JP4201026B2 - 液晶表示装置および液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置および液晶表示装置の駆動方法に関し、特に画素単位で表示制御が行われるアクティブマトリクス型液晶表示装置および当該液晶表示装置の駆動方法に関する。

現在、液晶表示装置は、薄型・軽量、低消費電力の観点から、携帯端末、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）モニタ、業務用機器そしてデジタルＴＶへと広く採用されている。特に、ＴＶ用途としては、従来から広く普及しているＣＲＴ(Cathode Ray Tube)との比較が為され、暗所コントラスト、応答速度（動画特性）などの点でまだ問題がある。

液晶表示装置は、液晶パネル下面のバックライトから光を当てる一方、液晶パネルの各画素が光のシャッターの役割を果たす構造となっているが、黒表示時に完全に光を遮光できないことから暗所でコントラストが低下する。この暗所でのコントラスト低下については、カラーフィルタの顔料粒径を小さくすることや、偏光フィルム類の改良、画素内全域で液晶分子が適正な方向に配向するようなパネル設計を行うことにより、以前よりは黒輝度を抑えることが出来るようになってきたが、今なお黒表示時において完全な遮光ができていない。

また、入力される映像信号の輝度レベルをモニタすることで、明るさに応じたバックライト輝度のコントロールも為されているが、液晶表示装置向けにバックライトとして広く使用されているＣＣＦＬ管（冷陰極蛍光管）では、局所的な輝度コントロールは出来ないため、明るい部分と暗い部分が同時表示されるような映像では、明暗所どちらかの表示に悪影響を与えることとなっていた。

このコントラストを改善する手法の一つとして、従来、液晶パネルを２枚重ねることによって画素単位で輝度をコントロールするとともに、黒表示時には、２枚の液晶パネルを黒表示とすることによってパネル１枚のコントラストの２乗までの黒表示が出来るようにした技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開平３−０５５５９２号公報 特開平３−１１３４２７号公報

一方、液晶表示装置の応答速度については、液晶分子自体の応答が遅いことが挙げられる。特に、低階調や低温の条件下では１フレーム以内に応答が収束できず、その結果動画のボケが発生することが問題となっている。また、液晶表示装置は、バックライトが常時点灯し、画素が光り続ける（映像信号をホールドし続ける）ホールド型デバイスであることから、ホールド型ディスプレイに起因する動画のボケや残像が起きている。

液晶表示装置の動画特性（応答速度）を改善する技術としては、オーバードライブ技術が知られている。このオーバードライブ技術は、一般的に、現フレームと前フレームとを比較することによって階調変化を監視し、階調変化が認められる場合に、変化が認められた１フレームのみ到達階調電圧よりも高い電圧を印加することを基本とする。

しかしながら、動画特性を改善するためにはホールド型デバイスを、画素が点滅するインパルス型デバイスにする必要がある。この改善技術としては、スキャンバックライト技術、黒挿入などが広く知られている。

前者のスキャンバックライト技術は、データ信号の書き込みタイミングに同期させて１フレーム期間の特定の時間だけバックライトを消す（もしくは、減光する）というものである。ただし、領域単位でバックライトのＯＮ／ＯＦＦを行うために１つ１つの画素全ての書き込みに対して全ての画素で同じタイミングでバックライトを消すことは不可能であるとともに、点灯している領域からの消灯している領域に対する光漏れは免れない。

後者の黒挿入は、データ信号上で１フレームおきに黒を書き込む技術である。この黒挿入の場合、フリッカが伴うこと、またバックライトの輝度制御と同様に、直接輝度の低下に繋ってしまうことが実現を難しくしている。

さらに、動画の見栄えを良くする技術として倍速駆動がある。この倍速駆動は、通常の垂直周期を１．５倍もしくは２倍以上に引き上げることで、オーバードライブを併用し応答速度を改善するとともに、各フレーム内の分割された複数フィールド毎に書き込む階調を選択することで擬似的なインパルス駆動も実現している。

例えば、２倍速の場合、通常駆動時の１フレーム内の１フィールド目においてデータ信号を書き込み、２フィールド目において黒を書き込むことで、光学波形としては、のこぎり歯状の波形、即ちインパルス型となる。

上述したオーバードライブ、スキャンバックライト、黒挿入、倍速駆動等の各技術を組み合わせることにより、液晶表示装置の動画特性については、以前とは比べものにならないほど改善するに至っており、その結果例えば液晶ＴＶの普及率も向上してきている。

しかしながら、ディスプレイの用途によっては、オーバードライブ、スキャンバックライト、黒挿入、倍速駆動等の各技術を組み合わせたとしても、暗所コントラスト、動画特性ともに十分でないことが分かっている。例えば、業務用途で放送業界や医療業界向けのディスプレイである。特に、放送業界では放映前の映像のチェックを行うマスターモニターがあり、このマスターモニターでは暗部の階調表現において従来のＣＲＴ同等の表現力が要求されるとともに、動画特性についてもＣＲＴに匹敵するレベルが要求されている。

そこで、本発明は、液晶パネルを複数枚重ね合わせることによってコントラストの飛躍的な向上を図る技術を用いた上で、ＣＲＴに匹敵する動画特性（応答特性）を実現可能な液晶表示装置および液晶表示装置の駆動方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、対向配置された透明な２枚の基板間に液晶層が配され、前記２枚の基板の一方の基板に画素が行列状に２次元配置された少なくとも２枚の第一，第二の液晶パネルが、各々の画素の光軸が一致するように重ね合わされ、前記第一の液晶パネル側にバックライトが配置されてなる液晶表示装置において、前記バックライト側の前記第一の液晶パネルを、１フレーム周期をｎフィールド（ｎは２以上の整数）に分割したｎ倍速駆動にて駆動し、表示面側の前記第二の液晶パネルを、１フレーム周期を分割しない通常駆動にて駆動する、または前記第一，第二の液晶パネルを共にｎ倍速駆動にて駆動する構成を採っている。

上記構成の液晶表示装置において、第一の液晶パネルをｎ倍速駆動にて駆動し、第二の液晶パネルを通常駆動にて駆動する、または第一，第二の液晶パネルを共にｎ倍速駆動にて駆動することで、表示装置トータルの表示は、動画特性を改善するための要素である、画素が点滅するインパルス型表示となる。

本発明によれば、液晶パネルを複数枚重ね合わせることによってコントラストの飛躍的な向上を図る技術を用いた上で、ＣＲＴに匹敵する動画特性（応答特性）を実現できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、アクティブマトリクス型液晶表示装置の基本構成を示すブロック図である。図１に示すように、アクティブマトリクス型液晶表示装置１は、画素アレイ部２、垂直駆動系を構成するゲートドライバ３および水平駆動系を構成するデータドライバ４を基本的な構成要素として有する構成となっている。

（画素アレイ部）
画素アレイ部２は、透明な２枚の基板（図示せず）が対向して配置され、これら２枚の基板間に液晶（液晶層）が封入されたパネル構造の液晶パネル（図示せず）に形成されている。具体的には、一方の基板上に、単位画素５が行列状（マトリクス状）に２次元配置され、ｍ行ｎ列の画素配列に対して行ごとに走査線（ゲート線）６−１〜６−ｍが配線され、列ごとに信号線（データ線）７−１〜７−ｎが配線された構成となっている。また、単位画素５が形成された一方の基板（アレイ基板）には透明な電極（画素電極）が画素単位で形成され、他方の基板（対向基板）には一つの透明な電極（対向電極）が表示エリア全体に亘って形成されている。

（単位画素）
図２は、単位画素５の回路構成の一例を示す回路図である。図２に示すように、単位画素５０は、画素トランジスタ５１、容量素子５２および液晶素子（液晶セル）５３を有する構成となっている。この単位画素５０において、画素トランジスタ５１は、制御電極（ゲート電極）が走査線６（６−１〜６−ｍ）に接続され、入力電極が信号線７（７−１〜７−ｎ）に接続されている。画素トランジスタ５１としては、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）が用いられる。

容量素子５２は、一端が画素トランジスタ５１の出力電極に接続され、他端が接地されている。液晶素子５３は、画素電極とこれに対向して形成される対向電極との間で発生する液晶容量を意味し、画素電極が画素トランジスタ５１の出力電極に接続されている。液晶素子５３の対向電極は、先述したように、一つの透明な電極によって表示エリア全面に亘って画素共通に形成される。この対向電極には、画素共通のコモン電位Ｖｃｏｍが印加される。

この単位画素５において、信号線７（７−１〜７−ｎ）から画素トランジスタ５１を介して液晶素子５３の画素電極に映像信号に応じた電圧が印加されたとき、その印加電圧に応じて液晶の偏光特性が変化することにより、液晶素子５３によって印加電圧に応じた階調表示が行われる。この印加電圧は、容量素子５２に保持される。したがって、画素トランジスタ５１がオフした後も、容量素子５２に保持された電圧によって液晶の偏光特性が継続的に維持される。

（ゲートドライバ）
ゲートドライバ３は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素アレイ部２の各単位画素５を行単位で選択するための垂直走査パルス（走査電圧）を順に出力し、走査線６−１〜６−ｍを介して画素アレイ部２に与える。

（データドライバ）
データドライバ４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、ゲートドライバ３によって選択された画素行の各画素５に対して、信号線７−１〜７−ｎを介して映像信号（信号電圧）を１画素単位、または所定数の画素を単位として、あるいは１行単位（１ライン単位）で書き込む。

［実施形態］
図３は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のシステム構成の概略を示す概念図である。図３に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置１０は、複数枚、例えば２枚の第一，第二の液晶パネル１１，１２が図の下から順に各々の画素の光軸が一致するように重ね合わされ、下側の第一の液晶パネル１１側にバックライトユニット１３が配置され、当該バックライトユニット１３から発せられた光が第一，第二の液晶パネル１１，１２の各画素を液晶の透過率に応じて順に透過する構造となっている。

第一，第二の液晶パネル１１，１２は各々、基本的に、同じ構造となっている。具体的には、図１に示したように、第一，第二の液晶パネル１１，１２は各々、画素アレイ部２の各単位画素５が行列状に配置されるとともに、行ごとに走査線６−１〜６−ｍが、列ごとに信号線７−１〜７−ｎがそれそれ配線された基板と、一つの対向電極が表示エリア全体に亘って画素共通に形成された基板とが対向配置され、両基板間に液晶が封入されたパネル構造となっている。

第一，第二の液晶パネル１１，１２の周囲には、各パネルに対応してゲートドライバ基板１４，１５およびデータドライバ基板１６，１７がそれぞれ配置されている。ゲートドライバ基板１４，１５には図１に示したゲートドライバ３がそれぞれ形成され、データドライバ基板１６，１７には図１に示したデータドライバ４がそれぞれ形成される。第一，第二の液晶パネル１１，１２とゲートドライバ基板１４，１５およびデータドライバ基板１６，１７とは、フレキシブル基板やケーブル等によって電気的に接続される。

第一，第二の液晶パネル１１，１２の周辺基板としてさらに、駆動回路基板１８が設けられている。この駆動回路基板１８には、ゲートドライバ基板１４，１５上の各ゲートドライバ３およびデータドライバ基板１６，１７上の各データドライバ４を駆動するための後述する駆動回路が形成される。駆動回路基板１８は、ゲートドライバ基板１４，１５およびデータドライバ基板１６，１７に対してフレキシブル基板やケーブル等によって電気的に接続される。

このように、複数枚の液晶パネル、ここでは２枚の液晶パネル１１，１２を重ね合わせた構造の液晶表示装置によれば、黒表示時に、第一，第二の液晶パネル１１，１２を共に黒表示とすることにより、バックライトユニット１３側の第一の液晶パネル１１で漏れた光が第二の液晶パネル１２で遮光され、パネル１枚のコントラストの２乗までの黒表示を実現できるために、コントラストを飛躍的に向上できることが知られている。

図４は、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、図面の簡略化のために、第一，第二の液晶パネル１１，１２の一方について、画素アレイ部２、ゲートドライバ３およびデータドライバ４を図示している。

図４において、ゲートドライバ３およびデータドライバ４を駆動するための駆動回路８は、タイミングコントローラ８１、データ変換器８２およびメモリ回路８３を有する構成となっている。この駆動回路８には、画素アレイ部２の各単位画素５に書き込むための映像信号がデータ信号として入力される。

タイミングコントローラ８１は、画素アレイ部２の各単位画素５を行単位で選択走査するためのゲートドライバ３に対するタイミング制御、画素アレイ部２の各単位画素５にデータ信号（映像信号）を書き込むためのデータドライバ４に対するタイミング制御、データ変換器８２に対するデータ変換のためのタイミング制御などを行う。

データ変換器８２はデータ変換テーブルを有し、映像信号のデータ電圧を補正する処理を行う。具体的には、データ変換器８２は、１フレーム分の記憶容量を持つメモリ回路８３を利用して、前フレームと現フレームでのデータ信号の比較を行い、その比較結果に基づいてデータ変換テーブル上の補正値を読み出し、現フレームのフィールドのデータ信号に加算することによってデータ電圧の補正を行う。このデータ変換器８２による補正により、先述したオーバードライブ機能を実現できる。

ここで、上記構成の駆動回路８は、第一の液晶パネル１１を駆動する第一の駆動手段に相当するとともに、第二の液晶パネル１２を駆動する第二の駆動手段に相当することになる。また、第一，第二の駆動手段である２つの駆動回路８は、第一，第二の液晶パネル１１，１２の各入力信号を同期させて各液晶パネル１１，１２を駆動することになる。

かかる構成の本実施形態に係る液晶表示装置では、少なくとも２枚の第一，第二の液晶パネル１１，１２を重ね合わせた構造を持つことによってコントラストの飛躍的な向上を図る技術を用いた上で、ＣＲＴに匹敵する動画特性（応答特性）を実現することを特徴としている。以下に、その具体的な実施例について説明する。なお、以下の各実施例では、簡単のため、１フレーム周期を２フィールド（ｎ＝２）に等分割した場合を例に挙げて説明するものとする。

（実施例１）
実施例１に係る液晶表示装置では、駆動回路８による駆動の下に、第二の液晶パネル１２については通常駆動を行い、第一の液晶パネル１１については倍速駆動を行うこととする。ここで、通常駆動とは、入力信号（映像信号）の周波数（駆動周波数）で駆動する、即ち１フレーム周期を分割しない駆動を言う。したがって、倍速駆動とは、入力される映像信号の周波数の２倍の周波数で駆動する駆動を言うことになる。

このように、第一の液晶パネル１１を倍速駆動とし、第二の液晶パネル１２を通常駆動とした液晶表示装置において、第二の液晶パネル１２の応答波形が、図５（ａ）に示すように、１フレームの期間において黒階調から所定の階調（例えば、２００階調）に過渡的に変化する波形であったとき、第一の液晶パネル１１では１フィールド目で黒の階調電圧を印加し、２フィールド目では白の階調電圧を印加する駆動を行うと、第一の液晶パネル１１の応答波形は、図５（ｂ）に示すように、のこぎり歯状の波形となる。

ここで、応答速度が０ｍｓ、つまりデータ電圧が変わった瞬間に液晶パネルの光学応答も瞬時に立ち上がることが望ましいのであるが、図５（ａ）に示す応答波形の立ち上がりのように液晶分子の応答の遅さが生じるために、また常時点灯のホールド型ディスプレイが動画のボケを誘引する。

そのために、実施例１に係る液晶表示装置では、第一の液晶パネル１１の駆動を、図５（ｂ）に示すように、応答波形がのこぎり歯状になるように設定している。第一の液晶パネル１１は、第二の液晶パネル１２に入射する光量をコントロールする役目（作用）を為す。この第一の液晶パネル１１の作用により、液晶パネル１１，１２トータルの光学波形は、図５（ｃ）に示すように、のこぎり歯状の波形となる。その結果、第一，第二の液晶パネル１１，１２による表示、即ち表示装置トータルの表示は、画素が点滅するインパルス型表示となる。

すなわち、実施例１に係る液晶表示装置における液晶パネル１１，１２の駆動方法の基本概念は、先述したスキャンバックライト技術において、液晶の応答過渡期にバックライトを消し、応答完了期にバックライトを点灯することに基づいている。そして、実施例１に係る液晶表示装置における駆動方法では、バックライトのＯＮ／ＯＦＦと同等の機能を画素単位でコントロールしていることに他ならない。

スキャンバックライト技術では、先述したように、領域ごとのバックライトのＯＮ／ＯＦＦであるため、一般的に、面内上部からデータが書き込まれる液晶駆動において、バックライトのＯＦＦのタイミングをすべての画素で一致させることが出来なく、また他の領域からの漏れ光があるために動画特性の改善効果は不十分となる。

このスキャンバックライト技術に対して、実施例１に係る液晶表示装置における駆動方法によれば、動画特性を改善するための要素であるインパルス型表示を画素単位で確実に行うことができるため、動画特性（応答特性）の改善効果が高く、ＣＲＴに匹敵する動画特性を実現できる。

なお、液晶表示装置では、液晶の駆動には交流駆動を行う。これは液晶材料の劣化を防ぐためで、倍速の場合、特に２つの階調が繰り返すような場合には、１フレーム単位で極性を反転することが必要となる。つまり、２つの階調が繰り返すような場合には、ｍフレームの１フィールド目と２フィールド目の極性を正極性とし、ｍ＋１フレームの１フィールド目と２フィールド目の極性を負極性とする（これは以後の倍速においても同様）。

また、図５（ｂ）において、第一の液晶パネル１１の１フィールド目には黒でない階調電圧を印加し、２フィールド目には白でない高階調電圧を印加することも有効である。これは、第一の液晶パネル１１に印加することのできる最大と最小の電圧をそれぞれ白、黒としている場合、オーバードライブが使用できないため、１フィールド内で応答が完了するようにオーバードライブが使用出来る階調を選択することが有効となる。

具体的には、１フィールド目には所定の第１の階調、例えば５０階調以下程度の低階調を、２フィールド目には第１の階調よりも高い第２の階調、例えば２００階調以上の高階調を使用することが望ましい。この方法では、２フィールド目の液晶応答の前に黒でない電圧が印加されることで、液晶分子にプレチルト角が与えられるため、２フィールド目の応答性を高めることもできる。

一般的に、液晶は黒からの液晶応答の際、ＶＡ(Vertically Aligned)モードの場合、液晶分子が倒れる方向を決めてから応答を開始する。この液晶分子の倒れる方向を決める時間が応答速度を遅くすることとなり、黒でない階調を１フィールド目で印加することで、２フィールド目の応答性が高まるためである。

また、この駆動方法では、第一の液晶パネル１１は常に同じ２つの階調の繰り返しとなるため、表示装置トータルのγ表現は第二の液晶パネル１２のγと相等しくなる。

（実施例２）
実施例２に係る液晶表示装置では、駆動回路８による駆動の下に、第二の液晶パネル１２については通常駆動を行い、第一の液晶パネル１１については倍速駆動を行うことに前提とした上で、第二の液晶パネル１２の表示に合わせて、第一の液晶パネル１１の繰り返し階調を変化させる、具体的には１フィールド目と２フィールド目の階調を変えるようにする。

実施例１に係る液晶表示装置では、第二の液晶パネル１２の入力レベルに関わらず、第一の液晶パネル１１は同じ階調の繰り返しを行うようにしていた。この場合、第二の液晶パネル１２が黒の階調電圧のときにも光漏れを発生させてしまう。これでは、２枚の液晶パネル１１，１２を重ねることで黒の表現力を増すという効果を相殺することになる。

これに対して、実施例２に係る液晶表示装置によれば、第二の液晶パネル１２の表示に合わせて、第一の液晶パネル１１の繰り返し階調を変化させる、つまり、少なくとも第二の液晶パネル１２にて黒の階調電圧が印加された際には第一の液晶パネル１１は両フィールドとも黒とすることにより、黒の表現はコントラストの理論値通りの値がでるようになる。

ただし、この場合、第二の液晶パネル１２が１階調の場合に、黒との輝度差が大きくなってしまうため、第二の液晶パネル１２が１〜低階調の間は、表示装置の階調輝度として適当になるように、第一の液晶パネル１１の２フィールド目の階調を段階的に変える方法をとる。この変え方については、使用する液晶パネル、目的とする低階調のγのあり方によって決定される要因で実機にて測定を行って決定する。

（実施例３）
実施例３に係る液晶表示装置では、駆動回路８による駆動の下に、第二の液晶パネル１２については通常駆動を行い、第一の液晶パネル１１については倍速駆動を行うことに前提とした上で、第二の液晶パネル１２の表示階調に応じて第一の液晶パネル１１のフィールド毎の階調を変えるようにすることにより、動画特性（応答特性）の改善を行いつつ、黒の表現性を保つようにする。

２枚の液晶パネル１１，１２を重ね合わせたパネル構造では、第一の液晶パネル１１のγと第二の液晶パネル１２のγとを掛け合わせることにより表示装置としてのγが決定される。その組み合わせは無数に存在する。以下に、γの組み合わせの例を示す。ただし、この組み合わせは一例であってその限りではない。

まず、第一の液晶パネル１１のγを１．８とする。このとき、フィールド毎の階調表現については例えば図６に示すように設定することができる。すなわち、ある特定階調までは１フィールド目には低階調電圧を印加し（図６中、点線）、ある特定階調以上では２フィールド目に白電圧を印加する（図６中、一点鎖線）ことで、第一の液晶パネル１１としてのγ（＝１．８）を形成する（図６中、実線）。

ここで、図６の特性図は、一例として、第一の液晶パネル１１の表示階調を１９１とするとき、１フィールド目には１０階調以下の階調を入力し、２フィールド目には２５０階調程度の階調を入力すると、第一の液晶パネル１１の輝度比は、白を１とした場合０．６程度となることを表している。

このとき、表示装置トータルとしてのγを２．２に保つためには、図７に示すように、第二の液晶パネル１２のγをおよそ０．５とする必要がある。図７において、実線は図６の実線に相当し、第一の液晶パネル１１単独のγを示している。また、一点鎖線は第二の液晶パネル１２単独のγを、点線は表示装置トータルのγをそれぞれ示している。

この階調設定の実施例３に係る液晶表示装置においては、実施例１に係る液晶表示装置によるインパルス型表示の実現に加えて、以下の利点がある。

・第二の液晶パネル１２にて１以下のγ設定となる場合、低階調の応答性の遅い部分の使用領域が狭いため、広域な階調に亘って早い液晶の応答が実現できる。
・第一の液晶パネル１１にて１フィールド目で低階調電圧を印加することで液晶にプレチルト角がつくため、２フィールド目の応答性が良くなる。
・第一の液晶パネル１１では、第二の液晶パネル１２が黒／白表示のとき両フィールド共に黒／白であり、黒を表現できるとともに、白表示での輝度の低下を最小限に留めることが出来る。

実施例３に係る液晶表示装置によれば、第一，第二の液晶パネル１１，１２共に液晶の応答性が高いほど、インパルス型表示の実現の効果は高くなるため、動画特性の改善が出来ることになる。ただし、この場合、高階調側ではインパルス型表示とならないため、高階調での動画特性に関して難がある。

（実施例４）
実施例４に係る液晶表示装置では、駆動回路８による駆動の下に、第一，第二の液晶パネル１１，１２を共に倍速駆動にて駆動を行うこととする。この場合、第二の液晶パネル１２では、図６に示したフィールド毎に異なる階調を印加することとする。また、第一の液晶パネル１１では、１フィールド目に白の階調電圧を、２フィールド目に黒の階調電圧をそれぞれ印加することとする。

先述したように、第一の液晶パネル１１は２つの同一階調を繰り返すだけであるので、表示装置トータルのγは第二の液晶パネル１２のγで決定される。したがって、図６ではγ＝１．８を想定したが、表示装置としてのターゲットγに合うように各フィールドでの階調を決める必要がある。

このときの第一，第二の液晶パネル１１，１２および表示装置トータルの応答波形は、図８に示されるような波形となる。すなわち、第二の液晶パネル１２では、黒→２００階調の応答を示す。第一，第二の液晶パネル１１，１２の応答波形（ｂ），（ａ）は共に、のこぎり歯状の波形となることがわかる。

ここで注目すべきは、表示装置トータルの応答波形（ｃ）は、第一，第二の液晶パネル１１，１２の応答波形（ｂ），（ａ）、即ちのこぎり歯状の波形よりもシャープな波形となっていることである。これは、第一の液晶パネル１１と第二の液晶パネル１２の波形が掛け合わされることによる効果であり、実施例１に係る液晶表示装置よりもインパルス型表示がより顕著となることで、動画特性としてはより改善されることになる。

なお、実施例１と同様に、図８（ｂ）に示す第一の液晶パネル１１の表示階調については、黒と白でなくとも良い。黒でない低階調および、白でない高階調を使用することで、オーバードライブを適用することが出来るようになるために、液晶の応答性を高めることが可能となる。

また、第二の液晶パネル１２の表示が黒の際には、第一の液晶パネル１１の２フィールド共に黒を表示することが望ましい。この場合には、実施例２においても述べたように、１階調、２階調などの低階調表現が不自然になるため、表示装置トータルでの低階調表示時には、以下のいずれかの対応を行うことが望ましい。
・第一の液晶パネル１１の１フィールド目、２フィールド目の階調を、表示装置トータルの低階調輝度に合うように設定する。
・第二の液晶パネル１２の１フィールド目、２フィールド目の階調設定を、第一の液晶パネル１１が２つの階調の繰り返し駆動設定であることを考慮した設定とする。

このいずれかの対応を行うことにより、低階調表現が自然であり、かつ、実施例３に係る液晶表示装置での懸念、即ち高階調時にインパルス化できないという懸念も解消することができる。

（実施例５）
実施例５に係る液晶表示装置でも、実施例４に係る液晶表示装置と同様に、駆動回路８による駆動の下に、第一，第二の液晶パネル１１，１２共に倍速駆動を行うこととする。ただし、実施例４に係る液晶表示装置では、第一の液晶パネル１１の入力階調について、黒もしくは低階調と白もしくは高階調の繰り返しであったのに対し、実施例５に係る液晶表示装置では、第一の液晶パネル１１の入力階調についても、第二の液晶パネル１２と同様に、１フィールド目と２フィールド目で異なる階調を入力し、特定階調までは２フィールド目は黒もしくは低階調、それ以降は１フィールド目に白もしくは高階調電圧を印加することとする。

実施例５に係る液晶表示装置の構成を採る場合には、実施例３に係る液晶表示装置のように、第一の液晶パネル１１と第二の液晶パネル１２のフィールド組み合わせ階調を、表示装置トータルの狙いγに合うように設定しなければならないが、実施例４に係る液晶表示装置よりも高輝度を保ちやすく、また、それぞれの液晶パネルのフィールド組み合わせ階調によっては液晶の応答性を有利に働かせることが出来るようになる。

（実施例６）
実施例６に係る液晶表示装置でも、実施例４に係る液晶表示装置と同様に、駆動回路８による駆動の下に、第一，第二の液晶パネル１１，１２共に倍速駆動を行うこととする。ただし、第二の液晶パネル１２については倍速駆動であるが、２つのフィールド共に同じ階調を書き込むこととする。第一の液晶パネル１１の１フィールド目には白もしくは高階調電圧、２フィールド目には黒もしくは低階調電圧を印加するものとする。

この場合、基本的には、第二の液晶パネル１２を通常駆動とした実施例１に係る液晶表示装置の場合とほぼ同じ効果が得られる。ただし、1フレーム期間内に同じ階調を２度書き込むことができるため、階調によっては液晶の応答性が高まることとなる。これは、特に低階調→高階調への応答の場合、２度目の書き込み時にはすでに液晶は、スタート階調と到達階調の間の階調の状態にあり、実質的にはここから到達階調への応答となるためである。

このように液晶の応答性を高めることができるということは、動画の表示を良くすることができることはもちろんであるが、これに加えて輝度のロス分を少なくすることができるという効果があり、その結果、表示可能輝度を高めることが出来る。

なお、上記各実施例では、液晶パネル２枚を重ね合わせて使用しているが、その液晶モードについては特に限定されるものではない。すなわち、同一モードの液晶パネルを２枚重ね合わせて使用しても良いし、異なる液晶モードの液晶パネルを２枚重ね合わせて使用しても良い。ただし、液晶の応答性の良い液晶パネルの組み合わせが望ましい。

また、上記各実施例では、１フレーム周期を２フィールド（ｎ＝２）に時間均等分割した場合を例に挙げて説明したが、１フレーム中のフィールド分割については時間均等分割でなくても良い。また、ｎ分割を行う際にも、フィールドの分割比率は任意に設定できるものとする。

［変形例１］
ところで、上記各実施例では、第一，第二の液晶パネル１１，１２のいずれか、もしくは両方について倍速駆動を行う構成を採っているが、倍速駆動を行うと通常駆動に比べてデータ電圧の書き込み時間が半分となるため、例えばＴＦＴからなる画素トランジスタ５１（図２参照）の書き込み能力に問題が出て来る可能性がある。画素トランジスタ５１の書き込み能力は温度に依存し、低温では画素トランジスタ５１に使用されるａ−Ｓｉ（アモルファスシリコン）の移動度が低くなるため不利になることは周知の事実である。

画素トランジスタ５１の書き込み能力が不足してくると、輝度の低下、また極端な場合には面内での画素トランジスタ５１の能力の差も吸収できない状態となり、表示品位の悪化をもたらす。もちろん、画素トランジスタ５１のサイズを大きくすれば、書き込み能力を向上できるため、書き込み能力の不足による問題を回避できるものの、透過率の低下、また歩留まりの低下を引き起こす懸念がある。

透過率の低下や歩留まりの低下を引き起こすことなく、画素トランジスタ５１の書き込み能力の不足を解消するために為されたのが、以下に説明する変形例１に係る液晶表示装置である。

図９は、本発明の変形例１に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図であり、図中、図４と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、図面の簡略化のために、第一，第二の液晶パネル１１，１２の一方について、画素アレイ部２、ゲートドライバ３およびデータドライバ４を図示している。

図９に示すように、変形例１に係る液晶表示装置は、表示装置内、例えば第一，第二の液晶パネル１１，１２の近傍または液晶パネル１１，１２上に、本液晶表示装置、好ましくは第一，第二の液晶パネル１１，１２の温度を検出する温度センサ（温度測定素子）２１を配置し、駆動回路８による駆動の下に、温度センサ２１による検出温度（液晶表示装置の温度）がある所定の温度以下ではｎ倍速駆動から通常駆動へと駆動モードを切り替える構成を採っている。

このように、第一，第二の液晶パネル１１，１２のいずれか、もしくは両方について倍速駆動を行う構成を採る液晶表示装置において、当該液晶表示装置の温度がある所定の温度以下ではｎ倍速駆動ではなく、通常駆動を行うようにすることで、透過率の低下や歩留まりの低下を引き起こすことなく、温度に依存する画素トランジスタ５１の書き込み能力の不足を回避することができる。

なお、通常駆動を行ったとしても、元々低温環境下では液晶の応答も遅いため、ｎ倍速駆動による表示を行ってもその効果には限度があり、動画の応答性についても極端な劣化には至らない。どの温度でｎ倍速駆動から通常駆動へ切り替えるかは、画素トランジスタ５１の設計、ａ−Ｓｉの移動度およびｎ倍速駆動のｎの値によって決定される。

また、本実施例１では、液晶表示装置の温度がある所定の温度以下のとき、ｎ倍速駆動から通常駆動へ駆動モードを切り替えるとしたが、通常駆動への切り替えに限られるものではなく、倍速速度を落とす、具体的にはｎ倍速駆動からｎ−１倍速駆動、ｎ−２倍速駆動、…に切り替える（変更する）構成を採ることも可能である。

［変形例２］
また、画素トランジスタ５１の書き込み能力は、駆動周波数（入力される映像信号の周波数）によっても変化する。これは、駆動周波数が上昇するに連れて画素トランジスタ５１のゲートに印加される垂直走査パルスのパルス幅が狭くなるためである。この駆動周波数の変化に起因する画素トランジスタ５１の書き込み能力の不足を解消するために為されたのが、以下に説明する変形例２に係る液晶表示装置である。

図１０は、本発明の変形例２に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図であり、図中、図４と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、図面の簡略化のために、第一，第二の液晶パネル１１，１２の一方について、画素アレイ部２、ゲートドライバ３およびデータドライバ４を図示している。

図１０に示すように、変形例２に係る液晶表示装置は、入力される映像信号の周波数（駆動周波数）を検出する周波数検出回路２２を有し、駆動回路８による駆動の下に、駆動周波数がある所定の周波数以上では、ｎ倍速駆動から通常駆動へと駆動モードを切り替える構成を採っている。

このように、第一，第二の液晶パネル１１，１２のいずれか、もしくは両方について倍速駆動を行う構成を採る液晶表示装置において、当該液晶表示装置の駆動周波数、具体的には入力される映像信号の周波数がある所定の周波数以上ではｎ倍速駆動ではなく、通常駆動を行うようにすることで、駆動周波数の変化に起因する画素トランジスタ５１の書き込み能力の不足を回避することができる。

なお、本変形例２では、液晶表示装置の駆動周波数がある所定の周波数以上のとき、ｎ倍速駆動から通常駆動へ駆動モードを切り替えるとしたが、通常駆動への切り替えに限られるものではなく、ｎ倍速駆動からｎ−１倍速駆動、ｎ−２倍速駆動、…に切り替える、即ち倍速速度を落とす（変更する）構成を採ることも可能である。

また、上記変形例１，２では、画素トランジスタ５１、例えばＴＦＴのアクティブ素子として、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、アクティブ素子の一部または全てがポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）で形成した構成を採ることも可能である。この構成を採ることにより、ＴＦＴの移動度が２桁程度異なるため、画素トランジスタ５１の書き込み能力は問題とならない。

［変形例３］
ところで、上記各実施例では、表示装置トータルの応答波形をインパルス型表示とするようにしているため、動画特性（応答特性）に対しての改善効果は高いが、例えば、６０Ｈｚの通常駆動のときに、１２０Ｈｚの倍速駆動を行った場合、静止画を表示したときに６０Ｈｚのフリッカが気になる場合がある。このフリッカは、インパルス型表示の明るい輝度と暗い輝度の階調差が大きいほど顕著となり、特に静止画にて目立ちやすい。

このフリッカの低減を行うためには、１フレーム内のフィールド分割数、つまりｎの値を上げていけばフリッカの周波数が大きくなるので回避できるが、上述した画素トランジスタ５１の書き込み能力の問題もあり、ｎの値を上げるにも限界がある。そこで、１フレーム内のフィールド分割数を上げることなく、フリッカを低減するために為されたのが、以下に説明する変形例３に係る液晶表示装置である。

図１１は、本発明の変形例３に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図であり、図中、図４と同等部分には同一符号を付して示している。ここでは、図面の簡略化のために、第一，第二の液晶パネル１１，１２の一方について、画素アレイ部２、ゲートドライバ３およびデータドライバ４を図示している。

変形例３に係る液晶表示装置は、駆動回路８内に入力される映像信号に基づく表示画像が静止画であるか動画であるかを判定する静止画／動画判定回路８４を有し、動画表示時には上記各実施例のように倍速駆動を使用し、静止画表示時にはｎ倍速駆動から通常駆動へと駆動モードを切り替える構成を採っている。静止画／動画判定回路８４は、例えば、フレームメモリを有し、前フレームと現フレームの映像信号のレベル差が所定レベル以下のときに静止画と判定し、所定レベルを超えるときに動画と判定する。

このように、第一，第二の液晶パネル１１，１２のいずれか、もしくは両方について倍速駆動を行う構成を採る液晶表示装置において、静止画表示時にはｎ倍速駆動ではなく、通常駆動を行うようにすることで、１フレーム内のフィールド分割数を上げることなく、静止画表示時のフリッカを低減できるため、動画特性に優れる動画表示と、フリッカのない静止画表示とを両立することができる。

このとき問題となるのが、動画と静止画での輝度の差である。動画表示時にはインパルス型表示を行うために原理的に輝度が低下することは避けられない。一方、静止画表示時には通常駆動を行うため、輝度のロス分は少ない。そこで、静止画表示時にはバックライト輝度を低くする、または動画表示時にはバックライト輝度を高めるように、バックライト輝度の調整を行うことにより、動画と静止画での輝度の差を埋めることができるため、動画／静止画のいずれの駆動においても同一の輝度で画表示を行うことが出来る。

このバックライト輝度を調整する技術については、変形例３の場合に限らず、変形例１の表示装置温度に応じた動作モードの切り替えの場合にも、変形例２の駆動周波数に応じた動作モードの切り替えの場合にも同様に適用することができる。

上記実施形態またはその変形例に係る液晶表示装置のように、液晶パネルを複数枚重ねた構造を持つ液晶表示装置は、三次元表示の表示映像を提供する表示装置や、見る方向によって異なる表示映像を提供する表示装置として利用することができる。

アクティブマトリクス型液晶表示装置の基本構成を示すブロック図である。 単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置のシステム構成の概略を示す概念図である。 本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図である。 実施例１に係る液晶表示装置における第一，第二の液晶パネルおよび表示装置トータルの応答波形を示す波形図である。 第一の液晶パネルについてのパネル表示階調−フィールド入力階調の特性を示す図である。 第一，第二の液晶パネルおよび表示装置トータルの表示階調−輝度比の特性を示す図である。 実施例４に係る液晶表示装置における第一，第二の液晶パネルおよび表示装置トータルの応答波形を示す波形図である。 本発明の変形例１に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図である。 本発明の変形例２に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図である。 本発明の変形例３に係る液晶表示装置の回路構成の概略を示すブロック図である。

符号の説明

１…アクティブマトリクス型液晶表示装置、２…画素アレイ部、３…ゲートドライバ、４…データドライバ、５…単位画素、６（６−１〜６−ｍ）…走査線、７（７−１〜７−ｎ）…信号線、８…駆動回路、１０…液晶表示装置、１１…第一の液晶パネル、１２…第二の液晶パネル、１３…バックライトユニット、１４，１５…ゲートドライバ基板、１６，１７…データドライバ基板、１８…駆動回路基板、２１…温度センサ（温度測定素子）、２２…周波数検出回路、８１…タイミングコントローラ、８２…データ変換器、８３…メモリ回路、８４…静止画／動画判定回路

Claims (24)

1. 対向配置された透明な２枚の基板間に液晶層が配され、前記２枚の基板の一方の基板に画素が行列状に２次元配置された少なくとも２枚の第一，第二の液晶パネルが、各々の画素の光軸が一致するように重ね合わされ、前記第一の液晶パネル側にバックライトが配置され、
   前記バックライト側の前記第一の液晶パネルを、１フレーム周期をｎフィールド（ｎは２以上の整数）に分割したｎ倍速駆動にて駆動する第一の駆動手段と、
   表示面側の前記第二の液晶パネルを、１フレーム周期を分割しない通常駆動にて駆動する第二の駆動手段と
   を備える液晶表示装置。
2. 前記第一の駆動手段は、前記第一の液晶パネルに対してフレーム最初のフィールドでは黒または黒に近い低階調電圧を印加し、次フィールド以降では白または白に近い高階調電圧を印加する
   請求項１記載の液晶表示装置。
3. 前記第一の駆動手段は、前記第一の液晶パネルに対してフレームの少なくとも最初と最後のフィールドで異なる階調電圧を印加し、前記第二の液晶パネルの表示階調に応じて最初と最後のフィールドの印加電圧を変化させる
   請求項１記載の液晶表示装置。
4. 前記第一の駆動手段は、前記第二の液晶パネルの表示階調が黒または白のときに、前記第一の液晶パネルに対してｎフィールドの全てで黒または白の階調電圧を印加する
   請求項１記載の液晶表示装置。
5. 液晶表示装置の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記第一の駆動手段は、前記温度検出手段による検出温度が所定の温度以下のときは前記第一の液晶パネルの倍速速度を落とす
   請求項１記載の液晶表示装置。
6. 液晶表示装置の駆動周波数を検出する周波数検出手段をさらに備え、
   前記第一の駆動手段は、前記周波数検出手段による検出周波数が所定の周波数以上のときは前記第一の液晶パネルの倍速速度を落とす
   請求項１記載の液晶表示装置。
7. 表示画像が動画であるか静止画であるかを判定する判定手段をさらに備え、
   前記第一の駆動手段は、前記判定手段による判定結果が静止画表示のときは前記第一の液晶パネルに対して前記通常駆動を行う
   請求項１記載の液晶表示装置。
8. 前記判定手段による判定結果が動画表示のときと静止画表示のときで前記バックライトの輝度を変える
   請求項７記載の液晶表示装置。
9. 前記画素のアクティブ素子の一部または全てがポリシリコンで形成されている
   請求項１記載の液晶表示装置。
10. 前記第一の液晶パネルと前記第二の液晶パネルの液晶モードが異なる
    請求項１記載の液晶表示装置。
11. １フレーム周期をｎフィールドに分割する際に、時間均等分割せずに任意にフィールド設定を行う
    請求項１記載の液晶表示装置。
12. 対向配置された透明な２枚の基板間に液晶層が配され、前記２枚の基板の一方の基板に画素が行列状に２次元配置された少なくとも２枚の第一，第二の液晶パネルが、各々の画素の光軸が一致するように重ね合わされ、前記第一の液晶パネル側にバックライトが配置されてなる液晶表示装置の駆動に当たって、
    前記バックライト側の前記第一の液晶パネルを、１フレーム周期をｎフィールド（ｎは２以上の整数）に分割したｎ倍速駆動にて駆動し、
    表示面側の前記第二の液晶パネルを、１フレーム周期を分割しない通常駆動にて駆動する
    液晶表示装置の駆動方法。
13. 対向配置された透明な２枚の基板間に液晶層が配され、前記２枚の基板の一方に画素が行列状に２次元配置された少なくとも２枚の第一，第二の液晶パネルが、各々の画素の光軸が一致するように重ね合わされ、前記第一の液晶パネル側にバックライトが配置され、
    前記バックライト側の前記第一の液晶パネルを、１フレーム周期をｎフィールド（ｎは２以上の整数）に分割したｎ倍速駆動にて駆動する第一の駆動手段と、
    表示面側の前記第二の液晶パネルを、１フレーム周期をｎフィールドに分割したｎ倍速駆動にて駆動する第二の駆動手段と
    を備える液晶表示装置。
14. 前記第一の駆動手段は、前記第一の液晶パネルに対してフレーム最初のフィールドでは白または白に近い高階調電圧を印加し、次フィールド以降では黒または黒に近い低階調電圧を印加し、
    前記第二の駆動手段は、前記第二の液晶パネルに対して特定階調までフレーム最終フィールドでは黒の階調電圧を印加し、特定階調以降はフレーム最初のフィールドで色の階調電圧を印加する
    請求項１３記載の液晶表示装置。
15. 前記第一の駆動手段は、前記第一の液晶パネルに対してフレーム最初のフィールドでは黒の階調電圧を印加し、次フィールド以降では白の調電圧を印加し、
    前記第二の駆動手段は、前記第二の液晶パネルに対して全てのフィールドで入力階調に応じた階調電圧を印加する
    請求項１３記載の液晶表示装置。
16. 前記第一の駆動手段は、前記第二の液晶パネルに対して全てのフィールドで黒または白の階調電圧が印加されたとき、前記第一の液晶パネルに対して全てのフィールドで黒または白の階調電圧が印加する
    請求項１３記載の液晶表示装置。
17. 液晶表示装置の温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
    前記第一，第二の駆動手段は、前記温度検出手段による検出温度が所定の温度以下のときは前記第一，第二の液晶パネルの倍速速度を落とす
    請求項１３記載の液晶表示装置。
18. 液晶表示装置の駆動周波数を検出する周波数検出手段をさらに備え、
    前記第一，第二の駆動手段は、前記周波数検出手段による検出周波数が所定の周波数以上のときは前記第一，第二の液晶パネルの倍速速度を落とす
    請求項１３記載の液晶表示装置。
19. 表示画像が動画であるか静止画であるかを判定する判定手段をさらに備え、
    前記第一，第二の駆動手段は、前記判定手段による判定結果が動画表示のときは前記第一，第二の液晶パネルに対して前記通常駆動を行う
    請求項１３記載の液晶表示装置。
20. 前記判定手段による判定結果が動画表示のときと静止画表示のときで前記バックライトの輝度を変える
    請求項１９記載の液晶表示装置。
21. 前記画素のアクティブ素子の一部または全てがポリシリコンで形成されている
    請求項１３記載の液晶表示装置。
22. 前記第一の液晶パネルと前記第二の液晶パネルの液晶モードが異なる
    請求項１３記載の液晶表示装置。
23. １フレーム周期をｎフィールドに分割する際に、時間均等分割せずに任意にフィールド設定を行う
    請求項１３記載の液晶表示装置。
24. 対向配置された透明な２枚の基板間に液晶層が配され、前記２枚の基板の一方に画素が行列状に２次元配置された少なくとも２枚の第一，第二の液晶パネルが、各々の画素の光軸が一致するように重ね合わされ、前記第一の液晶パネル側にバックライトが配置されてなる液晶表示装置の駆動にあたって、
    前記バックライト側の前記第一の液晶パネルと表示面側の前記第二の液晶パネルとを共に、１フレーム周期をｎフィールド（ｎは２以上の整数）に分割したｎ倍速駆動にて駆動する
    液晶表示装置の駆動方法。

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