(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示可能な複数の画素を有する画像表示手段と、該画像表示手段に複数色の光を切り替えて照射する光照射手段とを有し、該光照射手段により照射される光の色に対応して、前記複数の画素の画像表示制御を行う画像表示装置において、
前記画像表示手段は、色信号が順次転送されることにより順次光学応答を開始する前記複数の画素を有するものであり、
前記光照射手段は、照射する前記複数色の光を全ての画素に対して同時に切り替えるものであり、
前記光照射手段によって第１の照射光が照射される期間の少なくとも一部は、該第１の照射色に対応した色信号を前記画素に転送する第１の転送フィールド期間とは異なる、第２の照射色に対応した色信号を前記画素に転送する第２の転送フィールド期間内にあって、
更に前記光照射手段は、前記第１の転送フィールド期間内における最後の画素に該色信号が転送され、該最後の画素の液晶の光学応答が終了してから前記第１の照射色を点灯させると共に、
前記第２の転送フィールド期間内における最初の画素に前記第２の照射色に対応した色信号が転送され、該最初の画素の液晶の光学応答が終了する前に前記第１の照射色を消灯させる
ことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記第２の転送フィールド期間とは、前記第１の転送フィールド期間の次に続く転送フィールド期間であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記第２の転送フィールド期間とは、前記第１の転送フィールド期間の次の次に続く転送フィールド期間であることを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
液晶表示可能な複数の画素を有する画像表示手段と、該画像表示手段に複数色の光を切り替えて照射する光照射手段とを有し、該光照射手段により照射される光の色に対応して、前記複数の画素の画像表示制御を行う画像表示装置において、
前記光照射手段によって第１の照射光が照射される期間の少なくとも一部は、該第１の照射色に対応した色信号を前記画素に転送する第１の転送フィールド期間の次の次に続く転送フィールド期間であって、第２の照射色に対応した色信号を前記画素に転送する第２の転送フィールド期間内にあり、
前記光照射手段は、前記第１の転送フィールド期間内における最後の画素に該色信号が転送され、該最後の画素の液晶の光学応答が終了してから前記第１の照射色を点灯させると共に、
前記第２の転送フィールド期間内における最初の画素に前記第２の照射色に対応した色信号が転送され、該最初の画素の液晶の光学応答が終了する前に前記第１の照射色を消灯させる
ことを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像表示装置に関し、特に、液晶表示装置におけるカラー表示に好適に用いられる画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置において、カラー画像表示を行う場合、各画素毎にカラーフィルタ（例えば、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青））を配置し、白色光源を常時点灯し、空間的に色合成を行うのが一般的である。しかしながら、この方法によると、１絵素を３分割する必要があるため、画素ピッチの高精細化が要求される。また、カラーフィルタ層は、原理的に白色光源光量の１／３程度しか利用できない（実質的には１／４くらいといわれている）ため、透過率が上がらない、また、カラーフィルタ層形成のためのコストも高い。
【０００３】
このような問題点を解決するために、同一絵素を時間的に３分割し、ＲＧＢ各色光源の単色発光に同期させて液晶光シャッターを開閉することで色合成を行う方法が開発されている（この方法を光源切替え法と呼ぶ。）。
【０００４】
光源切替え法は、カラーフィルタが不要であり、１絵素を３分割する必要もないことから、明るく、高解像な画像を実現できる可能性がある（例えば、月刊 LCD Intelligence、1997年、８月号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図５に、従来の光源切替え法による液晶表示素子の駆動タイミングを示した。
【０００６】
Ｒに対する映像表示を行う場合について考える。従来は、Ｒ表示フィールド内（図５の５０２）で、各画素へのＲ信号転送（図５の５０５）及びＲ光源点灯（図５の５０６）を行う。すなわち、１つのフィールド期間を、映像信号転送期間と映像表示期間の２つに分ける方法が取られている。しかも、通常、画面輝度を上げるため、表示期間の方が長い。
【０００７】
このため、映像信号を各画素に転送する期間が短くなり、高速で信号を転送する必要が生じる。このため、単結晶Ｓｉ（バルクウエハやＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板）上に形成したトランジスタを転送回路に用いることが求められる。しかし、基板そのもののコストが高いことや基板サイズに制約があることから、表示装置の大型化や低コスト化に対応することは難しい。
【０００８】
さらに、従来の方法では、映像信号の転送が終了してから、液晶が、その映像信号レベルに応じた光学状態になるまでの時間（応答時間）が短いことが求められる。現在、液晶表示装置にもっとも一般的に用いられているＴＮ（Twisted Nematic）液晶の応答速度は、数ｍｓｅｃ．〜数１０ｍｓｅｃ．のオーダーであり、信号転送フィールドと同一フィールド期間内に表示をすることは困難である。このため、従来は、応答速度の速いＦＬＣ（強誘電液晶）が用いられてきた。しかしながら、ＦＬＣは、一般には、光学的に２値（白と黒）しかとらないため、カラー表示に欠かせない階調表示をするために、信号の転送回数を複数回にわけ、各々の信号転送時に白または黒のどちらかを表示し、転送回数分だけの階調表現をとる手法が用いられている。このため、信号転送スピードは、更に高速化を要求される。例えば、階調１ビット当り０．５ｍｓｅｃ．前後で信号転送される。
【０００９】
信号転送スピードの高速化は、単に、ＬＣ（液晶）スイッチングトランジスタの高速化だけではなく、映像信号を処理する回路や駆動パルスを発生させる回路をも高速化する必要が生じる。また、ＬＣの駆動には、一般に１０［Ｖ］以上の高電圧が必要であり、そのような高電圧駆動回路を高周波数で動作させると、消費電流の増大や発熱などの問題が生じる。
【００１０】
上述のように、現状では、比較的応答速度の遅いＬＣ材料を用い、かつ、転送速度も遅い駆動回路を用いて光源切替えによるカラー液晶表示装置を実現することは困難と考えられていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決する本発明の画像表示装置は、液晶表示可能な複数の画素を有する画像表示手段と、該画像表示手段に複数色の光を切り替えて照射する光照射手段とを有し、該光照射手段により照射される光の色に対応して、前記複数の画素の画像表示制御を行う画像表示装置において、前記画像表示手段は、色信号が順次転送されることにより順次光学応答を開始する前記複数の画素を有するものであり、前記光照射手段は、照射する前記複数色の光を全ての画素に対して同時に切り替えるものであり、前記光照射手段によって第１の照射光が照射される期間の少なくとも一部は、該第１の照射色に対応した色信号を前記画素に転送する第１の転送フィールド期間とは異なる、第２の照射色に対応した色信号を前記画素に転送する第２の転送フィールド期間内にあって、更に前記光照射手段は、前記第１の転送フィールド期間内における最後の画素に該色信号が転送され、該最後の画素の液晶の光学応答が終了してから前記第１の照射色を点灯させると共に、前記第２の転送フィールド期間内における最初の画素に前記第２の照射色に対応した色信号が転送され、該最初の画素の液晶の光学応答が終了する前に前記第１の照射色を消灯させることを特徴とする。
【００１２】
また更に本発明の画素表示装置では、前記光照射手段が、前記第１の照射色を点灯させた後、前記第２の転送フィールド期間内の最初の画素に転送され、該最初の画素の液晶の光学応答が開始する前に前記第１の照射色を消灯させるようにしても良い。
【００１３】
本発明の概略を説明する。なお、本発明は特に液晶表示装置に限定されるものではないが、特に液晶表示装置に好適に用いることができるので、以下液晶表示装置を例にとって説明を行う。
【００１４】
前述したように、液晶表示装置の映像表示は、
▲１▼映像信号電圧の各画素への転送（信号転送期間）
▲２▼転送された映像信号に対応するＬＣの光学状態の変化（応答期間）
▲３▼ＬＣの光学状態に応じた映像表示（表示期間）
の３段階に分けられる。
【００１５】
ここで、画像表示装置としてＣＲＴの映像表示について考えてみると、
(a)電子源から電子ビームの放出
(b)電子の衝突した蛍光体の発光
(c)蛍光体発光による映像表示
の順序となる。
【００１６】
ここで、液晶表示装置とＣＲＴの映像表示を比較してみると、▲１▼−(a)、▲２▼−(b)、▲３▼−(c)にそれぞれ対応していることが分かる。
【００１７】
しかも、映像表示においては、▲１▼→▲２▼、▲２▼→▲３▼（(a)→(b)、(b)→(c)）の時間的変化は、連続的に起こるが、液晶表示装置の▲１▼→▲３▼への時間変化とＣＲＴの(a)→(c)への変化時間とは異なっている（ＣＲＴのほうが、はるかに高速である）。すなわち、信号転送期間から表示期間までの時間は、映像表示上大きな制約にならない。
【００１８】
このことから、液晶表示装置における映像表示において、▲１▼の信号転送期間と▲３▼の表示期間が同一のフィールド内でなければならない理由はないことが分かる。唯一あるとすれば、▲２▼の応答期間が終了した時点で▲３▼の映像表示を行う、という点だけである。
【００１９】
本発明者は、これらの原則さえ維持されれば、光源切替えによる映像表示についても、何ら問題ないと考えた。
【００２０】
以下、図１を用いて本発明の原理について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の原理を示す図である。図１の（１）は、ある色の映像信号の各画素への順次転送（信号転送期間〜１フィールド分）するタイミング、図１の（２）は、そのフィールドで１番初めに信号が転送された画素と１番最後に転送された画素の液晶の光学応答（液晶応答期間；Ｌ１は、１番初めに信号が転送された画素の光学応答、Ｌ２は、１番最後に信号が転送された画素の光学応答を示す）、図１の（３）は、該当する色の光源照明の点灯タイミングを、各々示す。
【００２２】
図１から明らかなように、画素の液晶の光学応答が終了してから照明を点灯する。望ましくは、図１に示したように、１番最後に信号が転送された画素の液晶の光学応答が終了（Ｌ２）してから照明を点灯する。これは、ＴＮ液晶のようなメモリ性のない液晶をアクティブマトリクス基板で駆動する場合、新たに信号が転送されるまで通常はその前の信号の光学状態を維持しているためである。たとえば、ＦＬＣのようにそれ自体メモリ性を持つ液晶の場合でも、同様である。ただし、映像信号転送前（例えば、１フィールド毎の、信号転送前の期間）に画素の光学状態をいったんリセットして、それから信号を転送するような場合（上述のＦＬＣは、こうやって駆動することが一般的である）は、最初に信号が転送された画素の光学応答が終了した後から点灯することが可能である。いずれにしても、液晶の光学応答が終了した時点で点灯することになる。しかしながら、前述のＴＮ液晶のように液晶の光学応答時間が長い場合には、図に示したように、照明点灯期間は、映像信号転送フィールドとは別のフィールドにまで及ぶ。このようなタイミングを、例えば、ＲＧＢ３色について連続的に行うことにより、カラー表示が可能になる。
【００２３】
図６および図７に、本発明の画像表示装置の構成図を示した。図６は、テレビなどのアナログ信号を表示する場合であり、図７は、コンピューターなどのディジタル信号を表示する場合、の構成図である。両者の違いは、原信号（アナログ、または、ディジタル）、及び、そこからＲＧＢ信号をデコードするかどうか、のみの違いであり、基本的な構成部材は同じである。
【００２４】
ここでは、図６を用いて、説明する。ビデオなどの複合（Composite）映像信号あるいは輝度／色（Ｙ／Ｃ）映像信号或いはＹ／色差信号を、ＲＧＢ信号にデコードするとともに、同期信号を分離発生する回路６０１により、ＲＧＢ信号、及び、同期信号をつくる。ＲＧＢ信号は、Ａ／Ｄコンバーター６０２を経由して、メモリ６０３に順次メモリされる。一方、タイミングジェネレーター（ＴＧ）６０５は、同期信号分離回路６０１から同期信号６０４を受け、メモリ部６０３、ＬＣＤ部６０７、バックライト部６０８を駆動するパルスを、メインクロック（Main C1ock）から生成・出力する。メモリ部６０３にメモリされたＲＧＢ信号は、ＴＧ６０５からの信号により、ＲＧＢ信号をシリアルに出力する。その信号をＤ／Ａ変換器６０６によりＤ／Ａ変換し、ＬＣＤ部６０７にいれる（本発明では、ＬＣＤ部は、アナログ表示したが、ディジタル表示のＬＣＤであれば、この部分は不要になる）。バックライト部６０８は、ＴＧ６０５からの点灯信号により、ＲＧＢ別々に点灯させることができるようになっている。これにより、ＬＣＤ部に転送されたＲＧＢ信号に同期させて、ＲＧＢバックライトを点灯させる。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
［第１の実施例］
図２に、本発明の第１の実施例における信号転送タイミングと、照明点灯タイミングと、を示した。用いた液晶表示素子は、アクティブマトリクス型ＬＣＤである。
【００２７】
本実施例においては、液晶材料としてもっとも一般的なＴＮ型液晶を用いた。先述したように、ＴＮ型液晶の応答速度は、数〜数１０ｍｓｅｃ．かかる（この速度は、用いる材料、配向条件、駆動条件によって異なってくる）が、本実施例では、用いる液晶材料のパラメータ、駆動条件を最適化し、３ｍｓｅｃ．の立ち上がり応答速度を実現している。また、本実施例に用いた信号転送回路は、単結晶シリコンに比ベキャリア移動度が小さい多結晶シリコンを用いた。本実施例で用いた多結晶シリコン転送回路では、たとえば、走査線４６０本のアクティブマトリクス液晶表示素子を駆動しようとした場合、全画素に信号を１回転送するためには、およそ４．５〜５ｍｓｅｃ．必要であった。
【００２８】
本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、光源切替え法によるカラー表示を行った。そのタイミングチャートを図２に示した。図中、（１）〜（３）は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色信号の転送タイミングであり、（４）〜（６）は、各色の照明点灯タイミングである。
【００２９】
ここでは、色信号としてＲを表示する場合について説明する（Ｇ，Ｂについても同様である）。第１の映像フィールド（２０２）において、Ｒ映像信号を各画素に順次転送する。信号転送期間２０５は、約４．５ｍｓｅｃ．とした。表示領域の一番最後の画素に転送された色信号レベルに応じて液晶の光学応答が終了するのに３ｍｓｅｃ．必要であるから、Ｒ信号が転送が開始されてから（１番最後の画素にＲ信号が転送されてから）３ｍｓｅｃ．後にＲ照明を点灯する（２０６）。その後、Ｒ照明は点灯し続けるが、約１ｍｓｅｃ．後、すなわち、第２フィールドの途中（２０７）で点灯を中止（即ち、消灯）する。これは、第２フィールド（期間約５．５ｍｓｅｃ．）中Ｒ照明を点灯し続けると、第２フィールドの開始早々にＧ信号が転送された画素の液晶の光学応答が完了してしまい（液晶の光学応答は３ｍｓｅｃ．、信号転送期間２０５は約４．５ｍｓｅｃ．）、結果的にＲ表示画面の一部にＧ信号の映像が表示されるのを防止するためである。
【００３０】
上記のタイミングをＧ，Ｂ各色について繰り返すことによりカラー画像表示が可能である。
【００３１】
なお、本実施例では、各色信号を転送するフィールド周期を約５．５ｍｓｅｃ．としたため、ＲＧＢ３色の表示が完了する（２０２，２０３，２０４、カラー表示が完了する）周期（２０１）は、約１６．５ｍｓｅｃ．となる。このため、１画面が表示し終わる、所謂フレームは、６０Ｈｚとなり、実用上問題ないレベルであることを確認している。また、ＲＧＢ各色の色再現性も問題無く、また、階調表現も十分実用的であった。
【００３２】
［第２の実施例］
図３に、本発明の第２の実施例における信号転送タイミングと、照明点灯タイミングと、を示した。
【００３３】
本実施例においては、第１の実施例と同様、液晶材料としてもっとも一般的なＴＮ型液晶を用いた。先述したように、ＴＮ型液晶の応答速度は、数〜数１０ｍｓｅｃ．かかる（この速度は、用いる材料、配向条件、駆動条件によって異なってくる）が、本実施例では、７ｍｓｅｃ．の立ち上がり応答速度を実現している。この立ち上がり応答速度は、現在一般的に使用されているＴＮ液晶と同等の速度であり、特に本実施例で用いた液晶材料が高速というわけではない。また、本実施例に用いた信号転送回路は、第１の実施例と同様の、多結晶シリコンを用いた。本実施例で用いた多結晶シリコン転送回路では、たとえば、走査線４６０本のアクティブマトリクス液晶表示素子を駆動しようとした場合、全画素に信号を１回転送するためには、およそ４．５〜５ｍｓｅｃ．必要であった。
【００３４】
本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、光源切替え法によるカラー表示を行った。そのタイミングチャートを図３に示した。
【００３５】
図中、（１）〜（３）は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色信号の転送タイミングであり、（４）〜（６）は、各色の照明点灯タイミングである。
【００３６】
ここでは、色信号としてＲを表示する場合について説明する（Ｇ，Ｂについても同様である）。
【００３７】
第１の映像フィールド（３０２）において、Ｒ映像信号を各画素に順次転送する。信号転送期間３０５は、約４．５ｍｓｅｃ．とした。表示領域の一番最後の画素に転送された色信号レベルに応じて液晶の光学応答が終了するのに７ｍｓｅｃ．必要であるから、Ｒ信号が転送が開始されてから（１番最後の画素にＲ信号が転送されてから）７ｍｓｅｃ．後、すなわち第３フィールド３０４の期間中にＲ照明を点灯する（３０６）。その後、Ｒ照明は点灯し続けるが、約１ｍｓｅｃ．後、すなわち、第３フィールドの途中（３０７）で点灯を中止（即ち、消灯）する。これは、第２フィールド３０３（期間約５．５ｍｓｅｃ．）中Ｒ照明を点灯し続けると、第２フィールドの開始早々にＧ信号が転送された画素の液晶の光学応答が完了してしまい（液晶の光学応答は７ｍｓｅｃ．、信号転送期間３０５は約４．５ｍｓｅｃ．）、結果的にＲ表示画面の一部にＧ信号の映像が表示されるのを防止するためである。
【００３８】
上記のタイミングをＧ，Ｂ各色について繰り返すことによりカラー画像表示が可能である。
【００３９】
なお、本実施例では、各色信号を転送するフィールド周期を約５．５ｍｓｅｃ．としたため、ＲＧＢ３色の表示が完了する（３０２，３０３，３０４、カラー表示が完了する）周期（３０１）は、約１６．５ｍｓｅｃ．となる。このため、１画面が表示し終わる、所謂フレーム周波数としては、６０Ｈｚとなり、実用上問題ないレベルであることを確認している。又、第１の実施例に比べて、液晶材料の応答速度が２倍以上遅くなっているが、そのために、信号転送フィールドから２フィールド遅れてその表示色を点灯させているが、これによる色バランスのずれは、第１の実施例に比べでもほとんど差はなく、色再現性も優れていた。
【００４０】
［第３の実施例］
図４に、本発明の第３の実施例における信号転送タイミングと、照明点灯タイミングと、を示した。
【００４１】
本実施例においては、液晶材料として先述のＦＬＣ型液晶を用いた。先述したように、ＦＬＣ型液晶の応答速度は、数１０〜数１００μｓｅｃ．かかる（この速度は、用いる材料、配向条件、駆動条件によって異なってくる）が、本実施例で用いた液晶の応答速度を事前に測定したところ、５００μｓｅｃ．（ポリイミド系配向膜、５［Ｖ］駆動）であった。また、本実施例に用いた信号転送回路は、先述の単結晶シリコンを用いた。ただし、ＦＬＣ型液晶は、先述の通り、２値表示しかできないため、階調表現をするためには、転送回路のスピードを速くすることが求められる。本実施例においては、転送回路の負荷をできるだけ少なくするため、１ビット分の転送時間を１ｍｓｅｃ．とし、また、表示階調を各色５ビットに設定した（トータル５ｍｓｅｃ．）。
【００４２】
本実施例では、このような液晶表示素子を用いて、光源切替え法によるカラー表示を行った。そのタイミングチャートを図４に示した。
【００４３】
図中、（１）〜（３）は、それぞれＲ，Ｇ，Ｂの各色信号の転送タイミングであり、（４）〜（６）は、各色の照明点灯タイミングである。
【００４４】
ここでは、色信号としてＲを表示する場合について説明する（Ｇ，Ｂについても同様である）。
【００４５】
第１の映像フィールド（４０２）において、Ｒ映像信号を各画素に順次転送する（信号転送期間４０５）。各画素に転送された色信号レベルに応じて液晶の光学応答が終了するのに５００μｓｅｃ．必要であるから、Ｒ信号が転送が開始されてから（１番最後の画素にＲ信号が転送されてから）５００μｓｅｃ．後（４０６）にＲ照明を点灯する。その後、Ｒ照明は点灯し続けるが、０．５ｍｓｅｃ．後、すなわち、第２フィールドの途中で点灯を中止（即ち、消灯）する（４０７）。これは、第２フィールド（期間５．５ｍｓｅｃ．）中において、それ以降もＲ照明を点灯し続けると、第２フィールドの開始早々にＧ信号が転送された画素の液晶の光学応答が完了してしまい（液晶の光学応答は５００μｓｅｃ．、フィールド期間は５．５ｍｓｅｃ．）、結果的にＲ表示画面の一部にＧ信号の映像が表示されるのを防止するためである。
【００４６】
上記のタイミングをＧ，Ｂ各色について繰り返すことによりカラー画像表示が可能である。
【００４７】
なお、本実施例では、各色信号を転送するフィールド周期を５．５ｍｓｅｃ．としたため、ＲＧＢ３色の表示が完了する（４０２，４０３，４０４、カラー表示が完了する）周期（４０１）は、約１６ｍｓｅｃ．となる。このため、フィールド周波数としては、６０Ｈｚとなり、実用上問題ないレベルであることを確認している。また、本来２値表示であるＦＬＣに対して各色５ビットの階調表現を実現（約３２０００色表示）するための回路のスピードも、１ビット当り１ｍｓｅｃ．としたことで従来の約半分の周波数で対応でき、設計上十分余裕ができた。また、通常のコンピュータ表示においては、取り会えず３２０００色表示で十分である。
【００４８】
本発明の効果を持つ構成は、上述した各実施例に限定されるものではなく、図１に示したような考え方の基づけばよく、それからすれば、単純マトリクス型の液晶表示装置においても同様の効果があることは言うまでもない。
【００４９】
また本発明は液晶表示装置に限定されず、応答時間が比較的おそい表示デバイスや、転送速度が遅い駆動回路を用いて光源切替えに行う画像表示装置に適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、比較的スピードの遅い、或いは、時間がかかる転送回路（例えば、多結晶シリコン）や液晶材料（例えば、ＴＮ型液晶）を用いても、ＲＧＢ光源切替え法によるカラー表示が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための図である。
【図２】本発明の第１の実施例を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施例を説明するための図である。
【図４】本発明の第３の実施例を説明するための図である。
【図５】従来技術の問題点を説明するための図である。
【図６】本発明の画像表示装置の一例を示す構成図である。
【図７】本発明の画像表示装置の他の例を示す構成図である。
【符号の説明】
２０１，３０１，３０１  ＲＧＢ３色の映像フィールド期間
２０２，３０２，３０２  第１の映像フィールド期間（Ｒ）
２０３，３０３，３０３  第２の映像フィールド期間（Ｇ）
２０４，３０４，３０４  第３の映像フィールド期間（Ｂ）
２０５，３０５，３０５  Ｒ信号の転送期間
２０６，３０６，３０６  １番最後にＲ信号が転送された画素の光学応答が終了する期間
２０７，３０７，３０７  Ｒ照明の点灯期間
【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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