０００４】
すなわち、ＴＦＴ型の液晶パネルで用いられる液晶にはＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ  ）、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ）、ＩＰＳ（Ｉｎ  Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）などのモードがあるが、応答速度は２５ｍｓ程度と比較的低速である。中間調での応答はさらに遅く、１００ｍｓ前後まで低下する。このため、動画像において物体の動きが数フレームにわたって遅延するので画質劣化が生じる。
【０００５】
そのため、スキャンバックライト方式では、たとえば画面を４分割し、液晶パネルの書き込みが完了し、比較的時間の経過したブロックだけバックライトを点灯させることによって、応答の途中である中途半端な輝度を持った画素を表示しないようにし、見た目の応答性を改善している。
暗い場所では見にくいという欠点を補う方式としては、導光板型フロントライト照明あるいはチルトアップ式フロントライト照明がある。
【０００６】
従来の液晶パネルの上に導光板型フロントライトを配置した反射型液晶表示装置の構成例を図７に示す。ここで、符号１は光源を、２は反射板を、３は導光板を、４は反射型液晶パネルをそれぞれ表している。
ここに見られるように、フロントライトは光源と導光板とからなり、光源から出た光は導光板の中を反射を繰り返しながら伝わり、液晶パネルの面に均一に到達する。光源としては冷陰極管または発光ダイオードが一般的に用いられ、光量の効率を上げるために光源の背面側には、内面に高反射率の膜を形成した反射板が設置されている。
【０００７】
この方式の照明は、表示領域を照明することができるが、フロントライトを用いずに外光で利用する場合には、逆にパネルの反射率を低下させるという問題がある。また、導光板はアクリル樹脂等で作られており、面積にもよるがかなりの重量となり、反射型液晶表示装置の特徴である薄型・軽量を生かすことができない。
【０００８】
このため、たとえば１２インチ程度のノート型パソコンでは、フロントライト方式の液晶表示装置はほとんど実用化されておらず、透過型液晶表示装置が主流である。
透過型バックライトでは、光利用効率をあげることのできるＤＢＥＦ（反射型偏光性フィルムの商品名で住友スリーエム製）やＰＣＦ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｆｉｌｍ、偏光分離機能を利用したフィルムの商品名で日東電工製）といったフィルムを液晶パネルの偏光板とバックライトとの間に設置することで、最大４０％近い輝度の改善を実現することができる。
【０００９】
しかし、この方式は従来の反射型フロントライトの場合には、反射板と導光板との間に偏光板が入っている構成のために有効ではない。
これは、バックライトの場合には、ＤＢＥＦやＰＣＦにより反射された偏光がバックライトに戻り、導光板の中で反射を繰り返した後に再び輝度に寄与するが、反射型の導光板の場合には反射光は導光板を通過して表示装置の表側に出射されるために、コントラストを低下させ、著しく表示品質を低下させてしまうからである。
【００１０】
また、スキャンバックライトは、ＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などの他の平面ディスプレイに比べて液晶表示装置が劣っている応答速度の問題を改善できる手段として注目されているが、適用可能なのは透過型液晶表示装置に対してだけであり、徐々に画質が改善されている反射型の液晶表示装置に対しては適用できない。
【００１１】
一方、従来の液晶パネルの上にチルトアップ式フロントライトを配置した反射型液晶表示装置の構成例を図８に示す。ここで符号５は反射板２と光源１とを支持する支持体を表している。なお、チルトアップ式フロントライトとは、液晶パネルを照射しないときにはライトを収納しておき、液晶パネルを照射するときに立ち上げて照明する、導光板を用いずに液晶の表示面側から液晶パネルを照射するタイプのフロントライトを意味している。
【００１２】
しかしこの方式は、液晶パネル全体を均一に照射するのが難しいという問題のために定着しなかった。
これらの問題に対し、たとえば複数の蛍光管と、複数の蛍光管を被覆する導光板と、導光板の光出射側に配置された表示パネルと、蛍光管を順次点灯させる駆動手段とを具備する表示装置、および反射型の表示パネルと、反射型の表示パネルの光入射側に配置されたマイクロレンズアレイとを具備し、反射型の表示パネルの画素電極の一部に光拡散領域が形成されている表示装置が開示されている。しかし、この表示装置は多数の蛍光管（発光素子）を必要とするだけでなく、構成が複雑であり、コストがかかるという問題がある（例えば特許文献１参照。）。
【００１３】
一方、透過型液晶表示装置では、液晶パネルの裏面に照明手段が配置されており、液晶パネルは光シャッタとして機能する。また、照明手段の違いにより、ＥＬ照明、ＦＬ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）照明の２つに分けられる。さらにＦＬ照明はその構造によりサイドライト型と直下型に分けることができる。
しかし、透過型液晶表示装置の場合は多数の光源が必要であるため、消費電力を低減することが課題である。
【００１４】
また、動画ぼけや尾引き現象という問題に対しては、光源の点灯時間を制御する方式の液晶表示装置とすることである程度の動画像輪郭劣化の発生を回避して動画表示特性を向上させることができるが、螢光管の本数が増えた時に走査の一周期中に占める各螢光管の発光時間が短くなり、輝度効率が低下して十分な輝度が得られず、また、透過型以外の形式の光源に対して同様に適用することが難しいという問題がある。
【００１５】
この問題に対し、たとえば光源を表示画像の走査信号の開始時間に同期させて点滅し、かつ同一レベルの輝度信号が供給される時に、液晶パネルの表示輝度が各フレーム間で輝度値の時間積分値が均等になるようにすることで動画像輪郭劣化を解消するようにした液晶表示装置が開示されている。
ここでは、液晶パネルをホールド型発光ではなくインパルス型発光とする必要があるため、液晶パネルの表示データ（画像データ）あるいは走査信号データに同期させたインパルス型として点滅させている。
【００１６】
しかし、光源の点灯時間を制御し、同時に輝度効率を低下させないためには、構成する光源として多数の線状ランプを必要とするので構成が複雑となり、コストがかかるという問題がある（例えば特許文献２参照。）。
また、半透過型液晶表示装置は、液晶パネルの裏面に反射性と透過性を合わせ持った半透過反射板を貼り付け、さらにその後ろに照明手段を配置し、明るいところでは照明を点灯して透過型として使うものである。しかし、反射型として用いた場合の視認性上げるためには反射率を高め、液晶としても透過率を上げる必要があるが、こうすることによりコントラストが低くなり視認性が劣るという結果になる。したがって、反射型と透過型の両方の性質を兼ね備えさせるのは困難なことである。
【００１７】
一方、たとえば発光輝度を変化させることができる少なくとも１つの光源と、光源からの光を射出する少なくとも１つの発光領域と、発光領域を所定の最大輝度で発光させる最大点灯状態と、最大輝度より低い所定の中間輝度で発光させる中間点灯状態とを切り替える光源制御系とを有する、アクディブマトリクス型の液晶表示装置の表示領域を照明する照明装置が開示されている（たとえば出願番号２００２−３１４９５５参照。）。
【００１８】
この照明装置では、バックライト型においては動画表示時の動画ぼけや尾引き現象を改善することはできるが、構成が複雑となり、コストがかかるという問題がある。
【００１９】
【特許文献１】
特開２０００−３２１９９３号公報  （第１９〜２１頁、第１図および第３６図）
【００２０】
【特許文献２】
特開２００１−１０８９６２号公報  （第９頁、第３図）
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、暗い場所でも見やすく、構成が比較的簡単でコストをかけることなく動画ぼけをなくし、かつ薄型化が可能な反射型液晶表示装置の照明装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上に述べた課題は、本発明の請求項１によれば、液晶パネルの被照射領域が表示画像の走査信号に同期する光源を有する照明装置とすることで達成される。
すなわち、光源による液晶パネルの被照射領域が、表示画像の走査信号に同期して移動する照明装置としている。この構成とすることで液晶パネルを走査信号に同期して照明することができ、動画表示時の動画ぼけや尾引き現象を改善することができると同時に、光源が１本で済むため、軽量・薄型とすることができる。  また、上に述べた課題は、本発明の請求項２によれば、該光源は、周囲に回転速度が可変な遮光機構を有する請求項１記載の照明装置とすることで達成される。
【００２３】
すなわち、光源の周囲に回転速度が可変な遮光機構を構成している。この構成とすることで、液晶パネルを表示画像の走査信号に同期して移動する照明が光源と液晶パネルとの距離に応じて光量を変化させるように遮光機構の回転速度を周期的に変化させることで、照明位置に応じた光量とすることができ、光源と液晶パネルとの距離に応じて光の照射面積が変化することによる照射強度の変化を抑えることが可能となる。
【００２４】
たとえば、点光源の場合には、原理的には距離の二乗に反比例して暗くなるので、照射位置に応じて光源の輝度を変えて補正する。たとえば光源がＬＥＤの場合には、電流を変化させることで容易に実現することができる。
また、上に述べた課題は、本発明の請求項３によれば、該光源は、該液晶パネルとの間に反射鏡を有し、該反射体は、回転速度が可変な多面体からなり、回転することによって該液晶パネルの被照射領域を移動させるものである請求項１記載の照明装置とすることで達成される。
【００２５】
すなわち、光源は、液晶パネルとの間に多面体からなる回転速度が可変な反射鏡を有するように構成している。この構成とすることで、液晶パネルを表示画像の走査信号に同期して移動する照明が、光源と液晶パネルとの距離に応じて光量を変化させるように、反射鏡の回転速度を周期的に変化させることで、照射位置に応じた光量とすることができる。
【００２６】
また、上に述べた課題は、本発明の請求項４によれば、該光源と該液晶パネルとの間に第一の偏光板と第二の偏光板とを有し、該第一の偏光板と該第二の偏光板との偏光角が一致しており、該光源が照射する照射光のうち、該第一の偏光板の偏光方向と交叉する偏光は、該第一の偏光板で反射し、該光源に戻る照明装置とすることで達成される。
【００２７】
すなわち、光源と液晶パネルとの間に介在させた第一の偏光板と第二の偏光板との偏光角を一致させておくことで、光源が照射する照射光のうち、第一の偏光板の偏光方向と交叉する偏光を第一の偏光板で反射して光源に戻るようにし、反射を繰り返して偏光角が一致したときに出射するようにすることで、光の利用効率を高めることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔実施例１〕
図１は、本発明の原理を示す説明図である。ここでは反射型液晶パネルの断面図を８分割し、２ブロックづつを書き換える例を示している。すなわち、図１ａは向かって左から５，６  番目のブロックを、１ｂは向かって左から７，８番目のブロックを、１ｃは向かって左から１，２番目のブロックを、１ｄは向かって左から３，４番目のブロックを、それぞれ書き換えているところを示している。これらは、それぞれ１／４フレーム時間の経過に対応している。
【００２９】
また、図２は、本発明によるチルトアップ式フロントライトを用いた反射型液晶表示装置の照明装置の主要断面等を示す図であり、図２ａは光源の一例として用いたチルトアップ式フロントライトの断面図を、図２ｂは遮光機構６の回転により照射光の方向が移動していく様子を示す図を、図２ｃは反射型液晶表示装置の断面図をそれぞれ示している。  符号６は光源の周囲を回転するスリットを有する遮光機構を、７は超小型モータを、８は液晶表示装置の筐体をそれぞれ表している。  なお、従来例での符号と一致するものは同じ番号で示している。
【００３０】
この遮光機構６は、液晶パネルの書き換えと同期して回転するように構成している。この構成とすることにより、遮光機構６が回転するとスリットの位置は回転に伴って変化していくので、反射板２の開口部にあるスリットから外に取り出される光は、液晶パネル４をスキャンするように被照明領域を移動することができる。
【００３１】
また、遮光機構６の内側を反射板２と同様に高反射率の膜を、たとえばめっきで形成しておくことにより、光の利用効率を高めることができる。
なお、図２ａに示す例のように、遮光機構６に、たとえば４つのスリットを取り付けると、遮光機構６を回転させる光源の支持体付近に取り付けたたとえば図２ｂに示す超小型モータ７は、６０Ｈｚで液晶パネルを書き換えるには１秒間に１５回、すなわち毎分９００回転で回ることになる。また、遮光機構６は、液晶パネルの書き換えのタイミングと同期するように構成している。
【００３２】
光源１は、スキャンが容易になるように、液晶パネルの長辺方向に平行に配置された線光源であることが好ましい。
〔実施例２〕
図３は、光源と液晶パネルとの間に回転する反射鏡を有し、反射鏡が回転することで光源による液晶パネルの被照射領域が移動する反射型液晶表示装置の照明装置の第二の実施例を示す図である。
【００３３】
符号９は反射鏡であり、線状である光源１の長手方向と平行な回転軸を有している。ここでは、一例として断面が正六角形である反射鏡を示した。
この実施例の構成とすることで、チルトアップ式フロントライトとは異なり、光源からの光を回転する反射鏡に当てることで方向を変える構成としたものである。こうすることで、支持体に取り付けた照明装置をさらに簡単な構成とすることができる。
【００３４】
反射体の構成は例示した形状に限らず、回転する反射鏡ではなく、たとえば弾性体に取り付けた反射鏡をカム機構で駆動する構成など、種々の変形が可能である。
なお、反射鏡９と図示しない液晶パネルとの距離によって液晶パネルの光の照射面積が変化するために照射強度が変化する。たとえば点光源の場合には距離の二乗に反比例して暗くなり、また線光源の場合には距離に比例して暗くなる。
【００３５】
このため、照射位置に合わせて光源の輝度を変化させるように、レンズや反射鏡などの補正光学系を用いて均一な照射強度とする構成の一例を図４に示す。ここで、符号１２は補正レンズを示している。
すなわち、遠くを照射するときには光を収束させることで、照射範囲を狭めて輝度を均一化させることができる。
【００３６】
図５は、照射光量を調整する方法を示す図である。光源が冷陰極管の場合には、ここに示すように電圧印加のパルスと液晶パネルのフレーム周期とを一致させ、印加電圧パターンを発光光量が均一になるようにすることで、１フレーム内の照射光量を調整することができる。
また、印加電圧パターンではなく、電圧を変動させることによっても同様の効果が得られることは自明である。
【００３７】
液晶の書き込みは一定速度で行われるため、照射位置も液晶パネルの表面で一定の速度で動くことが望ましい。したがって反射鏡を一定速度で回転させると、書き込み速度は液晶パネルの被照射位置が遠いほど早く、また近いほど遅くなってしまうので、被照射位置の移動速度が一定となるように、反射鏡の回転速度を周期的に変化するように構成することが望ましい。
【００３８】
〔実施例３〕
図６は、光源から出射される光を偏光方向で分離し、偏光方向が一致しない光を光源側に反射させる反射型液晶表示装置の第三の実施例を示す図である。符号１０は第一の偏光板を、１１は第二の偏光板をそれぞれ示している。
光源１と反射型液晶パネル４との間に第一の偏光板１０および第一の偏光板１０の偏光角と一致する偏光面を有する第二の偏光板１１を置くように構成する。これにより光源が照射する照射光のうち、第一の偏光板１０の偏光方向と一致しない偏光を第一の偏光板１０で反射させて光源に戻し、反射を繰り返すことで偏光角が一致したときに出射するので、光の利用効率を高めることができるという効果を生じる。
【００３９】
以上、反射型液晶表示装置の照明装置および反射型液晶表示装置について説明したが、本照明装置は透過型液晶表示装置または半透過型液晶表示装置に適用することもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、液晶パネルの被照射領域が表示画像の走査信号に同期する光源を有するように構成することにより、液晶パネルを走査信号に同期して移動する照明装置とすることができ、動画表示時の動画ぼけや尾引き現象を改善することができると同時に、光源が１本で済むため、軽量・薄型とすることができるという効果を生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を示す説明図。
【図２】本発明によるチルトアップ式フロントライトを用いた反射型液晶表示装置の照明装置の主要断面等を示す図。
【図３】反射型液晶表示装置の照明装置の第二の実施例を示す図。
【図４】補正光学系を用いて均一な照射強度とする構成の一例を示す図。
【図５】照射光量を調整する方法を示す図。
【図６】反射型液晶表示装置の照明装置の第三の実施例を示す図。
【図７】従来の導光板型フロントライトを配置した反射型液晶表示装置の構成例を示す図。
【図８】従来の液晶パネルの上にチルトアップ式フロントライトを配置した反射型液晶表示装置の構成例を示す図。
【符号の説明】
１  光源
２  反射板
３  導光板
４  反射型液晶パネル
５  支持体
６  遮光機構
７  超小型モータ
８  液晶表示装置の筐体
９  反射鏡
１０  第一の偏光板
１１  第二の偏光板
１２  補正レンズ
【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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