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JP3202450B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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JP3202450B2
JP3202450B2 JP28599893A JP28599893A JP3202450B2 JP 3202450 B2 JP3202450 B2 JP 3202450B2 JP 28599893 A JP28599893 A JP 28599893A JP 28599893 A JP28599893 A JP 28599893A JP 3202450 B2 JP3202450 B2 JP 3202450B2
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gamma
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置に関し、特
に視野角の拡大を図った液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）はコンパク
ト性、低消費電力性等の特長によってその需要は拡大し
つつある。また、ＬＣＤは機能的にも大画面化、高精細
化、多階調化が進められてきており、現状では、対角１
０インチ前後の画面サイズで３０万〜１３１万画素の解
像度、１６階調（４０９６色）の表示能力のあるＬＣＤ
がいわゆるＯＡ用として量産されており、６４階調以上
のフルカラー品が試作品として報告されている。
【０００３】しかしながら、ＬＣＤは視野角がＣＲＴ等
に比べると狭く、特に上下の視野角が狭く問題となって
いる。これは現在ＯＡ用に最もよく使われているノーマ
リーホワイトの透過型ＴＮ（ツィストネマティック）方
式のＬＣＤは、偏光軸が直交するように配された２枚の
偏光板に挟まれた液晶に印加する電圧を変えることで、
液晶の配向状態を変え入射側の偏光板で直線偏光された
光の偏光軸の回転量を変えることで透過光量を制御して
いる。
【０００４】ＯＡ用では、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
側とカラーフィルター（ＣＦ）側とで夫々図９（ａ）に
示すような方向で配向膜にラビング処理を施すことで、
その方向に液晶を配向させている。
【０００５】電圧を印加しないと液晶は横になった状態
で捻れて配向するが、電圧を印加すると液晶は縦方向に
配向してくる。液晶分子の長軸方向と短軸方向では屈折
率が異なるため、液晶が寝た状態では光の伝播面で屈折
率の異方性があるのに対し、立った状態では等方的にな
る。従って、液晶印加電圧で光の偏光の回転が異なる。
この偏光の回転量は液晶分子の屈折率異方性（長軸方向
の屈折率−短軸方向の屈折率）と液晶セルのギャップの
積（リターデーション）で規定される。
【０００６】図９（ａ）の方向で配向させると、図９
（ｂ）に示すように液晶は捻れるためにリターデーショ
ンの異方性が現れる。左右方向は比較的対称な配向のた
めに視野角も比較的広いが、上下方向は液晶の配向の非
対称性が著しいため視野角が狭くなる。上側からみると
液晶は横になった状態に見え、下側からみると液晶は立
ってみえる。その結果上視野からは黒レベル浮きが顕著
となり、下視野からは階調逆転が問題となる。これは特
に中間調が多用されるフルカラー品で大きな問題とな
る。
【０００７】既に、広視野角化のための幾つかの手法が
提案されている。まずハネウエル社から提案され（ＳＩ
Ｄ’８９ Ｄｉｇｅｓｔ、ｐｐ１４８、１９８９）、ホ
シデン社（ＳＩＤ’９１ Ｄｉｇｅｓｔ、ｐｐ５５５、
１９９１、ＩＤＲＣ’９１Ｄｉｇｅｓｔ、ｐｐ２５５、
１９９１）により実用化された画素を分割し異なる電圧
を印加するハーフトーングレースケール法がある。
【０００８】これは図１０（ａ），（ｂ）に示すよう
に、一画素を複数の小画素ドットであるサブピクセル４
２〜４４に分割し、更に小画素ドット間に容量４８，４
９を形成している。これにより小画素ドットには容量分
割された異なる電圧が印加される。尚、４１はＴＦＴで
あり、４５〜４７は各サブピクセル４２〜４４の液晶容
量である。
【０００９】図９（ｃ）に示すように印加電圧が異なる
と視野角特性が異なるので、各サブピクセルの異なる視
野角特性が合成されることで全体の視野角特性が改善さ
れる。しかしながら、この方法では、画素ドットを分割
し、更に容量を作るために画素を複数回作成する必要が
あり、ＴＦＴ製造工程が複雑となり歩留低下が問題とな
る。
【００１０】また別の手法として、ＩＢＭのＹａｎｇ
（ＩＤＲＣ’９１ Ｄｉｇｅｓｔ、ｐｐ６８、１９９
１）らにより提案され、その後富士通（ＳＩＤ’９２
Ｄｉｇｅｓｔ、ｐｐ７９８、１９９２）、ＮＥＣ（ＩＤ
ＲＣ’ ９２ Ｄｉｇｅｓｔ、ｐ５９１、１９９２）に
より改良方法が提案されている配向分割方式がある。
【００１１】ＩＢＭでは、図１１（ａ）に示すように、
ＴＦＴ基板とＣＦ基板との両方のラビング方向を変える
ことで配向分割を行っている。富士通では、高プレチル
ト配向膜と低プレチルト配向膜とを同一方向でラビング
することで配向分割を行っている（図１１（ｂ））。ま
たＮＥＣでは、ＴＦＴ基板側のみ高プレチルト配向膜で
ラビング方向を変えることで配向分割を実現している
（図１１（ｃ））。
【００１２】ＩＢＭ方式では、ＴＦＴ基板、ＣＦ基板の
両方で夫々に２回ラビングを行うため工程数が大幅に増
える。富士通方式では、ラビング回数は夫々１回で済む
が、配向膜のパターンニングが必要となり工程数は増大
する。またＮＥＣ方式も、ＴＦＴ基板側ではラビング処
理を２回行うのでやはり製造工程は煩雑化する。ラビン
グ工程は非常に難しい工程であり、ラビング不良は表示
ムラとなりやすい。そのような難しい工程を増やすこと
は、画素分割法と同様パネルの歩留低下の原因となって
しまう。
【００１３】また、配向分割した境界には液晶配向の遷
移領域での光漏れ（ディスクリネーションライン）が発
生するので、その部分をブラックマトリックス（ＣＦ上
の遮光層）で覆わないとコントラストの低下が起きる。
一方、ブラックマトリックスで境界部分を覆うと画素の
開口率が低下し、輝度が下がることが問題となる。従っ
て、現状ではノーマリーブラックで配向分割を適用して
いる例がほとんどである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上述べた如く、従来
技術では、ＬＣＤの広視野角化のためにＴＦＴ工程、液
晶パネル工程が通常のものに比し複雑となり、結果的に
歩留りの低下ひいてはコストの増大をもたらすという欠
点がある。
【００１５】本発明の目的は、製造工程を複雑化するこ
となく電気的に視野角の拡大を図った液晶表示装置を提
供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は、入力画像信号を入力として互いに異なる複数のガ
ンマ特性を有する出力信号として変換するガンマ変換手
段と、同一画素に印加される画像信号に対して前記ガン
マ特性をｎフレーム毎（ｎは２以上の自然数）に切換え
制御する手段とを含み、ある連続するｎフレームの対応
画素には同一のガンマ特性に対応した表示信号電圧でか
つ連続するフレーム間で極性が異なる表示信号電圧を印
加制御するよう構成して前記ガンマ変換手段の出力に応
じて視野角を広げるように液晶駆動することを特徴とし
ている。
【００１７】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例につき詳
述する。
【００１８】図１は本発明に適用されるガンマ変換回路
の一例を示す回路図であり、アナログ式ガンマ変換回路
であってガンマ特性を、外部からのガンマ特性切替え信
号３（ＶSW）に応じて変換自在としたものである。
【００１９】基本的には三つの利得の異なる差動増幅器
４、５、６と、出力バッファ７とからなり、これ等三つ
の差動増幅器が共通の負荷抵抗Ｒ９に接続されている。
各差動増幅器の一方の入力には表示信号１（ＶIN）が入
力され、第１の差動増幅器４の一方の入力には、入力表
示信号の最低レベルに対応した一定電圧ＶRLが入力さ
れ、第３の差動増幅器６の一方の入力には表示信号の最
高レベルに対応した一定電圧ＶRHが入力され、第２の差
動増幅器５の一方の入力端子には、表示信号の中間レベ
ルに対応した一定電圧ＶRMが入力されている。
【００２０】更に、第２の差動増幅器５は二つの利得の
異なる差動増幅器を含み、切替え信号３（ＶSW）でこの
二つの差動増幅器を切替え得るようになっている。
【００２１】各差動増幅器４〜６は、負荷抵抗Ｒ９に流
れる電流を入力レベルに応じて変えることで入力信号を
増幅する。例えば、差動増幅器４の利得はおおよそ負荷
抵抗Ｒ９とエミッタ抵抗の和（Ｒ１＋Ｒ２）との比で表
される。従って、エミッタ抵抗のＲ１〜Ｒ８の値を適当
に設計することで任意の利得特性が得られる。
【００２２】第２の差動増幅器５内の二つの差動増幅器
はトランジスタＱ７とトランジスタＱ８の選択で切替え
られる。切替え信号３（ＶSW）が基準信号ＶRSW より大
きいとトランジスタＱ７がオン状態となり、トランジス
タＱ３、Ｑ６で構成される差動増幅器が選択され、切替
え信号３が基準信号より低い場合はトランジスタＱ８が
オン状態となり、トランジスタＱ４、Ｑ５で構成される
差動増幅器を選択することができる。
【００２３】各差動増幅の利得（抵抗Ｒ３〜Ｒ６）、定
電流源Ｉ２の電流値、共通負荷抵抗Ｒ９の一端が接続さ
れている一定電位ＶGCについて、出力２（ＶOUT)の特性
が所望のガンマ変換特性になるように設計される。その
結果、図２に示すような二つのガンマ変換特性γ１，γ
２を得ることができる。この際二つのガンマ特性は異な
る視野角が最適視野になるよう設定する。
【００２４】例えば、垂直視野ではガンマ値＝２．２で
最適階調特性が得られるが、上視野１０度ではガンマ値
＝３．４、下視野１０度ではガンマ＝１．４程度で最適
階調特性が得られるので、それらを変調することで上下
１０度程度最適階調特性域が広がることが期待される。
【００２５】このガンマ変換を液晶表示装置に適用した
本発明の一実施例を図３に示す。各Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）入力映像信号であるアナログ信号は、
サンプルホールド回路１４により２本のパラレル信号に
変換される。各パラレル信号は図１で示したガンマ変換
回路１５に入力される。ガンマ変換切替え信号１２（Ｖ
SW）は連続するガンマ変換回路１５に対して夫々逆相で
入力される。従って連続するサンプリング信号（連続画
素信号）は異なるガンマ特性γ１，γ２に変換される。
【００２６】それらのガンマ変換された信号は液晶対抗
電極電圧に対する反転回路１６を経てＬＣＤパネル１７
の上下のアナログ式のＨドライバー１８，１９に供給さ
れる。この際、例えば同一の画素に対応するＲＧＢ信号
は同一のガンマ特性に対応したガンマ変換を行う。ガン
マ特性切替え信号ＶSWは一水平走査期間毎に切替え、更
に２垂直走査期間（２フレーム）毎に位相を逆転させ
る。
【００２７】一方、反転回路１６により信号は上下Ｈド
ライバ−１８，１９で逆相とされ、一水平走査期間毎に
反転するよう制御することで図４に示す形で画素ドット
に信号を入力することができる。図中の斜線部はガンマ
値＝γ１に対応する信号が入力される画素ドットを示
し、斜線の無い部分はガンマ値＝γ２に対応する信号が
入力される画素ドットを示す。また画素ドット内の＋／
−の符号は印加信号の極性を示す。
【００２８】図４に示す如く、連続する２つのフレーム
の対応する同一画素（ＲＧＢの３画素ドットで構成）に
対しては、同一のガンマ特性に対応した信号電圧でかつ
極性の反転した信号が印加される。続く２フレームで
は、前の２フレームとは異なるガンマ特性に対応する信
号電圧でかつ極性の反転した信号を印加している。
【００２９】こうすることにより、ＲＧＢの色バランス
を維持し、連続して異なるガンマ特性に対応した電圧を
印加すると正負の信号のアンバランスにより発生する残
留ＤＣ電圧による液晶、配向膜の固定分極に起因する画
面の焼き付きを抑えることができる。
【００３０】尚、本例ではｎ＝２フレーム毎にガンマ特
性を切替えているが、１フレーム毎でも、また３フレー
ム毎でも良いが、ｎがあまり多くなるとフリッカの原因
になるので、ｎ＝１〜４が最適となる。
【００３１】図５は本発明の他の実施例を示すＬＣＤの
ブロック図であり、ガンマ変換回路２２として複数のメ
モリーを用いガンマ変換をする場合の例である。ガンマ
変換回路２２内のガンマ変換に用いられるメモリー（Ｒ
ＯＭ）を２セット持ち、図３の実施例と同様に同一画素
内の画素ドットには同一のガンマ変換テーブル（ＲＯ
Ｍ）を用いて変換し、その隣接の画素内の画素ドットに
対しては異なるガンマ変換テーブル（ＲＯＭ）を用いて
ガンマ変換を行う。
【００３２】各画素ドットは例えば２フレーム毎にガン
マ変換テーブルを変えることで、図４のような形で画素
信号を供給することができる。
【００３３】ここで、図５はディジタルＲＧＢ信号を受
けガンマ変換回路２２内でガンマ変換を行い、ＬＣＤパ
ネル１７の上下のディジタルＨドライバー２４，２５に
信号を供給する場合であるが、図６はアナログＲＧＢ信
号１１を受けてＡＤコンバータ３２により一度ディジタ
ル信号に変換し、ガンマ変換回路２２によりガンマ変換
を行い、更にＤＡコンバータ３４により再度ディジタル
信号をアナログ信号に変換し、ＬＣＤパネル１７の上下
アナログ式のＨドライバー１８，１９に信号を供給する
例を示すものである。
【００３４】以上の実施例では２種類のみのガンマ特性
でフレーム変調を行っているが、場合によっては３種類
以上のガンマ特性を用いることで、より広範囲で視野角
特性を変えることができる。
【００３５】図７は本発明に用いる他のガンマ変換回路
を示す図であり、図１と同等部分は同一符号にて示す。
【００３６】本例では異なるガンマ変換特性としてガン
マ値を変えるのではなく、電圧のレベルシフトを行って
ガンマ特性を変化させる場合を示している。図７（ａ）
では、図１に示したガンマ変換回路において、負荷抵抗
Ｒ９の一端につながる一定電圧ＶGCの代わりに、図７
（ｂ）の如く１水平期間毎に二つの電圧レベル（ＶGC
１，ＶGC２）を交互に供給するようにし、図８に示す二
つの画素信号を発生する。
【００３７】図１の例では、ガンマ値を変更しているの
で、階調特性の視野角依存性を改善できるが、白／黒輝
度のコントラスト比を大幅に向上させることは難しい
が、本例のように電圧ＶGCをシフトさせ、例えば、０．
５Ｖ前後の電圧差をつけることで、コントラスト１０を
維持できる視野角を、現状の上下２０度前後のものから
上下４０度前後まで改善することができる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明した様に本発明の液晶表示装置
によれば、ＴＦＴ製造工程、パネル製造工程を複雑にす
ることなく、異なるガンマ特性の信号電圧を各画素にフ
レーム毎、或いは数フレーム毎に印加し表示信号を時空
間変調させることで視野角を増大させることが可能とな
る。
【００３９】例えば、ガンマ値＝１．４、ガンマ値＝
３．４程度の二つの信号を変調することで上下最適階調
の得られる視野角度を１０度前後改善することができ
る。またガンマ特性を０．５Ｖ程度レベルシフトさせた
信号で変調することでコントラスト比視野角を２０度前
後改善できる。従って、本発明を用いることにより低価
格で高機能の液晶表示装置を得ることができるのであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に適用されるガンマ変換回路の一例を示
す回路図である。
【図２】図１の回路のガンマ特性例を示す図である。
【図３】本発明の一実施例のブロック図である。
【図４】本発明の一実施例の各画素への印加電圧例を示
す図である。
【図５】本発明の他の実施例のブロック図である。
【図６】本発明の別の実施例のブロック図である。
【図７】（ａ）は本発明に適用されるガンマ変換回路の
他の例を示す回路図、（ｂ）はガンマ変換制御信号の波
形例を示す図である。
【図８】図７の回路のガンマ特性例を示す図である。
【図９】液晶の配向状態を示す図である。
【図１０】画素分割による従来の広視野角例を示す図で
ある。
【図１１】配向分割による従来の広視野角例を示す図で
ある。
【符号の説明】
４〜６ 差動増幅器 ７ 出力バッファ １４ サンプルホールド回路 １５，２２ ガンマ変換回路 １６ データ反転回路 １８，１９，２４，２５ Ｈドライバー １７ ＬＣＤパネル ３２ Ａ／Ｄコンバータ ３４ Ｄ／Ａコンバータ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−37526（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−34594（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−144382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G09G 3/36 G02F 1/133 H04N 5/66

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力画像信号を入力として互いに異なる
    複数のガンマ特性を有する出力信号として変換するガン
    マ変換手段と、 同一画素に印加される画像信号に対して前記ガンマ特性
    をｎフレーム毎（ｎは２以上の自然数）に切換え制御す
    る手段とを含み、ある連続するｎフレームの対応画素に
    は同一のガンマ特性に対応した表示信号電圧でかつ連続
    するフレーム間で極性が異なる表示信号電圧を印加制御
    するよう構成して前記ガンマ変換手段の出力に応じて視
    野角を広げるように液晶駆動することを特徴とする液晶
    表示装置。
  2. 【請求項２】 更に、前記画像信号の各画素毎に前記ガ
    ンマ特性を切替え制御する手段を含むことを特徴とする
    請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項３】 前記ガンマ変換手段は、前記入力画像信
    号を入力とする差動増幅手段と、前記差動増幅手段の利
    得をガンマ特性切替え制御信号に応じて変化せしめる利
    得制御手段とを含むことを特徴とする請求項１または２
    記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項４】 前記利得制御手段は、前記差動増幅手段
    の負荷インピーダンス素子への動作供給電圧を前記ガン
    マ特性切替え制御信号に応じて変化せしめるよう構成さ
    れていることを特徴とする請求項３記載の液晶表示装
    置。
  5. 【請求項５】 前記ガンマ変換手段は、前記入力画像信
    号に対して各ガンマ特性を満足する出力信号情報を予め
    格納した複数の記憶手段を有し、前記記憶手段の読出し
    出力情報をガンマ特性切替え制御信号に応じて選択する
    よう構成されていることを特徴とする請求項１または２
    記載の液晶表示装置。
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