JP2004233555A

JP2004233555A - 表示装置及び表示方法

Info

Publication number: JP2004233555A
Application number: JP2003020768A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Yoshihara; 敏明吉原; Tetsuya Makino; 哲也牧野; Keiichi Betsui; 圭一別井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2004-08-19
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: US7755594B2; JP4493274B2; KR100959576B1; US20040246275A1; KR20040069958A

Abstract

【課題】表示画質の劣化、特に輝度の低下を招くことなく、消費電力の低減化を図れる表示装置及び表示方法を提供する。
【解決手段】赤，緑，青の画像データの階調レベルを各サブフレーム毎に検出し、その検出結果に基づいて、液晶パネルへの入射光の強度及び液晶パネルの透過率を調整する。赤，緑，青の各サブフレームにおいて最大の透過光量を必要とする画像データについて液晶パネルの透過率が最大になるようにその透過率を調整し、この透過率の調整結果に応じて入射光の強度を低減させる。表示素子への入射光量を必要最小限にして、階調レベルに応じた各色の表示画像を維持したまま、バックライトの消費電力を最大限に抑える。
【選択図】図１６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子へ入射する各色の光の切換えと各色の表示データによる表示素子での光制御とを同期させて表示を行うフィールド・シーケンシャル方式の表示装置及び表示方法、並びに、カラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と各色の表示データによる表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行うカラーフィルタ方式の表示装置及び表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のいわゆる情報化社会の進展に伴って、パーソナルコンピュータ，ＰＤＡ（ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉｓｔａｎｔｓ）等に代表される電子機器が広く使用されるようになっている。このような電子機器の普及によって、オフィスでも屋外でも使用可能な携帯型の需要が発生しており、それらの小型・軽量化が要望されている。そのような目的を達成するための手段の一つとして液晶表示装置が広く使用されている。液晶表示装置は、単に小型・軽量化のみならず、バッテリ駆動される携帯型の電子機器の低消費電力化のためには必要不可欠な技術である。
【０００３】
液晶表示装置は大別すると反射型と透過型とに分類される。反射型は液晶パネルの前面から入射した光線を液晶パネルの背面で反射させてその反射光で画像を視認させる構成であり、透過型は液晶パネルの背面に備えられた光源（バックライト）からの透過光で画像を視認させる構成である。反射型は環境条件によって反射光量が一定しなくて視認性に劣るため、特に、マルチカラーまたはフルカラー表示を行うパーソナルコンピュータ等の表示装置としては一般的に、カラーフィルタを用いた透過型のカラー液晶表示装置が使用されている。
【０００４】
カラー液晶表示装置は、現在、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などのスイッチング素子を用いたＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型のものが広く使用されている。このＴＦＴ駆動のＴＮ型液晶表示装置は、ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）型に比して表示品質は高いが、液晶パネルの光透過率が現状では４％程度しかないので、高い画面輝度を得るためには高輝度のバックライトが必要になる。このため、バックライトによる消費電力が大きくなってしまう。また、カラーフィルタを用いたカラー表示であるため、１画素を３個の副画素で構成しなければならず、高精細化が困難であり、その表示色純度も十分ではない。
【０００５】
このような問題を解決するために、本発明者等はフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を開発している（例えば非特許文献１，２参照）。このフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、カラーフィルタ方式の液晶表示装置と比べて、副画素を必要としないため、より精度が高い表示が容易に実現可能であり、また、カラーフィルタを使わずに光源の発光色をそのまま表示に利用できるため、表示色純度にも優れる。更に光利用効率も高いので、消費電力が少なくて済むという利点も有している。しかしながら、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を実現するためには、液晶の高速応答性（２ｍｓ以下）が必須である。
【０００６】
そこで、本発明者等は、上述したような優れた利点を有するフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置、または、カラーフィルタ方式の液晶表示装置の高速応答化を図るべく、従来に比べて１００〜１０００倍の高速応答を期待できる自発分極を有する強誘電性液晶等の液晶のＴＦＴ等のスイッチング素子による駆動を研究開発している。強誘電性液晶は、図１３に示すように、電圧印加によってその液晶分子の長軸方向がチルト角θだけ変化する。強誘電性液晶を挟持した液晶パネルを偏光軸が直交した２枚の偏光板で挾み、液晶分子の長軸方向の変化による複屈折を利用して、透過光強度を変化させる。
【０００７】
図１４は、従来のフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートの一例であり、図１４（ａ）は液晶パネルの各ラインの走査タイミング、図１４（ｂ）はバックライトの赤，緑，青各色の点灯タイミングを示す。１フレームを３つのサブフレームに分割し、例えば図１４（ｂ）に示すように第１番目のサブフレームにおいて赤色を発光させ、第２番目のサブフレームにおいて緑色を発光させ、第３番目のサブフレームにおいて青色を発光させる。
【０００８】
一方、図１４（ａ）に示すとおり、液晶パネルに対しては赤，緑，青の各色のサブフレーム中に、画像データの書込み走査と消去走査とを行う。但し、書込み走査の開始タイミングが各サブフレームの開始タイミングと一致するように、また消去走査の終了タイミングが各サブフレームの終了タイミングと一致するようにタイミングを調整し、書込み走査及び消去走査に要する時間はそれぞれ各サブフレームの半分に設定する。書込み走査，消去走査にあっては、同じ画像データに基づく大きさが等しくて極性が異なる電圧が液晶パネルに印加される。また各色の発光時間は、サブフレームの時間に等しい（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−１１９１８９号公報
【非特許文献１】
Ｔ．Ｙｏｓｈｉｈａｒａ，ｅｔ．ａｌ．：ＡＭ−ＬＣＤ’９９ＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ，１８５（１９９９）
【非特許文献２】
Ｔ．Ｙｏｓｈｉｈａｒａ，ｅｔ．ａｌ．：ＳＩＤ’００ＤｉｇｅｓｔｏｆＴｅｃｈｎｉｃａｌＰａｐｅｒｓ，１１７６（２０００）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置は、光利用効率が高くて、消費電力の低減化が可能であるという利点を有してはいるが、携帯機器への搭載のためには更なる消費電力の低減化が求められている。このような消費電力の低減化の要求は、表示素子として液晶表示素子を用いるフィールド・シーケンシャル方式の表示装置だけでなく、デジタルマイクロデバイス（ＤＭＤ）などの他の表示素子を用いるフィールド・シーケンシャル方式の表示装置においても、更には、カラーフィルタ方式の表示装置についても同様である。
【００１１】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、表示画質の劣化、特に輝度の低下を招くことなく、消費電力の低減化を図れる表示装置及び表示方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るフィールド・シーケンシャル方式の表示装置は、表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第８発明に係るフィールド・シーケンシャル方式の表示方法は、表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする。
【００１４】
第１，第８発明にあっては、複数の色の光が光源から表示素子へ順次入射され、表示素子へ入射される光の切換えと表示画像に応じた各色の表示データによる表示素子での光制御（スイッチング）とを同期させてフィールド・シーケンシャル方式で表示を行う際に、表示素子へ入射される色の光に対応する表示データの階調レベルを検出し、その検出結果に基づいて、表示素子へ入射される光の強度及び表示素子での光制御量（スイッチング量）を調整する。よって、表示データに応じて入射光の強度と光制御量とを調整することが可能となり、最も明るい表示を必要としない表示データにあっては、表示素子へ入射される光の強度を抑え、表示素子における入射光の透過率または反射率が高まるように光制御量を調整することにより、表示素子への入射光の強度及び表示素子での光制御量を調整しない場合と同等の画面の明るさを維持したまま、光源の消費電力を抑えることができる。
【００１５】
このような本発明の概念を従来例と比較して説明する。図１５，図１６は、夫々従来例，本発明のフィールド・シーケンシャル方式の表示装置の概念を説明するための図である。図１５に示す従来例では、表示素子への入射光量は各色毎に一定であり、表示素子での光制御による透過率または反射率は、表示データの階調レベルに応じた値である。この透過率または反射率のみの調整によって、表示データの階調レベルに応じた各色の表示画像を得ている。
【００１６】
これに対して、図１６に示す本発明では、表示素子への入射光量及び表示素子での光制御による透過率または反射率を、表示データの階調レベルに応じて調整しており、調整を行わない場合（図１５）に比べて、表示素子への入射光量は小さくなり、透過率または反射率は大きくなる。これによって、階調レベルに応じた各色の表示画像を維持したまま、消費電力の低減化を図れる。
【００１７】
第２発明に係る表示装置は、第１発明において、前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記表示素子へ入射される各色の光毎に行うようにしたことを特徴とする。
【００１８】
第２発明にあっては、階調レベルの検出、並びに、入射光の強度及び光制御量の調整を、表示素子へ入射される各色の光毎に（即ち、サブフレーム単位で）行う。よって、入射光の強度及び光制御量の調整を各色毎に行えるため、より細かな調整が可能となる。
【００１９】
第３発明に係る表示装置は、第１または第２発明において、前記検出手段は、所定期間における表示データの最大の明るさの階調レベルを検出し、該最大の明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子における入射光の透過率または反射率が最大となるように前記表示素子での光制御量を調整し、調整した光制御量に応じて、入射される光の強度を調整するようにしたことを特徴とする。
【００２０】
第３発明にあっては、最大の明るさの階調レベルを検出し、それに対応した明るさを実現するため、表示素子における入射光の透過率または反射率が最大となるように表示素子での光制御量を調整し、それに応じて入射光の強度を調整する。よって、各サブフレームにおける最大の明るさの階調レベルにおいて、表示素子への入射光の透過量または反射量が最大になるように表示素子での光制御量を調整するので、表示素子への入射光量を必要最小限にすることができ、光源の消費電力を最大限に抑えることが可能となる。
【００２１】
第４発明に係る表示装置は、第３発明において、最大の明るさの階調レベル以外の階調レベルにおける明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子での光制御量を調整するようにしたことを特徴とする。
【００２２】
第４発明にあっては、最大の明るさの階調レベル以外の階調レベルにおいても所望の明るさが得られるように、表示素子での光制御量を調整する。よって、入射光の強度を下げても、入射光の強度及び光制御量の調整を行わない場合と同程度の明瞭な表示を実現できる。
【００２３】
第５発明に係る表示装置は、第１〜第４発明のいずれかにおいて、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を行った後の前記表示素子へ入射される光の強度が、前記調整を行わない場合に前記表示素子へ入射される光の強度より小さいことを特徴とする。
【００２４】
第５発明にあっては、入射光の強度及び光制御量の調整を行った後の入射光の強度が、調整を行わない場合の入射光の強度より小さくなるように調整を行う。よって、光源の消費電力を確実に低減できる。
【００２５】
第６発明に係る表示装置は、第１〜第５発明のいずれかにおいて、前記表示素子へ入射される光の入射領域が分割されており、前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記各入射領域毎に行うようにしたことを特徴とする。
【００２６】
第６発明にあっては、表示素子へ入射される光の分割された各入射領域毎に、階調レベルの検出、並びに、入射光の強度及び光制御量の調整を行う。よって、より細かい調整を行えるため、入射光の強度を低くできる割合が増加して、更なる消費電力の低減化を図れる。
【００２７】
第７発明に係るカラーフィルタ方式の表示装置は、表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする。
【００２８】
第９発明に係るカラーフィルタ方式の表示方法は、表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする。
【００２９】
上述した第１〜第６及び第８発明における特徴は、フィールド・シーケンシャル方式の表示装置及び表示方法に限るものではなく、表示素子に複数色（赤，緑，青）のカラーフィルタを設け、表示素子へ光源から白色光を入射して、カラー表示を行うカラーフィルタ方式の表示装置（第７発明）及び表示方法（第９発明）にも適用され得る。
【００３０】
本発明において、表示素子として液晶表示素子を用いる場合には、小型・薄型の直視型の表示装置、大画面化可能なプロジェクトタイプの表示装置を実現できる。また、液晶材料として、自発分極を有する液晶材料、例えば強誘電性液晶材料または反強誘電性液晶材料を用いる場合には、フィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置に必要な２ｍｓ以下の高速応答性を容易に実現して、安定した表示を行える。また、表示素子としてＤＭＤを用いる場合には、大画面化可能なプロジェクトタイプの表示装置を容易に実現できる。
【００３１】
本発明において、表示素子へ入射される複数の色の光が、赤色光，緑色光及び青色光、または、赤色光，緑色光，青色光及び白色光である場合には、フルカラー表示が可能である。赤，緑，青の表示データの階調レベルｒ，ｇ，ｂを、３色の共通部分の白の表示データの階調レベルｗにより、ｒ′＝ｒ−ｗ，ｇ′＝ｇ−ｗ，ｂ′＝ｂ−ｗ，ｗの４色の表示データの階調レベルに変換する場合、白の階調レベルｗは赤，緑，青の階調レベルｒ，ｇ，ｂの中の最低階調レベルとなることが一般的であり、変換後の階調レベルｒ′，ｇ′，ｂ′の少なくとも１つは０となる。そして、これらの変換後の階調レベルｒ′，ｇ′，ｂ′，ｗに基づいて入射光強度及び光透過量を調整する場合には、より低い消費電力にてフルカラー表示を実現できて、カラーブレイクも抑制可能である。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、以下では、表示素子が透過型の液晶表示素子であり、光源がＬＥＤアレイであるフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を例として説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００３３】
（第１実施の形態）
図１は第１実施の形態による液晶表示装置の回路構成を示すブロック図、図２は液晶パネル及びバックライトの模式的断面図、図３は液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図、並びに、図４はバックライトの光源であるＬＥＤアレイの構成例を示す図である。
【００３４】
図１において、２１，２２は図２に断面構造が示されている液晶パネル，バックライトを示している。バックライト２２は、図２に示されているように、赤，緑，青の各色を発光するＬＥＤアレイ７と導光及び光拡散板６とで構成されている。
【００３５】
図２及び図３で示されているように、液晶パネル２１は上層（表面）側から下層（背面）側に、偏光フィルム１，ガラス基板２，共通電極３，ガラス基板４，偏光フィルム５をこの順に積層して構成されており、ガラス基板４の共通電極３側の面にはマトリクス状に配列された画素電極（ピクセル電極）４０，４０…が形成されている。
【００３６】
これら共通電極３及び画素電極４０，４０…間にはデータドライバ３２及びスキャンドライバ３３等よりなる駆動部５０が接続されている。データドライバ３２は、信号線４２を介してＴＦＴ４１と接続されており、スキャンドライバ３３は、走査線４３を介してＴＦＴ４１と接続されている。ＴＦＴ４１はデータドライバ３２及びスキャンドライバ３３によりオン／オフ制御される。また個々の画素電極４０，４０…は、ＴＦＴ４１に接続されている。そのため、信号線４２及びＴＦＴ４１を介して与えられるデータドライバ３２からの信号により、個々の画素の透過光強度が制御される。
【００３７】
ガラス基板４上の画素電極４０，４０…の上面には配向膜１２が、共通電極３の下面には配向膜１１がそれぞれ配置され、これらの配向膜１１，１２間に液晶物質が充填されて液晶層１３が形成される。なお、１４は液晶層１３の層厚を保持するためのスペーサである。
【００３８】
バックライト２２は、液晶パネル２１の下層（背面）側に位置し、発光領域を構成する導光及び光拡散板６の端面に臨ませた状態でＬＥＤアレイ７が備えられている。このＬＥＤアレイ７は図４に示されているように、導光及び光拡散板６と対向する面に３原色、即ち赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の各色を発光するＬＥＤが順次的且つ反復して配列されている。そして、赤，緑，青の各サブフレームにおいては赤，緑，青のＬＥＤをそれぞれ点灯させる。導光及び光拡散板６はこのＬＥＤアレイ７の各ＬＥＤから発光される光を自身の表面全体に導光すると共に上面へ拡散することにより、発光領域として機能する。
【００３９】
この液晶パネル２１と、赤，緑，青の時分割発光が可能であるバックライト２２とを重ね合わせる。このバックライト２２の点灯タイミング及び発光色は、液晶パネル２１の画像データの書込み走査／消去走査に同期して制御される。
【００４０】
図１において、２３は外部の例えばパーソナルコンピュータから表示画像に応じた画像データＰＤを入力し、各色（赤，緑，青）毎にその階調レベルを検出する階調レベル検出回路である。階調レベル検出回路２３は、各色（赤，緑，青）毎に検出した画像データＰＤの階調レベルを表す階調レベル信号ＧＬを制御信号発生回路３１へ出力する。制御信号発生回路３１は、パーソナルコンピュータから同期信号ＳＹＮが入力され、表示に必要な各種の制御信号ＣＳを生成する。画像メモリ部３０からは画像データＰＤが画素単位で、データドライバ３２へ出力される。画像データＰＤ、及び印加電圧の極性を変えるための制御信号ＣＳに基づき、データドライバ３２を介して液晶パネル２１には、極性が異なり大きさが略等しい電圧が、データ書込み走査時とデータ消去走査時とにそれぞれ印加される。
【００４１】
基準電圧発生回路３４は、基準電圧ＶＲ１及びＶＲ２を生成し、生成した基準電圧ＶＲ１をデータドライバ３２へ、基準電圧ＶＲ２をスキャンドライバ３３へそれぞれ出力する。データドライバ３２は、画像メモリ部３０からの画像データＰＤと制御信号発生回路３１からの制御信号ＣＳとに基づいて、画素電極４０の信号線４２に対して信号を出力する。この信号の出力に同期して、スキャンドライバ３３は、画素電極４０の走査線４３をライン毎に順次的に走査する。またバックライト制御回路３５は、駆動電圧をバックライト２２に与えバックライト２２のＬＥＤアレイ７が有している赤，緑，青の各色のＬＥＤを時分割してそれぞれ発光させる。
【００４２】
階調レベル検出回路２３からの階調レベル信号ＧＬに基づいて制御信号発生回路３１で生成された制御信号ＣＳが、バックライト制御回路３５及びデータドライバ３２へ送られ、その制御信号ＣＳに応じて、光源であるバックライト２２から表示素子である液晶パネル２１へ入射される光の強度と、液晶パネル２１での光制御量（スイッチング量）とが調整される。
【００４３】
次に、本発明に係る液晶表示装置の動作について説明する。パーソナルコンピュータから階調レベル検出回路２３へ表示用の画像データＰＤが入力され、その赤色，緑色，青色における階調レベルが検出され、その検出結果を示す階調レベル信号ＧＬが制御信号発生回路３１へ送られる。画像メモリ部３０は、この画像データＰＤを一旦記憶した後、制御信号発生回路３１から出力される制御信号ＣＳを受け付けた際に、この像データＰＤを画素単位で出力する。制御信号発生回路３１で発生された制御信号ＣＳは、データドライバ３２と、スキャンドライバ３３と、基準電圧発生回路３４と、バックライト制御回路３５とに与えられる。基準電圧発生回路３４は、制御信号ＣＳを受けた場合に基準電圧ＶＲ１及びＶＲ２を生成し、生成した基準電圧ＶＲ１をデータドライバ３２へ、基準電圧ＶＲ２をスキャンドライバ３３へそれぞれ出力する。
【００４４】
データドライバ３２は、制御信号ＣＳを受けた場合に、画像メモリ部３０から出力された画像データＰＤに基づいて、画素電極４０の信号線４２に対して信号を出力する。スキャンドライバ３３は、制御信号ＣＳを受けた場合に、画素電極４０の走査線４３をライン毎に順次的に走査する。データドライバ３２からの信号の出力及びスキャンドライバ３３の走査に従ってＴＦＴ４１が駆動し、画素電極４０に電圧が印加され、画素の透過光強度が制御される。この際の透過率は、画像データの階調レベルに基づいて調整される。
【００４５】
バックライト制御回路３５は、制御信号ＣＳを受けた場合に、画像データの階調レベルに基づいて調整された駆動電圧をバックライト２２に与えてバックライト２２のＬＥＤアレイ７が有している赤，緑，青の各色のＬＥＤを時分割して発光させて、経時的に赤色光，緑色光，青色光を順次発光させる。
【００４６】
以下、具体例について説明する。画素電極４０，４０…（画素数６４０×４８０，対角３．２インチ）を有するＴＦＴ基板と共通電極３を有するガラス基板２とを洗浄した後、ポリイミドを塗布して２００℃で１時間焼成することにより、約２００Åのポリイミド膜を配向膜１１，１２として成膜した。更に、これらの配向膜１１，１２をレーヨン製の布でラビングし、ラビング方向が平行となるようにこれらの２枚の基板を重ね合わせ、両者間に平均粒径１．８μｍのシリカ製のスペーサ１４でギャップを保持した状態で重ね合わせて空パネルを作製した。この空パネルの配向膜１１，１２間に、ＴＦＴ駆動時に図５に示すようなハーフＶ字型の電気光学応答特性を有する強誘電性液晶材料を封入して液晶層１３とした。封入した液晶材料の自発分極の大きさは８ｎＣ／ｃｍ^２であった。作製したパネルをクロスニコル状態の２枚の偏光フィルム１，５で挟んで液晶パネル２１とし、電界を印加しないときに暗状態になるようにした。
【００４７】
このようにして作製した液晶パネル２１と、赤，緑，青の単色面発光スイッチングが可能なＬＥＤアレイ７を光源としたバックライト２２とを重ね合わせ、後述するような駆動シーケンスに従って、フィールド・シーケンシャル方式によるカラー表示を行った。
【００４８】
前述した図１６に示す本発明の概念に基づき、赤，緑，青の画像データの階調レベルを各サブフレーム毎に検出し、その検出結果に基づいて、バックライト２２から液晶パネル２１への入射光の強度と、液晶パネル２１の透過率とを調整した。具体的には、赤，緑，青の各サブフレームにおいて最大の透過光量を必要とする画像データについて液晶パネル２１の透過率が最大になるようにその透過率を調整し、この透過率の調整結果に応じて入射光の強度を低減させた。
【００４９】
図６は、表示制御を示すタイムチャートであり、図６（ａ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図６（ｂ）はバックライト２２（ＬＥＤ）の赤，緑，青各色の点灯タイミングを示す。１フレーム（１／６０ｓ）を３つのサブフレームに分割し、例えば１フレーム内の第１番目のサブフレームにおいて赤のＬＥＤを点灯させて赤色の画像データの書込み／消去走査を行い、次の第２番目のサブフレームにおいて緑のＬＥＤを点灯させて緑色の画像データの書込み／消去走査を行い、最後の第３番目のサブフレームにおいて青のＬＥＤを点灯させて青色の画像データの書込み／消去走査を行う。即ち、各サブフレームで２回ずつ画像データの走査を行い、その色と強度とを各サブフレーム期間毎に切り換える。
【００５０】
なお、書込み走査と消去走査とにおいて各画素の液晶に印加される電圧は、極性が反対であって大きさが実質的に等しい電圧とした。これにより、封入されている液晶材料が図５に示すような特性を有しているため、１回目の走査（データ書込み走査）においては高い透過率の画像が表示され、２回目の走査（データ消去走査）においては１回目の走査時より透過率が低い（略０）画像が得られる。よって、表示ムラがない画像を得ることが可能となり、印加電圧の偏りも抑制できるので、表示の焼付きを防止できる。
【００５１】
以上のように、赤，緑，青の画像データの階調レベルを各サブフレーム毎に検出し、その検出結果に基づいて、液晶パネル２１への入射光の強度及び液晶パネル２１の透過率を調整することにより、以下に述べる比較例に比べて、バックライト２２の消費電力を抑えることができ、消費電力の低減化を実現できた。なお、表示特性は、比較例と同等であり、画質劣化は見られなかった。
【００５２】
（比較例）
上述した第１実施の形態と同様の液晶パネル及びバックライトを使用して、第１実施の形態と同様の図６に示す駆動シーケンスに従って、カラー表示を行った。但し、前述した図１５に示すように、液晶パネルへの各色における入射光の強度は、各色毎で常に一定とした。
【００５３】
この結果、ほとんどの表示画像において、第１実施の形態と比べて大きい消費電力を必要とした。これは、バックライトの各色における発光強度が、画像データの階調レベルに関係なく一定であるため、つまり、非常に暗い画像においても明るい画像表示と同じ発光強度としているため、無駄が多いことに起因している。
【００５４】
（第２実施の形態）
第２実施の形態では、バックライトの発光領域を複数の領域に分割し、分割した各領域毎に、本発明による画像データの階調レベルに基づく入射光強度及び透過率の調整を行う。なお、使用する液晶パネルの構成及び液晶表示装置の回路構成は、前述した第１実施の形態と同様であるので、それらの説明は省略する。
【００５５】
バックライト２２の領域を、図７に示すように、４個の小領域２２ａ〜２２ｄに分割することにより、液晶パネル２１への光入射領域を４個の小入射領域に分割する。そして、赤，緑，青の画像データの階調レベルを各サブフレーム内の各小領域毎に検出し、その検出結果に基づいて、バックライト２２から液晶パネル２１への入射光の強度と、液晶パネル２１の透過率とを調整した。具体的には、赤，緑，青の各サブフレーム内の各小領域において最大の透過光量を必要とする画像データについて液晶パネル２１の透過率が最大になるようにその透過率を調整し、この透過率の調整結果に応じて入射光の強度を低減させた。
【００５６】
図８は、表示制御を示すタイムチャートであり、図８（ａ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図８（ｂ）はバックライト２２（ＬＥＤ）の赤，緑，青各色の点灯タイミングを示す。１つのサブフレーム内において４個の小領域毎にバックライト２２の点灯を制御している。そして、各サブフレームで２回ずつ画像データの走査を行い、液晶パネル２１への入射光の強度と液晶パネル２１の透過率とを各サブフレーム内の各小領域毎に切り換えている。各サブフレームにおける２回のデータ走査の内容は、図６に示した第１実施の形態の場合と同じである。なお、この第２実施の形態における２回の画像データの走査では、１回目の走査終了タイミングと２回目の走査開始タイミングとを一致させている。
【００５７】
以上のように、赤，緑，青の画像データの階調レベルを各サブフレーム内の分割した小領域毎に検出し、その検出結果に基づいて、液晶パネル２１への入射光の強度及び液晶パネル２１の透過率を調整することにより、第１実施の形態に比べて、バックライト２２の消費電力を更に抑えることができ、消費電力の更なる低減化を実現できた。なお、表示特性は、第１実施の形態及び比較例と同等であり、画質劣化は見られなかった。
【００５８】
（第３実施の形態）
第３実施の形態では、入力される赤，緑，青の３色の画像データを赤，緑，青，白の４色の画像データに変換し、変換した４色の画像データを用いてフルカラー表示を行う。まず、この変換の手法について説明する。
【００５９】
図９（ａ）は各フレームにおける元の赤（ｒ），緑（ｇ），青（ｂ）の階調レベルを示しており、図９（ｂ）は各フレームにおける変換後の赤（ｒ′），緑（ｇ′），青（ｂ′），白（ｗ）の階調レベルを示している。各フレームにおいて、赤，緑，青の画素データの階調レベルを比較して最低階調レベルを検出する。例えば、図９（ａ）に示す最初のフレームにおいては、緑表示のデータの階調レベルが最も低い。この場合、赤表示，青表示のサブフレームにおいては、比較前の赤，青の階調レベル（ｒ，ｂ）から緑の階調レベル（ｇ）を差し引いた階調レベル（ｒ′＝ｒ−ｇ，ｂ′＝ｂ−ｇ）に応じた赤表示，青表示を行う。
【００６０】
赤，緑，青の混合色である白表示のサブフレームにおいては、緑の階調レベル（ｇ）に応じた白表示（ｗ＝ｇ）を行う。なお、緑表示のサブフレームにおいても、比較前の緑の階調レベル（ｇ）から緑の階調レベル（ｇ）を差し引いた階調レベル（ｇ′＝ｇ−ｇ）に応じた緑表示を行うことになるが、その差し引いた階調レベル（ｇ′）は０となるので、これは一般的に”黒”表示となる。このような変換処理により、各サブフレームにおける最大の透過光量が、このような変換処理を行わない場合に比べて小さくなるので、消費電力の更なる低減化を図れる。
【００６１】
図１０は、第３実施の形態における液晶表示装置の回路構成を示すブロック図である。図１０において、図１と同一または同様の部材には同一番号を付している。液晶パネル２１の構成は第１実施の形態と同様であり、また、バックライト２２を第２実施の形態と同様に４個の小領域に分割している。なお、白色のサブフレームにおいては、ＬＥＤアレイ７における赤，緑，青のＬＥＤを同時に点灯させる。
【００６２】
図１０において、２４は、外部の例えばパーソナルコンピュータから入力される３色の画像データＰＤを、上述した手法に従って表示用の４色の画像データＰＤ′に変換する画像データ変換回路２４であり、画像データ変換回路２４は、変換した画像データＰＤ′を階調レベル検出回路２３へ出力する。階調レベル検出回路２３は、各色（赤，緑，青，白）毎に検出した画像データＰＤ′の階調レベルを表す階調レベル信号ＧＬを制御信号発生回路３１へ出力する。そして、階調レベル検出回路２３からの階調レベル信号ＧＬに基づいて制御信号発生回路３１で生成された制御信号ＣＳが、バックライト制御回路３５及びデータドライバ３２へ送られ、その制御信号ＣＳに応じて、バックライト２２から液晶パネル２１へ入射される光の強度と液晶パネル２１の透過率とが、各サブフレーム内の各小領域毎に調整される。
【００６３】
なお、データドライバ３２，スキャンドライバ３３，基準電圧発生回路３４等の他の部材の構成及び動作は、画像データＰＤが変換画像データＰＤ′に変わるだけであって、第１実施の形態と基本的に同様であるので、その説明は省略する。
【００６４】
図１１は、表示制御を示すタイムチャートであり、図１１（ａ）は液晶パネル２１の各ラインの走査タイミング、図１１（ｂ）はバックライト２２（ＬＥＤ）の赤，緑，青，白各色の点灯タイミングを示す。１つのサブフレーム内において４個の小領域毎にバックライト２２の点灯を制御している。そして、各サブフレームで２回ずつ画像データの走査を行い、液晶パネル２１への入射光の強度と液晶パネル２１の透過率とを各サブフレーム内の各小領域毎に切り換えている。
【００６５】
なお、各サブフレームにおける２回のデータ走査の内容と各データ走査のタイミングとは、図８に示した第２実施の形態の場合と同じである。
【００６６】
以上のように、赤，緑，青の画像データを赤，緑，青，白の画像データに変換した後、この変換した画像データの階調レベルを各サブフレーム内の分割した小領域毎に検出して、その検出結果に基づいて、液晶パネル２１への入射光の強度及び液晶パネル２１の透過率を調整することにより、第１，第２実施の形態に比べて、バックライト２２の消費電力を更に抑えることができ、消費電力の更なる低減化を実現できた。なお、表示特性は、第１，第２実施の形態及び比較例と同等であり、画質劣化は見られなかった。
【００６７】
なお、上述した各実施の形態では、表示素子として透過型の液晶表示素子を用いるフィールド・シーケンシャル方式の液晶表示装置を例として説明したが、他の表示素子、例えばディジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等を用いた他の表示装置であっても、本発明を同様に適用できることは勿論である。このＤＭＤを用いる場合には、検出した表示データの階調レベルに基づいて、表示素子への入射光の強度と表示素子における反射率とを調整する。また、使用する光源は、ＬＥＤ光源としたが、ＥＬ等のスイッチング可能な光源であれば特にＬＥＤ光源に限定されることはない。
【００６８】
更に、カラーフィルタを用いたカラー表示装置においても同様の効果が得られることは言うまでもない。なぜならば、カラーフィルタ方式においては、上述した第１，第２実施の形態における赤，緑，青の発光色を白として、液晶パネルにカラーフィルタを設ければ、本発明を同様に適用できるからである。
【００６９】
図１２は、カラーフィルタを用いる液晶表示装置における液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。図１２において、図２と同一部分には、同一番号を付してそれらの説明を省略する。各画素電極（ピクセル電極）４０，４０…の下部には、３原色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）のカラーフィルタ６０，６０…が設けられている。あるいは、各画素電極（ピクセル電極）４０，４０…に対向する共通電極３とガラス基板２との間にカラーフィルタが設けられている。また、バックライト２２は、白色光を出射する白色光源７０と導光及び光拡散板６とから構成されている。
【００７０】
このようなカラーフィルタ方式の表示装置にあっては、上述したフィールド・シーケンシャル方式での各サブフレームにおける表示データの階調レベルに基づく表示素子への入射光の強度及び表示素子での光制御量の調整と同様の調整を各フレームにおいて実行することにより、表示画質（輝度）の劣化を招くことなく、消費電力の低減化を図れる。
【００７１】
（付記１）表示素子へ入射される複数の色の光の順次的な切換えと表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させて表示を行うフィールド・シーケンシャル方式の表示装置において、前記表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする表示装置。
（付記２）前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記表示素子へ入射される各色の光毎に行うようにしたことを特徴とする付記１記載の表示装置。
（付記３）前記検出手段は、所定期間における表示データの最大の明るさの階調レベルを検出し、該最大の明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子における入射光の透過率または反射率が最大となるように前記表示素子での光制御量を調整し、調整した光制御量に応じて、入射される光の強度を調整するようにしたことを特徴とする付記１または２記載の表示装置。
（付記４）最大の明るさの階調レベル以外の階調レベルにおける明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子での光制御量を調整するようにしたことを特徴とする付記３記載の表示装置。
（付記５）前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を行った後の前記表示素子へ入射される光の強度が、前記調整を行わない場合に前記表示素子へ入射される光の強度より小さいことを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の表示装置。
（付記６）前記表示素子へ入射される光の入射領域が分割されており、前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記各入射領域毎に行うようにしたことを特徴とする付記１〜５のいずれかに記載の表示装置。
（付記７）前記表示素子は液晶表示素子であることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の表示装置。
（付記８）前記液晶表示素子に用いられる液晶材料は自発分極を有することを特徴とする付記７記載の表示装置。
（付記９）前記表示素子はデジタルマイクロデバイスであることを特徴とする付記１〜６のいずれかに記載の表示装置。
（付記１０）前記表示素子へ入射される複数の色の光は、赤色光，緑色光及び青色光であることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の表示装置。
（付記１１）前記表示素子へ入射される複数の色の光は、赤色光，緑色光，青色光及び白色光であることを特徴とする付記１〜９のいずれかに記載の表示装置。
（付記１２）赤，緑，青の画像データを赤，緑，青，白の画像データに変換する変換手段を備えており、前記検出手段は、該変換手段で得られる画像データの階調レベルを検出するようにしたことを特徴とする付記１１記載の表示装置。
（付記１３）複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示装置において、前記表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする表示装置。
（付記１４）表示素子へ入射される複数の色の光の順次的な切換えと表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてフィールド・シーケンシャル方式の表示を行う表示方法において、前記表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする表示方法。
（付記１５）複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示方法において、前記表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする表示方法。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、表示素子へ入射される光に対応する表示データの階調レベルを検出し、その検出結果に基づいて、表示素子へ入射される光の強度及び表示素子での光制御量を調整するようにしたので、表示データに応じて表示素子への入射光の強度と表示素子での光制御量とを調整することが可能となり、例えば、最も明るい表示を必要としない表示データにあっては、表示素子へ入射される光の強度を抑え、表示素子による入射光の透過率または反射率が高まるように光制御量を調整することにより、入射光の強度及び光制御量を調整しない場合と同等の画面の明るさを維持して、表示画質の劣化、特に輝度の低下を招くことなく、消費電力の低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液晶表示装置（第１，第２実施の形態）の回路構成を示すブロック図である。
【図２】液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図３】液晶表示装置の全体の構成例を示す模式図である。
【図４】ＬＥＤアレイの構成例を示す図である。
【図５】本発明で使用する液晶材料の電気光学応答特性を示すグラフである。
【図６】本発明の液晶表示装置（第１実施の形態）における表示制御を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の液晶表示装置（第２，第３実施の形態）におけるバックライトの分割例を示す図である。
【図８】本発明の液晶表示装置（第２実施の形態）における表示制御を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の液晶表示装置（第３実施の形態）における画像データの変換例を示す図である。
【図１０】本発明の液晶表示装置（第３実施の形態）の回路構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の液晶表示装置（第３実施の形態）における表示制御を示すタイムチャートである。
【図１２】カラーフィルタ方式の液晶表示装置における液晶パネル及びバックライトの模式的断面図である。
【図１３】強誘電性液晶パネルにおける液晶分子の配列状態を示す図である。
【図１４】従来の液晶表示装置における表示制御を示すタイムチャートである。
【図１５】従来のフィールド・シーケンシャル方式の表示装置の概念を説明するための図である。
【図１６】本発明のフィールド・シーケンシャル方式の表示装置の概念を説明するための図である。
【符号の説明】
３共通電極
７ＬＥＤアレイ
２１液晶パネル
２２バックライト
２３階調レベル検出回路
２４画像データ変換回路
３１制御信号発生回路
３２データドライバ
３５バックライト制御回路
６０カラーフィルタ
７０白色光源

Claims

表示素子へ入射される複数の色の光の順次的な切換えと表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させて表示を行うフィールド・シーケンシャル方式の表示装置において、前記表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする表示装置。
前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記表示素子へ入射される各色の光毎に行うようにしたことを特徴とする請求項１記載の表示装置。
前記検出手段は、所定期間における表示データの最大の明るさの階調レベルを検出し、該最大の明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子における入射光の透過率または反射率が最大となるように前記表示素子での光制御量を調整し、調整した光制御量に応じて、入射される光の強度を調整するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の表示装置。
最大の明るさの階調レベル以外の階調レベルにおける明るさを得る際に、前記調整手段は、前記表示素子での光制御量を調整するようにしたことを特徴とする請求項３記載の表示装置。
前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を行った後の前記表示素子へ入射される光の強度が、前記調整を行わない場合に前記表示素子へ入射される光の強度より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の表示装置。
前記表示素子へ入射される光の入射領域が分割されており、前記検出手段による階調レベルの検出、並びに、前記調整手段による光の強度及び光制御量の調整を、前記各入射領域毎に行うようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置。
複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示装置において、前記表示データの階調レベルを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整する調整手段とを備えることを特徴とする表示装置。
表示素子へ入射される複数の色の光の順次的な切換えと表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてフィールド・シーケンシャル方式の表示を行う表示方法において、前記表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする表示方法。
複数の色のカラーフィルタを設けた表示素子への白色光の入射と表示画像に応じた各色の表示データによる前記表示素子での光制御とを同期させてカラー表示を行う表示方法において、前記表示データの階調レベルを検出し、該階調レベルの検出結果に基づいて、前記表示素子へ入射される白色光の強度及び前記表示素子での光制御量を調整することを特徴とする表示方法。