(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＯＣＢ液晶モードを用いた液晶パネルを備えた液晶表示装置において、１フレームの画像を表示する期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間とに分割する駆動法を行う場合、前記高電圧の印加電圧を、表示色ごとに透過率が最小となる電圧を別個に設定することを特徴とした液晶表示装置。
【請求項２】
ＯＣＢ液晶モードを用いた液晶パネルを備えた液晶表示装置において、１フレームの画像を表示する期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間とに分割する駆動法を行う場合、前記高電圧および前記画像を表示する期間における黒表示の印加電圧を、表示色ごとに透過率が最小となる電圧を別個に設定することを特徴とした液晶表示装置。
【請求項３】
ＯＣＢ液晶モードを用いた液晶パネルを備えた液晶表示装置において、１フレームの画像を表示する期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間とに分割する駆動法を行う場合、前記高電圧を印加する期間の比率が一定値以上である場合は、前記高電圧および前記画像を表示する期間における黒表示の印加電圧を、表示色ごとに透過率が最小となる電圧を別個に設定し、前記高電圧を印加する期間の比率が前記一定値未満の場合は、前記高電圧を前記画像を表示する期間における黒表示の印加電圧よりも高いものとすることを特徴とした液晶表示装置。
【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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、映像表示用の液晶表示装置はＴＮ（Twisted Nematic）モードを用いたものが広く用いられている。近年、ＴＮモードの欠点である視野角の狭さ、応答性能の悪さを克服すべく開発されたＯＣＢ（Optically Self-compensated Birefringence）モードを用いた液晶表示装置の報告がされるようになった（特開平７−８４２５４号公報、特開平９−９６７９０号公報など）。
【０００３】
ＯＣＢ液晶は特開平９−９６７９０号公報に示される通り、使用に際し、スプレイ配列からベンド配列とする初期化を行なう必要がある（本明細書では以降、転移と記す）。
【０００４】
しかしその後、印加電圧が一定の電圧値Va未満になると、スプレイ配列に戻ってしまう（以降、逆転移と記す）。そのため多くのＯＣＢ液晶はベンド配向を維持する電圧印加範囲内で変調度を制御して使用している（図３の(a)）。
【０００５】
このように逆転移を防ぐことを目的として液晶印加電圧を制限していると、パネル透過率、ひいては液晶表示装置の白表示時（明表示）の輝度を大きくすることができず、表示特性に対する要求に十分に応えられない。なお、本明細書では液晶パネルはノーマリホワイトであるとする。
【０００６】
発明者らは逆転移の発生に関して検討を行なった。液晶印加電圧が前記Va以下となる時間が一時的に存在しても、それとは別の時間に周期的に高電圧（以降、逆転移防止電圧）を印加していれば逆転移が発生しないことを見出した。
【０００７】
そして１フレームの画像を表示する際、１フレーム期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間に分割することで液晶表示装置へ応用し（図１）、画像を表示する期間における電圧印加範囲をVa未満のVbまで拡張した。このような駆動法を本明細書中では以降、逆転移防止駆動と呼ぶ。逆転移防止駆動をした場合、パネル透過率を大きく、ひいては液晶表示装置の最大輝度を高めることができる（図３の(b)）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前述の逆転移防止駆動を行なった場合、その駆動法に固有な課題が生じた。
【０００９】
まず第１に、黒表示の輝度が十分に小さくならず、ひいてはコントラスト（最大輝度÷最小輝度）が低下する課題があった。この第１の課題に対して、発明者らは液晶印加電圧と輝度（パネル透過率）の関係を調査した。その結果、図７に示すようにＯＣＢ液晶を用いた場合、表示色ごとに透過率が最小となる電圧が異なる事実が判明した。
【００１０】
図７の結果の要因を簡単に説明する。ＯＣＢ液晶モードの液晶パネルは液晶セルにフィルム位相板が配置された構成である。そして液晶層とフィルム位相板の屈折率異方性が相殺しあったときに黒表示となる。本検証に用いた液晶パネルはノーマリホワイトであるため、黒表示となる電圧までは印加電圧の上昇に伴い黒輝度は低下する。しかし黒表示となる電圧よりも高い電圧を印加すると、液晶層における屈折率異方性が減少し、前記相殺のバランスが崩れ、黒輝度は再び上昇する。このような理由により、輝度が最小となる液晶印加電圧が存在する。さらに、液晶層およびフィルム位相板は波長依存を有しており、両者の波長依存の傾向が異なるため、図７のように表示色ごとに特性が異なった。
【００１１】
図７の結果から黒表示時における液晶印加電圧は全表示色で同じものとするよりも、特性を鑑みて別個に設定する方が透過率を小さく、ひいては液晶表示装置の黒輝度を下げ、コントラストを改善することができると考えられる。
【００１２】
第２に、第１での課題の解決法が必ずしも最適とはならない場合が存在するという課題である。これは逆転移の発生が、逆転移防止電圧の電圧値、時間幅、さらに画像表示の印加電圧といった複数のパラメータに影響されることに起因する。逆転移の発生と逆転移防止電圧の電圧値、時間幅、画像表示の印加電圧の関係を図８(a)〜(c)に示した。
【００１３】
前述のパラメータは、装置に要求される輝度特性、ドライバの性能、ユーザー選択などに基づき任意に設定され得る。しかし逆転移防止電圧の電圧値を大きく変更しようとするとドライバ自体を変更する必要が生じる。また、画像表示の印加電圧は大きく変更してしまうと逆転移防止駆動の効果も薄れる。そのため逆転移防止電圧印加の時間幅に依存して電圧を設定するのが最も効率的であると考えられる。
【００１４】
第３に白表示における色度点が正面視と正面視以外の視野にて変化し、その変化量は逆転移防止駆動の導入以前よりも大きくなったという課題である。逆転移防止駆動をした液晶表示装置では、正面視と深い視野での白表示の色度点が大きく異なる（図６の(a)）。ここで図中ΔCu'v'とはCIE1976UCS色度図上での正面視と視野を変化させた際の色の変化量を距離で表現したものである。発明者らはこの課題に対して検討を行なった。その結果、各表示色の輝度の視野角特性は図１１の通りであった。図１１に見られる表示色ごとの特性の差は、液晶層およびフィルム位相板がそれぞれ有する波長依存性に加え、斜め方向へ透過する光が液晶層を通過する距離が長くなることに起因する。以上のような特性の差が白表示の色度点の変化をもたらしていることを明らかにした。
【００１５】
第４に、第３の課題の解決のためにもたらされる輝度の低下の課題があった。
【００１６】
図５に示すように第３の課題を解決した液晶表示装置の正面視における輝度（図５の(b)）は逆転移防止駆動の輝度（図５の(a)）に比べて低下している。これは印加電圧を制限したため生じたものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
第１の課題に対して、発明者らは液晶印加電圧と輝度（パネル透過率）の関係を調査し、表示色ごとに透過率が最小となる電圧が異なる事実を明らかにした。この結果から黒表示時における液晶印加電圧は全表示色で同じものとするよりも、特性を鑑みて別個に設定する方が透過率を小さく、ひいては液晶表示装置の黒輝度を低減し、コントラストを改善することができると考えられる。さらに黒表示時のみならず逆転移防止電圧を印加する際においても、黒表示で最適とした電圧を印加することで改善効果を最大とすることを確認した。以上のことから本発明の第１および第２の液晶表示装置は逆転移防止電圧を黒表示における輝度が最小となるものとすることを特徴とした。
【００１８】
第２の課題に対して、発明者らは逆転移の発生と逆転移防止電圧の電圧値、時間幅、画像表示の印加電圧の関係を調査した。
【００１９】
前述のパラメータは、装置に要求される輝度特性、ドライバの性能、ユーザー選択などに基づき任意に設定され得る。しかし逆転移防止電圧の電圧値を大きく変更しようとするとドライバ自体を変更する必要が生じる。また、画像表示の印加電圧は大きく変更してしまうと逆転移防止駆動の効果も薄れる。そのため逆転移防止電圧印加の時間幅に応じて電圧値を設定するのが最も効率的であると考えられる。
【００２０】
第１の課題で設定した黒輝度を最小とする電圧を逆転移防止電圧にも適用した場合、逆転移防止電圧の時間幅を小さくしていくと逆転移が発生し始める臨界の時間幅taが存在する。
【００２１】
逆転移防止電圧印加の時間幅がta以上ある場合には、逆転移防止電圧を印加している期間が長く表示に与える影響が大きい。そこでこの場合は逆転移防止電圧の電圧値を第１の課題で示した黒輝度が最小となる電圧とすることで黒輝度の低下およびコントラストの改善をすることができる。
【００２２】
一方、逆転移防止電圧印加の時間幅がta未満の場合には、短時間で逆転移の発生を防ぐ必要がある。さらに逆転移防止電圧を印加している期間が短く表示に与える影響が小さい。したがって逆転移防止電圧を前述の黒輝度が最小となる電圧よりも高いものとするべきである。
【００２３】
以上の逆転移防止電圧の時間幅と黒輝度の関係を図１０に示す。
【００２４】
このように、本発明の第３の液晶表示装置は、逆転移防止電圧の時間幅に応じて逆転移防止電圧の電圧値を設定することを特徴とした。
【００２５】
逆転移防止電圧の時間幅に依存した電圧値の設定は、液晶表示装置の特性を鑑み固定するか、他に表示画像の特徴に適応して切り替えたり、ユーザー選択の結果切り替えることなどの応用が考えられる。
【００２６】
第３の課題に対して、発明者らは液晶印加電圧と視野角が色度点へ及ぼす影響を調査した。その結果、図１１に示すように表示色により視野角特性が異なることが第３の課題の原因であることを明らかにした。
【００２７】
そして前述の視野角特性は図１２に示すように液晶印加電圧により変化することから、各表示色の視野角特性が類似するように各表示色の液晶印加電圧を設定し、その電圧の組合せで白表示を行うことで、課題を大幅に軽減することができる。
【００２８】
実際には各表示色とも輝度のみならず色度点も変化しているので誤差を生じるが、視野角が異なっても色変化をほとんど生じない液晶印加電圧の組合せが存在することが確かめられた。具体的には液晶印加電圧を赤0.1V、緑0.8V、青1.7VとすることでΔCu'v'を最小とすることができた（図６の(b)）。
【００２９】
以上より、本発明の第４の液晶表示装置は各表示色の視野角特性を鑑み、表示色ごとに少なくとも１つの印加電圧の範囲を異なるものとすることを特徴とした。
【００３０】
前述の第４の課題は、本発明の第４の液晶表示装置で印加電圧の範囲を異なるものとしたため、正面視における輝度が減少することである。
【００３１】
しかし発明者らの調査で、図５に示すように正面視における輝度低下率が最大（約16%）で、正面視以外の輝度低下率は正面視に比べ小さく、深い視野では逆転すらしていることが明らかになった。このことから、正面視以外の方向へ放射されている光を正面方向に集光する光学シートを用いた場合、前述の印加電圧の制限による正面視の輝度低下率を抑えることができると考えられた。このことから本発明の第５の液晶表示装置は、本発明の第４の液晶表示装置のバックライト装置にバックライトの光を正面方向へ集光する手段を有することを特徴とした。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図４は本発明の第２の液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
【００３４】
入力された映像信号を必要に応じてデジタル化した後にラインメモリ４２に書きこむ一方、ラインメモリ４２から蓄積されている映像データを書きこみの倍の速度で読み出し、ドライバ制御回路４３へ入力する。ドライバ制御回路４３からは、階調制御回路４８へ、前記ラインメモリから読み出した１ライン分の画像データと１ライン分の逆転移防止電圧用の黒表示データを交互に送出する。階調制御回路４８はＳＲＡＭなどからなるテーブル変換回路であり、本発明の第２の液晶表示装置の目的からすると少なくとも黒表示時、および逆転移防止電圧印加時のテーブル変換を行なう。一方、ドライバ制御回路４３からゲートドライバ４４へは、ソースドライバへ画像データを送出している時には表示位置が適切となるゲート線を選択し、逆転移防止電圧印加時には前記画像データを表示しているラインとは異なるゲート線を選択するように制御信号を送出する。なお、ここで用いたゲートドライバ４４は任意のラインを選択可能なものである。画像データ表示時に選択するゲート線と、逆転移防止電圧印加時に選択するゲート線との位相関係を変えることで１フレームのうちの逆転移防止電圧を印加する時間幅を変えることができる。
【００３５】
以上のタイミングの関係を、簡単のため５本のゲート線を有するパネルを用いた場合の例について図２に示す。
【００３６】
このような構成とした根拠を以下に説明する。図７に示すようにＯＣＢ液晶を用いた場合、表示色ごとに透過率が最小となる電圧が異なる。これは液晶層およびフィルム位相板がそれぞれ有する波長依存性のために生じるもので、不可避な特性と考えられている。そのため黒表示時における液晶印加電圧は全表示色で同じものとするよりも、各色の輝度特性が最小となる印加電圧に設定する方が透過率を小さく、ひいては液晶表示装置の黒輝度を下げ、コントラストを改善することができる。さらに黒表示時のみならず逆転移防止電圧を印加する際においても、黒表示で最適とした電圧を印加することで改善効果が最大となることを確認した。具体的には黒表示時の液晶印加電圧を、すべての表示色で6.3Vとしていたものを、赤および緑の電圧を6.3V、青の電圧を5.5Vと変更することで黒輝度を約１５％低減することができた。
【００３７】
（実施の形態２）
本発明の第３の液晶表示装置の構成を図９に示す。ユーザー選択インターフェイス９１が追加され、ドライバ制御回路４３および階調制御回路４８の動作が異なる以外は第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
ユーザーは必要に応じてユーザーインターフェイス９１より逆転移防止電圧の時間幅の調整値もしくは選択結果を入力する。
【００３９】
ここで逆転移防止電圧の時間幅が及ぼす視覚効果を説明する。逆転移防止電圧の印加は黒（暗）表示に相当する。そのため時間幅を拡大すると画像の表示が間欠的になり動画の視認性を向上させることができるが、一方で表示輝度は低下する。逆に時間幅を縮小すると動画の視認性はエッジぼけの発生が顕著になり低下するものの、表示輝度は高くなる。そのためユーザーには、動きの激しい画像をエッジぼけを軽減して見たい場合には時間幅を大きく、静止画像などを明るく表示したい場合は時間幅を小さくするといった選択が可能である。
【００４０】
ドライバ制御回路４３は入力された時間幅の調整値に基づき、画像データ表示時に選択するゲート線と、逆転移防止電圧印加時に選択するゲート線との位相関係を変えることで１フレームのうちの逆転移防止電圧を印加する時間幅を変える。
【００４１】
ドライバ制御回路４３から階調制御回路４８へは、１ライン分の画像データと１ライン分の逆転移防止電圧用の黒表示データを交互に送出する。さらに前記時間幅がta以上であるかあるいはｔａ未満であるかの判定結果も階調制御回路４８へ出力する。
【００４２】
階調制御回路４８は前記判定結果を受け、逆転移防止電圧の時間幅がｔａ以上である場合には黒表示時、および逆転移防止電圧印加時のテーブル変換を黒輝度が最小となるように行なう。一方、逆転移防止電圧の時間幅がｔａ未満である場合には、黒表示のテーブル変換を黒輝度が最小となるように行ない、逆転移防止電圧印加時のテーブル変換を、逆転移防止電圧の電圧値が黒表示のテーブル変換結果による印加電圧値よりも高くなるように行なう。
【００４３】
ここでｔａとは、逆転移防止電圧の電圧値をを黒輝度が最小となる電圧とした場合に、逆転移が発生しない逆転移防止電圧の最小の時間幅のことである。
【００４４】
以上の結果、本発明の第３の液晶表示装置は、逆転移防止電圧の時間幅に応じた黒輝度の抑制およびコントラストの改善をすることができる。
【００４５】
（実施の形態３）
本発明の第４の液晶表示装置の構成を図４に示す。階調制御回路４８の動作以外は第１の実施の形態と同様である。
【００４６】
階調制御回路４８はＳＲＡＭなどからなるテーブル変換回路であり、本発明の第４の液晶表示装置の目的からすると少なくとも白表示時のテーブル変換を行なう。
【００４７】
このような構成とした根拠を以下に説明する。図６に示すように、逆転移防止駆動をした液晶表示装置では、正面視と深い視野での白表示の色度点が大きく異なる（図６の(a)）。ここで図中ΔCu'v'とはCIE1976UCS色度図上での正面視と視野を変化させた際の色の変化量を距離で表現したものである。前述の白表示の色度点の変化は図１１に示すように表示色により視野角特性が異なることにより発生していることが判明した。
【００４８】
そして前述の視野角特性は図１２に示す通り液晶印加電圧により変化することから、各表示色の視野角−相対輝度特性が近似するように各表示色の液晶印加電圧を設定し、その電圧の組合せで白表示を行うことで、課題を大幅に軽減することができた。
【００４９】
実際には各表示色とも輝度のみならず色度点も変化しているので誤差を生じるが、視野角が異なっても色変化をほとんど生じない液晶印加電圧の組合せが存在することが確かめられた。具体的には液晶印加電圧を赤0.1V、緑0.8V、青1.7VとすることでΔCu'v'を最小とすることができた（図６の(b)）。白表示以外の階調を表示する際には階調制御回路48にて前記電圧を元に所望の入出力特性となるようなテーブル変換を行なえば良い。なお、ここでは左右方向の改善効果を示したが、左右方向とは発明者らの用いた液晶パネルのラビング方向（上下方向）と直交する方向である。
【００５０】
（実施の形態４）
本発明の第５液晶表示装置の構成を図４に示す。バックライト装置47の構成を変更した以外は第４の発明と同様である。バックライト装置47は集光特性のある光学シート（レンズシート、プリズムシート、ＢＥＦなどと呼ばれる）を備えている。
【００５１】
このような構成とした根拠を以下に説明する。図５に示すように本発明の第４の液晶表示装置の正面視の輝度（図５の(b)）は逆転移防止駆動の輝度（図５の(a)）に比べて低下している。これは印加電圧範囲を制限したためであるが、図５によると正面視の輝度低下率が最大（約16%）で、正面視以外の輝度低下率は正面視に比べ小さく、深い視野では逆転すらしている。このことから、正面視以外の方向へ放射されている光を正面に集光する光学シートを用いた場合、前述の印加電圧の制限による正面視の輝度低下率を抑えることができる。
【００５２】
発明者らの実験では本実施の形態をとることで輝度低下率を約4%改善した。
ここではある１種類の光学シートで検証を行なったが、用いる光学シートの特性を変えることで、更なる正面の輝度低下の軽減をはじめ、輝度の視野角特性などの諸特性を所望のものとすることができる。
【００５３】
なお、本液晶表示装置の白表示における色度点変化の視野角特性は図６の(c)に示す通りであり、光学シートを用いることで色度変化の視野角特性が悪化することはなかった。以上から本液晶表示装置は最大輝度の低下を抑え、視野角による色度変化も大幅に軽減したものとすることができた。
【００５４】
また、ここで検証に用いた光学シートは縦方向に溝のある、いわいる縦目のものを使用した。特性や光学シートの挿入方向は発明者らの用いた液晶パネルのラビング方向が縦向きであることに依存する。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の第１の液晶表示装置は、ＯＣＢ液晶モードを用いた液晶パネルを備えた液晶表示装置において、１フレームの画像を表示する期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間とに分割する駆動法を行う場合、前記高電圧を黒を表示するときの輝度が最小となるものとすることを特徴とし、最小輝度を低下し、コントラストを拡大した。
【００５６】
本発明の第２の液晶表示装置は、ＯＣＢ液晶モードを用いた液晶パネルを備えた液晶表示装置において、１フレームの画像を表示する期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間とに分割する駆動法を行う場合、前記高電圧および前記画像を表示する期間における黒表示の印加電圧を、黒を表示するときの輝度が最小となるものとすることを特徴とし、最小輝度を低下し、コントラストを拡大した。
【００５７】
本発明の第３の液晶表示装置は、ＯＣＢ液晶モードを用いた液晶パネルを備えた液晶表示装置において、１フレームの画像を表示する期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間とに分割する駆動法を行う場合、前記高電圧を印加する期間の比率が一定値以上である場合は、前記高電圧および前記画像を表示する期間における黒表示の印加電圧を、黒を表示するときの輝度が最小となるものとし、前記高電圧を印加する期間の比率が一定値未満の場合は、前記高電圧を前記画像を表示する期間における黒表示の印加電圧よりも高いものとすることを特徴とし、前記高電圧を印加する期間の比率に応じ、最小輝度を低下し、コントラストを拡大した。
【００５８】
本発明の第４の液晶表示装置は、ＯＣＢ液晶モードを用いた液晶パネルと、バックライト装置からなる液晶表示装置において、１フレームの画像を表示する期間を、画像を表示する期間と高電圧を印加する期間とに分割し、画像を表示する期間における電圧印加範囲を拡張し、前記画像を表示する期間における電圧印加範囲を、表示色により少なくとも１つを異なるものとしたことを特徴とし、白表示における視野角による色度点の変化を軽減した。
【００５９】
本発明の第５の液晶表示装置は第４の発明の液晶表示装置のバックライト装置においてバックライトの光を正面に集光する手段を有することを特徴とし、白表示における最大輝度の向上と視野角による色度点の変化の軽減を両立した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のタイミング図
【図２】本発明の詳細なタイミング図
【図３】液晶印加電圧と透過率の関係を示すグラフ
【図４】本発明の第１、第３、第４の液晶表示装置の構成図
【図５】輝度と視野角の関係の測定結果を示すグラフ
【図６】色度変化と視野角の関係の測定結果を示すグラフ
【図７】液晶印加電圧と輝度の測定結果を示すグラフ
【図８】逆転移の発生する条件を示す図
【図９】本発明の第２の液晶表示装置の構成図
【図１０】本発明の第２の液晶表示装置における逆転移防止電圧の時間幅と黒輝度の関係を示すグラフ
【図１１】逆転移防止駆動における各表示色の視野角特性を示すグラフ
【図１２】各表示色における輝度と視野角の関係の測定結果を示すグラフ
【符号の説明】
４１  液晶表示装置
４２  ラインメモリ
４３  ドライバ制御回路
４４  ゲートドライバ
４５  ソースドライバ
４６  液晶パネル
４７  バックライト装置
４８  階調制御回路
９１  ユーザー選択インターフェイス
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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