JP2003241212A - 液晶表示装置とその階調較正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １画素が光透過率の異なる複数のサブピクセ
ルによって構成される液晶表示装置において、１つのサ
ブピクセルからの電界の漏れによる他のサブピクセルへ
の影響を低減する。 【解決手段】 １つの画素が複数のサブピクセル（３２
ａ，３２ｂ，３２ｃ）から成り、液晶（３５）の一側に
共通電極（３３ａ）を配置し、他側にサブピクセル毎に
分割された対向電極（３３ｂ）を配置し、更に、分割さ
れた対向電極間に格子状の第３電極（３８）を配置した
液晶表示装置（３１）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の用途に使用
される液晶表示装置とその階調較正方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】２次元モノクロビット面表示装置のうち
の一例である液晶表示装置において輝度分解能を高める
方法として、最近では、特開平１１−３１１９７１号公
報、特開平１１−３５２９５４号公報、特開２０００−
２００３８号公報のように画素の光量を変えたサブピク
セルを用いるものが検討されてきている。これらの特許
では、サブピクセルの透過光量を変える方法として、透
過率の異なるＮＤフィルタ（ニュートラルデンシティフ
ィルタ）を装着させる方法について述べているが、以下
に説明されるような問題が有る。

【０００３】例えば、目標とする輝度分解能を１５００
とすれば、そのようなＮＤフィルタに要求される精度は
１／１５００以下であるが、現状のＮＤフィルタで０．
１％以下の精度を求めることは現実的には極めて難し
い。このため、現実的な方法として、特開２００１−２
４２８２８号公報のようにサブピクセルに異なる開口面
積を有する遮光マスクを装着する構成が考案された。し
かし、特開２００１−２４２８２８号公報の実施例にあ
るように、開口面積が大きいサブピクセルに対して１／
ｎとなるような微小サブピクセルを設けて、大きいサブ
ピクセルの1ビット増大分の光量変化に対してｎ段階に
分割した光量を付加する構成では、液晶の画素を構成す
るサブピクセルが相互に影響しあうために、目標の階調
を得ることは極めて困難となる。その理由を以下に説明
する。

【０００４】液晶は加えられた電界で偏光角が変化する
が、１つの画素を構成するサブピクセル間で漏れ電界成
分による影響を受ける現象が存在する。図１４におい
て、１画素を構成するサブピクセル１、サブピクセル２
およびサブピクセル３は、遮光マスクに異なった面積の
開口部を設けることによって、互いに異なった透過光量
を備えるサブピクセルとなっている。図１５はサブピク
セル１、サブピクセル２およびサブピクセル３の個々の
サブピクセルに関して、８ビット（２５６階調）分の光
量変化を測定したものと、３つのサブピクセルへの入力
を同時に８ビット（２５６階調）分変化させ、その光量
変化を測定したものの実測例である。独立に計測された
３つのサブピクセルの光量を数値的に足したものＴＩ
は、３つのサブピクセルを同時に２５６階調出力したも
のＧＩと比較して、少なからぬ差が生じている。

【０００５】これは１つのサブピクセルに加えられた電
界によって、それ以外のサブピクセルの液晶の偏光角が
微妙な影響を受けることが原因である。微小なサブピク
セルを設けて単純に光量の和を取っても、このような差
が１％程度でもあれば、階調精度の再現性として、１０
０階調以下の輝度分解能力でしか表示することができな
いことが分かる。これでは１５００階調以上が要求され
る医療用のＸ線画像表示などでは使用できない。このよ
うな大きなサブピクセルの１ビット分の輝度変化分を細
かく分割するような構成では、階調を単調に増加させる
場合において、均一な段階性を持った階調を出すことは
困難になる。

【０００６】特に、特開２００１−２４２８２８号のよ
うに開口面積を正確に１／ｎとなるような微小サブピク
セルを設けた場合も、サブピクセル間の透過率が相互に
影響し合うため、大きいサブピクセルの１ビットの階調
変化を正確にｎで分割するように埋めることは実際上で
きない。このため、新しい較正の手段が必要になる。最
悪の場合、最も小さいサブピクセルが最大光量となって
も、他の大きなサブピクセルの１ビットの変化量に満た
ない場合は、階調に大きな飛びができるので、正しい較
正も不可能となる。

【０００７】もう１つの問題は、上記のように光透過率
を変えるために、単純に開口面積を変えたサブピクセル
を用いると、サブピクセルの大きさによって、光の回折
が異なることである。図１６（ａ），（ｂ），（ｃ）は
各々、前出の図１４に示したような、遮光マスクに異な
った面積の開口部を備えることによって、互いに異なっ
た透過光量を備えるサブピクセル１、サブピクセル２お
よびサブピクセル３の、開口部における透光状態を表
す。これらに示すように、小さい開口部では回折効果
（光の回り込み）が大きく、大きい開口部とは回折の効
果が異なる。このようにサブピクセル間で開口部の面積
を互いに変えると表示画面は不自然な状態となる。そこ
で全てのサブピクセルの回折効果が生じないか、同一の
回折効果となるようなサブピクセルの構造が望まれる。

【０００８】さらなる問題は、１画素を構成するサブピ
クセルの透過光量が偏ると光量の中心が移動してしまう
問題である。例えば、光透過率が２の累乗となるような
３つのサブピクセルから成る画素を用いた構成では、１
ピクセルが８ビット（２５６階調）出せば、３つのサブ
ピクセルの組み合わせは２４ビットとなる。ここで、あ
る合成輝度を実現する各サブピクセルの階調の組合せは
複数ある。例えば、各サブピクセルの開口面積比を１０
０％、５０％、２５％とした場合には、以下に示した合
成輝度の数値が等しいものについては、１画素の光量は
基本的に同じである。

【０００９】

【表１】

【００１０】しかしながら、合成輝度が同じものでも、
１つの画素のサブピクセルに偏ったビットの組み合わせ
になれば、画素の重心がずれる、即ち光りの重心がずれ
ることになる。これは１画素以内の大きさではあるが、
高品質の表示装置の場合には大きな問題となる。

【００１１】また、液晶の透過光量には温度特性があ
る。バックライトを装着した液晶パネルには液晶そのも
のの温度特性とバックライトの温度特性および液晶制御
のＤＡコンバータの温度特性の非線形性が組み合わされ
て、図１７に示されるような極めて非線形性の強い光透
過特性の挙動を示す。使用される温度において、適切な
補正方法がないと階調の再現性は大きく損なわれる問題
が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、１つの画素
が複数のサブピクセルから構成される液晶表示装置に関
する種々の課題を解決することをその目的とする。

【００１３】１画素が光透過率の異なる複数のサブピク
セルによって構成される液晶表示装置において、１つの
サブピクセルからの電界の漏れによる他のサブピクセル
への影響を低減することが第１の課題である。

【００１４】そのようなサブピクセル間の漏れ電界の影
響を解消できない場合でも、目標光量に極力近い光量が
得られる各サブピクセルの入力ビットの組合せを実現で
きることが第２の課題である。

【００１５】また、サブピクセルの開口面積を変える場
合の光回折の影響を低減することが第３の課題である。

【００１６】また、モノクロ液晶表示装置において、特
別な工程を付加することなく製造コストを低減できるよ
うにすることが第４の課題である。

【００１７】さらに、１画素内の光の重心をほぼ一定に
するように、サブピクセルに対する入力ビットの組み合
わせを決めるような較正方法を与えることが、第５の課
題である。

【００１８】また、環境温度に影響されず、実際の動作
温度で適正な階調が得られる較正方法を提供することが
第６の課題である。

【００１９】

【発明の概略】上記課題を解決するため本発明において
は、第１の課題に対しては第１発明において、液晶の両
側に一対の電極を配置し、該液晶に電界を与えることに
より表示機能を有するとともに、１つの画素が複数のサ
ブピクセルから成り、前記一対の電極の内の少なくとも
一側が、前記サブピクセル毎に分割された液晶表示装置
において、更に、前記分割された電極間に第３電極を配
置した液晶表示装置とした。また、詳細には、前記第３
電極は、前記分割された電極を取り囲む格子状である液
晶表示装置とした。

【００２０】前記第１発明の構成を採ることによって、
サブピクセルの周囲に漏れ出す電界を抑制することがで
きる。この結果、サブピクセル間の相互作用は解消さ
れ、画像として輝度階調性能の高いものを得ることがで
きる。

【００２１】第２の課題に対しては第２発明において、
液晶の両側に一対の電極を配置し、該液晶に電界を与え
ることにより表示機能を有するとともに、１つの画素が
複数のサブピクセルから成り、前記各サブピクセルの最
大光量が互いに異なるように構成された液晶表示装置に
おいて、前記サブピクセルのうちの１つのサブピクセル
の最大光量が、それより１段階最大光量が大きいサブピ
クセルの最小ビット分の光量変化以上である液晶表示装
置とした。また、詳細には、前記液晶表示装置に対し
て、更に、前記各サブピクセル間で開口部面積を互いに
変えた遮光マスクを備える、前記各サブピクセル間で光
透過量を互いに変えたＮＤフィルタを備える、および前
記各サブピクセルの光透過面積を互いに変えることのう
ちの１つによって、最大光量が互いに異なるように構成
された液晶表示装置とした。

【００２２】更に、詳細には、第３発明において、前記
各サブピクセルに電界を与える時間を変えることによっ
て、最大光量が互いに異なるように構成され、前記サブ
ピクセルのうちの１つのサブピクセルについて一定時間
積分して得られる最大光量が、それより１段階最大光量
が大きいサブピクセルについて一定時間積分して得られ
る最小ビット分の光量変化以上である前記第２発明の液
晶表示装置とした。

【００２３】前記第２発明および第３発明の構成を採る
ことによって、輝度階調に「飛び」がなく、必ず設定の
輝度を満足するようにサブピクセルの入力ビットの組み
合わせが選べるようにすることができる。この結果、輝
度階調性能が滑らかな、精度の高い液晶表示装置を実現
できる。

【００２４】第３の課題に対しては第４発明において、
液晶の両側に一対の電極を配置し、該液晶に電界を与え
ることにより表示機能を有するとともに、１つの画素が
複数のサブピクセルから成り、前記各サブピクセルの開
口部面積を互いに変えることによって最大光量が互いに
異なるように構成された液晶表示装置において、前記各
サブピクセルはその形状および開口面積が同一である複
数の開口エレメントを備えており、前記各サブピクセル
が備える前記開口エレメントの個数を変えることによっ
て最大光量が互いに異なる液晶表示装置とした。また、
詳細には、前記開口エレメントは、三日月形状をしてい
る液晶表示装置とした。更に、前記各サブピクセルが備
える開口エレメントの個数が、各サブピクセル間でその
指数が連続した２の累乗である液晶表示装置とした。

【００２５】前記第４発明の構成を採ることによって、
各サブピクセルの光回折の影響を全てのサブピクセルで
同一条件となるようにできる。この結果、小さいサブピ
クセルで顕著に現れる不要な回折効果を抑制でき、目に
違和感を感じさせない液晶表示装置を実現できる。特
に、開口エレメントを三日月形状とすることにより、光
回折の影響を更に低減できる。また、開口エレメントの
個数を、各サブピクセル間でその指数が連続した２の累
乗としたことにより、各サブピクセル間の電位差を自由
に設定できるため、その特性の修正が容易な液晶表示装
置とすることができる。

【００２６】第４の課題に対しては第５発明において、
更に、前記開口エレメントを含んだ遮光マスクを備え、
１画素が互いに色の異なった複数のカラーフィルタによ
り構成されるカラー液晶表示装置の製造工程中の、前記
カラーフィルタを装着する工程を前記遮光マスクを装着
する工程に置き換えることによって製造される前記第４
発明の液晶表示装置とした。

【００２７】前記第５発明の構成を採ることによって、
既存の市販されている液晶パネルを用いて、安価なモノ
クロ液晶表示装置を実現できる。

【００２８】第５の課題に対しては第６発明において、
液晶の両側に一対の電極を配置し、該液晶に電界を与え
ることにより表示機能を有するとともに、１つの画素が
少なくとも２つのサブピクセルから成り、前記各サブピ
クセルの最大光量が互いに異なるように構成された液晶
表示装置の階調較正方法において、前記全てのサブピク
セルについて電界を与える入力値を同時に所定値づつ増
加あるいは減少させてゆき、光量が目標光量に最も近く
なったときの入力値を、前記サブピクセルのうち、最も
光量の大きいサブピクセルについて第１入力値として固
定し、その後、残りの全サブピクセルについて前記第１
入力値から同時に所定値づつ増加あるいは減少させて、
その光量が前記目標光量に最も近くなったときの入力値
を、前記サブピクセルのうち、２番目に光量の大きいサ
ブピクセルについて第２入力値として固定し、全てのサ
ブピクセルについて、順次、入力値を決定する液晶表示
装置の階調較正方法とした。

【００２９】前記第６発明の構成を採ることによって、
光透過の大きいサブピクセルから順に設定値を決めて行
き、全てのサブピクセルが近接した入力ビットとなるよ
うな較正方法によって、光の重心がほとんど変動しない
ような液晶表示装置の階調較正方法を実現できる。

【００３０】第６の課題に対しては第７発明において、
液晶の両側に一対の電極を配置し、該液晶に電界を与え
ることにより表示機能を有するとともに、１つの画素が
複数のサブピクセルから成る液晶表示装置の階調較正方
法において、複数の温度毎に、前記各サブピクセルにつ
いて、全ての階調に対応する入力値を測定し、前記複数
の温度における前記入力値に基づいて非線形の関数上で
内挿法あるいは外挿法により換算温度入力値を求め、前
記換算温度入力値に基づいて実際の動作温度における前
記各サブピクセルに与える入力値を決定する液晶表示装
置の階調較正方法とした。

【００３１】前記第７発明の構成を採ることによって、
液晶表示装置の動作環境が温度制御されていない場合で
も、安定して高い輝度分解能を得られる液晶表示装置の
階調較正方法を実現できる。

【００３２】また、前記第１発明、第６発明および第７
発明は、前記各サブピクセル間で開口部面積を互いに変
えた遮光マスクを備えること、前記各サブピクセル間で
光透過量を互いに変えたＮＤフィルタを備えること、お
よび前記各サブピクセルの光透過面積を互いに変えるこ
とのうちの１つによって、最大光量が互いに異なるよう
に構成された液晶表示装置に適用できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明の理解を容易にするため、
本発明による実施の形態の詳細の説明の前に、一般的な
液晶表示装置の構成および基本作動原理について簡単に
説明する。図１は、通常のネマティック液晶を利用した
液晶表示装置１１の基本的な構成図である。図におい
て、２枚の透明電極１３ａ，１３ｂ間に、４−メトキシ
ベンリジデン−４’−ブチルアニリン（ＭＢＢＡ）と４
−エトキシベンジリデン−４’−ブチルアニリン（ＥＢ
ＢＡ）からなる、誘電異方性が負の液晶混合物１５が封
入されており、透明電極１３ａ，１３ｂとともにセル１
７を構成している。

【００３４】液晶分子の長軸は電極１３ａ，１３ｂ面に
垂直な方向に配向するように、あらかじめ整列させてお
く。液晶１５の分子軸を垂直にするには、電極面に界面
活性剤をコーティングするとか、垂直配向剤を加える方
法を採用する。透明電極１３ａ，１３ｂ間には電源Ｅに
よって電圧が印加可能であり、液晶１５に電界を加える
ことができる。また、１４ａ，１４ｂは透明ガラス板
で、透明電極１３ａ，１３ｂに隣接して配置される。さ
らに、偏光板１６ａ，１６ｂが、透明ガラス板１４ａ，
１４ｂを挟むように配置されている。

【００３５】図１にある液晶表示装置１１においては、
通常時、光源からの垂直入射光に対しては、光の進行方
向と液晶１５の光軸が一致しているから、液晶１５を通
過した光の偏光面は変化しないので、検光用偏光板１６
ｂによって遮られて光は通過しない。一方、このセル１
７に電圧を印加して液晶１５に電界を加えると、液晶分
子が回転して、分子軸は電極１３ａ，１３ｂ面に対して
傾いて垂直でなくなる。そのために透過光は複屈折効果
により楕円偏光となり、一部が偏光板１６ｂを通過し、
液晶表示装置１１上に文字、数字等を表示することがで
きる。

【００３６】図２は、１画素が３つのサブピクセルＳＰ
１，ＳＰ２およびＳＰ３で構成された液晶表示装置２１
を駆動するシステムを表す概略図である。図２につい
て、その機能を重点的に説明する。入力された画像信号
に基いてコントローラ２３は、各サブピクセルＳＰ１，
ＳＰ２およびＳＰ３の液晶に対し、どのくらいの電界
を、どのくらいの時間加えればよいかを演算する。コン
トローラ２３は、演算した各サブピクセルＳＰ１，ＳＰ
２およびＳＰ３に対して加える電界の強さおよび時間に
基いて、各信号を強度設定装置２５および時間設定装置
２７に送信する。

【００３７】強度設定装置２５および時間設定装置２７
は、各々、コントローラ２３からの信号に基いて、各サ
ブピクセルＳＰ１，ＳＰ２およびＳＰ３の電極に対して
加える電圧（入力ビット）あるいはその時間を設定し、
相当する信号を発信する。強度設定装置２５および時間
設定装置２７からの信号は、ドライバ２９を介して各サ
ブピクセルＳＰ１，ＳＰ２およびＳＰ３の電極に駆動信
号として印加され、所望の画像を表示すべく各サブピク
セルを駆動する。

【００３８】図３は本発明の実施の形態１の要部を概念
的に表した図である。図３において、液晶表示装置３１
は、図１において説明した通常の液晶表示装置に対し、
さらに１画素をサブピクセル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの
３つのセルに分割したものである。図１において説明し
た透明電極のうちの一側である共通電極３３ａは、この
実施の形態においては画素全体を覆うものであり、透明
電極の他側である対向電極３３ｂは、分割されたサブピ
クセル３２ａ，３２ｂ，３２ｃ毎に１つずつ同種のもの
が配置されている。電極３３ａ，３３ｂはいずれも透明
電極であり、両電極３３ａ，３３ｂ間には液晶３５が封
入されている。

【００３９】図３にある液晶表示装置の構成では、１画
素が３つのサブピクセル３２ａ，３２ｂ，３２ｃに分割
され、サブピクセル毎に対向電極３３ｂが設置されてい
るため、各対向電極３３ｂと共通電極３３ａとの間の電
圧を別々に印加することによって、１画素が発生する光
輝度を３つのサブピクセル３２ａ，３２ｂ，３２ｃの発
生するそれぞれの光輝度（光量）の組み合わせによって
形成できるため、光輝度の細かい階調の段数が実現でき
るという利点がある。

【００４０】液晶３５を挟んで共通電極３３ａとサブピ
クセル３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対応する対向電極３３
ｂが設けられる液晶透過部（セル）３７において、平面
方向の対向電極間に第３電極３８を設けている。図３に
おいて、第３電極３８は、画素中のサブピクセル３２
ａ，３２ｂ，３２ｃが配置される方向に向けて延在した
横電極３８ａと、横電極３８ａと直交する縦電極３８ｂ
とによって構成されている。第３電極３８は、或る一定
の電圧に接続されている。尚、図３の上では、透明ガラ
ス板および偏光板は省略されている。

【００４１】図３に示した液晶表示装置では、隣り合っ
たサブピクセル３２ａ，３２ｂ，３２ｃ間にシールド電
極である第３電極３８が存在することによって、シール
ド効果が得られる。この結果、１つのサブピクセルから
漏れ出す電界の影響は低減され、各サブピクセル３２
ａ，３２ｂ，３２ｃの依存関係は無視できるようにな
り、それぞれのサブピクセルに独立に透過光量を設定で
きる。

【００４２】本実施の形態において、第３電極３８は格
子状をしたものであるが、本発明の第３電極３８はこの
形状に限ったものではなく、サブピクセル３２ａ，３２
ｂ，３２ｃに設置された各対向電極３３ｂの間に配置さ
れ、各サブピクセル３２ａ，３２ｂ，３２ｃ間の電界の
影響を低減できるものであれば任意の形状のものが適用
可能である。また、１画素を構成するサブピクセルは、
必ずしも図３にあるように３個でなければならないわけ
ではなく、複数であれば、任意の数が許容される。

【００４３】本発明の実施の形態２を図４を参照して説
明する。図１４および１５で説明したように、全てのサ
ブピクセルについて、液晶に電界を印加する入力ビット
を同時に増加させていった場合では、各サブピクセル毎
に独立に光輝度を増加させるように入力ビットを増加さ
せていった場合に比べて、全体の光輝度は小さくなる傾
向を示す場合が多い。

【００４４】図４は、異なる開口面積Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３
（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）を有する３つの開口部４３ａ，４
３ｂ，４３ｃを備える遮光マスク４１が装着されること
によって、１画素が３つのサブピクセルＳＰ１，サブピ
クセルＳＰ２，サブピクセルＳＰ３に分割されたものを
示している。遮光マスク４１は、例えば、図１の透明電
極１３ｂと透明ガラス板１４ｂとの間に配置される。

【００４５】図５は、図４に示した３つのサブピクセル
ＳＰ１，サブピクセルＳＰ２，サブピクセルＳＰ３に、
光輝度を与えるための入力ビット（Ｂ）を、各々単独で
１ビットずつ増加させて行った場合の光輝度（Ｉ）の変
化を示したものである。各サブピクセルＳＰ１，ＳＰ
２，ＳＰ３の透過光量は、遮光マスクに設けたそれぞれ
の開口面積に応じて発生する。図５の線図は、上からサ
ブピクセルＳＰ１，サブピクセルＳＰ２，サブピクセル
ＳＰ３の各光輝度特性を表し、いずれも設定ビットの増
加につれて階段状に増加する。

【００４６】ここで開口面積Ｓ３が最も小さいため、最
も透過光量の小さいサブピクセルＳＰ３の最大光輝度Ｍ
ａｘ（Ｐ３）が、開口面積Ｓ２が２番目に大きいサブピ
クセルＳＰ２の最小ビット分の光輝度変化ｄ２ｎ以上と
なるように設定されており、同様の関係がサブピクセル
ＳＰ２とサブピクセルＳＰ１の間にも成立するように、
各開口面積Ｓ１，Ｓ２およびＳ３が設定されている（図
５に示した実施の形態では、Ｍａｘ（Ｐ３）＞ｄ２ｎお
よびＭａｘ（Ｐ２）＞ｄ１ｎ）。この関係を数式で表せ
ば、

【００４７】

【数１】Ｍａｘ（Ｐ３）≧ｄ２ｎ

【００４８】

【数２】Ｍａｘ（Ｐ２）≧ｄ１ｎ となる。

【００４９】このような関係を維持したサブピクセルか
ら成る液晶表示装置であれば、より開口面積の小さいサ
ブピクセルが、開口面積が１段階大きなサブピクセル
の、最小ビット分の光輝度変化の全範囲をカバーしてい
るため、前述したサブピクセル間の相互作用によって全
体の光量和が小さくなっても、より小さいサブピクセル
が光輝度低下を補えるようにできる。

【００５０】本発明の実施の形態３を図６および７を参
照して説明する。図６は、同一形状、同一面積の開口部
６３を有した遮光マスク６１が装着されることによっ
て、１画素が３つのサブピクセルＳＰ４，サブピクセル
ＳＰ５，サブピクセルＳＰ６に分割されたものを示して
いる。図６の各サブピクセルの液晶に対しては、電圧を
印加する時間を、図２における時間設定装置２７を用い
て互いに変化させることによって、各サブピクセルの光
輝度を設定している。この場合には、マトリックス（図
示せず）全体を走査する時間である１フレームあたりの
時間積分値が各サブピクセルの光輝度となる。

【００５１】各サブピクセルＳＰ４，ＳＰ５，ＳＰ６に
対して、電界を発生させる電圧を与える時間（駆動時
間）は互いに異なっており、図６にあるように、それぞ
れｔ１，ｔ２，ｔ３（ｔ１＞ｔ２＞ｔ３）と設定してい
る。図７は、図６に示した各サブピクセルＳＰ４，ＳＰ
５，ＳＰ６の入力ビットを、各サブピクセル単独で増加
させて行った場合の、各サブピクセルの入力ビットを時
間積分して得られた光輝度の特性変化を示したものであ
る。線図は、上からサブピクセルＳＰ４，サブピクセル
ＳＰ５，サブピクセルＳＰ６の各光輝度特性を表し、い
ずれも入力ビットの増加につれて階段状に増加する。

【００５２】この場合も実施の形態２と同様に最も透過
光量の小さいサブピクセルＳＰ６の最大光量Ｍａｘ（Ｐ
６）が２番目に大きいサブピクセルＳＰ５の最小ビット
分の光量変化ｄ５ｎ以上と設定されており、同様の関係
がサブピクセルＳＰ５とサブピクセルＳＰ４の間にも成
立するように設計されている（図７に示した実施の形態
では、Ｍａｘ（Ｐ６）＞ｄ５ｎおよびＭａｘ（Ｐ５）＞
ｄ４ｎ）。この関係を数式で表せば、

【００５３】

【数３】Ｍａｘ（Ｐ６）≧ｄ５ｎ

【００５４】

【数４】Ｍａｘ（Ｐ５）≧ｄ４ｎ

【００５５】となる。このような関係を維持したサブピ
クセルから成る液晶表示装置であれば、サブピクセル間
の相互作用によって全体の光量和が小さくなっても、よ
り小さいサブピクセルが光量低下を補えるようにでき
る。

【００５６】本発明の実施の形態４を図８を参照して説
明する。図８は液晶表示装置において、1画素を構成す
る３つのサブピクセルＳＰ７，ＳＰ８，ＳＰ９を示した
ものである。画素に遮光マスク８１をかけ、遮光マスク
８１の各サブピクセルに対応する位置には、同一面積で
あり、同一の形状を有する複数の開口エレメント８３が
設けられている。ここで開口エレメント８３の形状は、
図にあるように光の回折の影響が少ない三日月形であ
り、透過光量の大きいサブピクセルＳＰ７は２８個、２
番目に透過光量が大きいサブピクセルＳＰ８は１４個、
最も透過光量が小さいサブピクセルＳＰ９は５個の開口
エレメント８３を設けている。開口エレメント８３の形
状が同一なので、透過光の回折は各サブピクセルの開口
面積に拘わらず、全てのサブピクセルＳＰ７，ＳＰ８，
ＳＰ９で同一条件となる。

【００５７】本発明の実施の形態５を図９を参照して説
明する。図９は液晶表示装置において、1画素を構成す
る３つのサブピクセルＳＰ１０，ＳＰ１１，ＳＰ１２を
示したものである。図８と同様に、画素に遮光マスク９
１をかけ、３つのサブピクセルＳＰ１０，ＳＰ１１，Ｓ
Ｐ１２に対応する位置に、同一面積であり、同一形状の
開口エレメント９３が設けられている。

【００５８】ここで開口エレメント９３の形状は丸みの
ある四角形にしており、その数は、透過光量の最も大き
いサブピクセルＳＰ１０は８個、２番目に透過光量が大
きいサブピクセルＳＰ１１は４個、最も透過光量が小さ
いサブピクセルＳＰ１２は２個の開口となっている。す
なわち、各サブピクセルＳＰ１０，ＳＰ１１，ＳＰ１２
の備える開口エレメント９３の数、換言すれば、各サブ
ピクセルＳＰ１０，ＳＰ１１，ＳＰ１２の開口面積は、
互いに２の累乗の比率となっている（ＳＰ１０が２の３
乗、ＳＰ１１が２の２乗、ＳＰ１２が２の１乗）。

【００５９】つまり、透過光量の最も大きいサブピクセ
ルＳＰ１０の入力ビットの１／２ビットが２番目に透過
光量が大きいサブピクセルＳＰ１１の1ビットに対応
し、２番目に透過光量が大きいサブピクセルＳＰ１１の
入力ビットの１／２ビットが最も透過光量が小さいサブ
ピクセルＳＰ１２の１ビットに相当する、全てバイナリ
ーの関係を維持している。これは光透過率の小さいサブ
ピクセルの入力ビットを1ビットずつシフトしたものが
次に大きい光透過度のサブピクセルの入力ビットとなる
関係になっていることを意味する。これは実施の形態７
で述べる較正方法を容易とする。また、これは各サブピ
クセル間の電位差を小さくでき、クロストークを低減で
きる。更に、各サブピクセル間の電位差を自由に設定で
きるため、液晶表示装置の特性の修正を容易にする。

【００６０】無論、実施の形態４に述べたように、各サ
ブピクセルＳＰ１０，ＳＰ１１，ＳＰ１２が備える開口
エレメント９３の形状が同一なので、透過光の回折は全
てのサブピクセルＳＰ１０，ＳＰ１１，ＳＰ１２で同一
条件となることは言うまでもない。

【００６１】本発明の実施の形態６を図１０を参照して
説明する。図１０（ｂ）はモノクロ液晶表示装置におい
て、1画素を構成する３つのサブピクセルＳＰ１３，Ｓ
Ｐ１４，ＳＰ１５を示したものである。これは本来、カ
ラー液晶表示装置において図１０（ａ）に示すカラーフ
ィルター１０５を装着する場所に、これに代わって、遮
光マスク１０１をかけ、カラーフィルター１０５のＲＧ
Ｂに対応する３つのサブピクセルの位置に、同一形状の
複数の開口エレメント１０３が設けられるように構成さ
れている。

【００６２】ここで、図１８は、通常のアクティブマト
リックス型のカラー液晶表示装置１８１を示す。図にお
いてカラー液晶表示装置１８１は、共通電極１８３ａ、
駆動電極１８３ｂに挟まれた液晶１８５と、透明ガラス
板１８９ａ，１８９ｂを備えており、共通電極１８３ａ
と透明ガラス板１８９ａとの間にはカラーフイルタ１８
７が介在されている。図にあるように、カラーフィルタ
１８７には、それぞれＲＧＢフィルタが規則的に配置さ
れている。本実施の形態６においては、図１８に示した
カラー液晶表示装置１８１の製造工程において、カラー
フィルタ１８７に代えて、遮光マスク１０１を配置する
のみで、製造工程における他の変更をすることなく容易
にモノクロ液晶表示装置を製造できるものである。

【００６３】遮光マスク１０１を配置する工程の位置
は、カラー液晶表示装置１８１の製造工程におけるカラ
ーフィルター１８７を配置する位置であっても良いし、
さもなくば、液晶パネルを製作する工程で液晶を塗布す
る前のＴＦＴ等のプロセス工程でアルミニュームなどの
遮光マスクとして形成しておいても良い。このように既
存のカラー液晶パネルを用いて高輝度分解能のモノクロ
液晶パネルを作成できることは経済的に有利な点であ
る。また、遮光マスク１０１の代わりに、ＮＤフィルタ
を装着した液晶表示装置としても同様の工程で製造で
き、本発明の効果を奏することができる。

【００６４】本発明の実施の形態７を図１１乃至１３を
参照して説明する。図１１乃至１３は液晶表示装置にお
いて、３つの開口面積（Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３）の異なる開
口部４３ａ，４３ｂ，４３ｃを有する遮光マスク４１を
装着することによって、１画素を構成する各サブピクセ
ルＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３（図４において前出）の光量
を互いに変えたものについて、その階調較正を行う手順
を示している。

【００６５】図１１（ａ），１２（ａ），１３（ａ）
は、各サブピクセルを表し、開口部内の文字は、各階調
較正時の固定された入力ビットを示す。図１１（ｂ），
１２（ｂ），１３（ｂ）は、階調較正時の入力ビットと
光輝度との関係を表すグラフであり、図１１（ｃ），１
２（ｃ），１３（ｃ）は、階調較正時の各サブピクセル
の入力ビットと光輝度との関係を示した表である。

【００６６】また、図１１（ｂ），１２（ｂ），１３
（ｂ）において、グラフの横軸は階調較正時の入力ビッ
ト、縦軸は高精度の光量モニターを液晶表示装置の画面
上に密着設置して測定した光輝度を示す。また、実線は
希望出力特性を示し、上下方向に積み上げられた矩形
は、それぞれ図１１（ｂ）ではサブピクセルＳＰ１、Ｓ
Ｐ２およびＳＰ３の光輝度が、図１２（ｂ）ではサブピ
クセルＳＰ２およびＳＰ３の光輝度が、図１３（ｂ）で
はサブピクセルＳＰ３の光輝度が階調較正時に変化され
る様を表す。

【００６７】１例として、希望出力特性はＤＩＣＯＭス
タンダードでは入力ビットに対して、その２．２乗の光
輝度特性を出さなければならない。この特性は全サブピ
クセルを開放した状態で最大の光輝度（Ｌｍａｘ）と完
全遮断時の透過輝度（Ｌｍｉｎ）を予め求めておけば、
希望出力特性のカーブは自動的に決定される。ここでは
バックライトの光量には温度特性が有るので、液晶を透
過しない場所で光量をモニターして、予め常に一定のバ
ックライト光量を得られるように別途に光量安定化を行
っておくことが必要である。設定する最大階調数を、例
えば２０４８階調とすれば、ｎ段階目の階調として設定
しなければならない目標輝度（Ｌｎ）は、以下のように
なる。

【００６８】

【数５】Ｌｎ＝ｎ＊（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）／２０４７
＋Ｌｍｉｎ

【００６９】この目標輝度（Ｌｎ）に対応する各サブピ
クセルの入力ビットを決める手順を以下に述べる。まず
全サブピクセルＳＰ１，ＳＰ２およびＳＰ３の入力ビッ
トを同一にして、徐々に増加させ、Ｌｎに最も近づいた
ところ（Ｌｎ＋α）で、その入力ビットをサブピクセル
ＳＰ１の入力ビットとして固定する（図１１（ａ），
（ｂ），（ｃ）においてkで表されている）。次にサブ
ピクセルＳＰ２およびＳＰ３の入力ビットを同一にし
て、ｋから徐々に増加または減少させ、Ｌｎに更に最も
近づいたところ（Ｌｎ＋β（α＞β））で、その入力ビ
ットをサブピクセルＳＰ２の設定ビットとして固定する
（図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）においてｋ−２で表さ
れている）。

【００７０】次に同様に、サブピクセルＳＰ１およびＳ
Ｐ２の入力ビットを各々、ｋ，ｋ−２に固定し、サブピ
クセルＳＰ３の入力ビットをｋから徐々に増加または減
少させ、Ｌｎに更に最も近づいたところ（Ｌｎ＋γ（β
＞γ））で、その入力ビットをサブピクセルＳＰ３の入
力ビットとして固定する（図１３（ａ），（ｂ），
（ｃ）においてｋ−３で表されている）。このようにし
て、目標輝度Ｌｎに対して、それに最も近いサブピクセ
ルの入力ビットを決定することができる。所望の階調数
が２０４８であれば、ｎを０から２０４７まで以上のス
テップをくり返して、全ての階調（Ｌ０〜Ｌ２０４７）
に対応する参照表（Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ：ＬＵ
Ｔ）を求めることができる。なお、図１１（ｃ），１２
（ｃ），１３（ｃ）において、光輝度の欄はＬｎに最接
近したときのもののみを記入し、他のときのものは省略
している。

【００７１】尚、上記手順の最初において、全サブピク
セルＳＰ１，ＳＰ２およびＳＰ３の入力ビットを同一に
して、徐々に増加させているが、この場合、逆に高輝度
側から減少させてもよい。また、増加あるいは減少させ
る入力ビットは必ずしも１ビトづつでなければならない
わけではなく、任意の入力ビット値でよいことは言うま
でもない。

【００７２】本発明の実施の形態８を以下に説明する。
上の実施の形態７で得られたＬＵＴは測定される環境の
温度によって異なる。このため幾つかの温度においてＬ
ＵＴを複数作成し、使用時の環境温度におけるＬＵＴ
を、その使用温度に応じて適切に使用することが求めら
れる。簡易的に環境温度におけるＬＵＴを作成するため
に、２つ以上の環境温度におけるＬＵＴを用い、これら
から実際の使用温度において較正したＬＵＴを作成す
る。例えば、環境温度が１５℃と５５℃時のＬＵＴとし
て以下のものが得られたとする。

【００７３】

【表２】

【００７４】

【表３】

【００７５】実際の使用温度がＴ℃の場合には、合成輝
度Ｌｋの段階で、サブピクセルＳＰ１の入力ビットをｍ
（Ｔ）ｋ１ 、サブピクセルＳＰ２の入力ビットをｍ
（Ｔ）ｋ２、サブピクセルＳＰ３の入力ビットをｍ
（Ｔ）ｋ３とすれば、

【００７６】

【数６】 m(T)k1 = (T-15)*{m(55)k1-m(15)k1}/40+m(15)k1

【００７７】

【数７】 m(T)k2 = (T-15)*{m(55)k2-m(15)k2}/40+m(15)k2

【００７８】

【数８】 m(T)k3 = (T-15)*{m(55)k3-m(15)k3}/40+m(15)k3

【００７９】でｋについて階調数だけ計算することで温
度ＴにおけるＬＵＴを下記のように作成できる。尚、前
記した複数の温度におけるＬＵＴは、階調較正時にその
都度作成されてもよいし、あるいは予め作成されておい
てもよい。

【００８０】

【表４】

【００８１】狭い温度範囲では、上述したように、幾つ
かのＬＵＴを用いて、線形的な内挿法や外挿法で新たに
ＬＵＴを作成することができる。しかし、任意の広い使
用温度で、限られたＬＵＴを用いて、単純に線形的な外
挿法や内挿法により較正することは困難である。このよ
うな液晶そのものの非線形の特性は、先立って測定され
得る温度Ｔの関数ｇ（Ｔ）として求めておくことができ
る。このような関数は曲線の形状が同一であって、拡大
比率ａとオフセット成分ｂで代表することができる（こ
こで合成輝度ｋにおける係数をａｋ，ｂｋと表す）。則
ち、

【００８２】

【数９】ｆｋ（Ｔ）＝ａｋ・ｇ（Ｔ）＋ｂｋ

【００８３】

【数１０】 ｍ（Ｔ）ｋｊ＝ｆｋ（Ｔ） （ｊ＝１，２，３）

【００８４】

【数１１】 ｆｋ（１５）＝ｍ（１５）ｋｊ （ｊ＝１，２，３）

【００８５】

【数１２】 ｆｋ（５５）＝ｍ（５５）ｋｊ （ｊ＝１，２，３）

【００８６】上式を連立させて、ａｋ，ｂｋを決定すれ
ば、ｍ（Ｔ）ｋｊを求めることができる。これを全ての
ｋにおいて求めれば、温度Ｔにおける所望のＬＵＴが得
られる。

【００８７】尚、前記した本発明の実施の形態１，２，
７および８においては、各サブピクセル間で開口面積の
異なる開口部を備えた遮光マスクを用いて、各サブピク
セル間の光量を互いに異ならせたもののみでなく、各サ
ブピクセル間で光透過量を異ならせたＮＤフィルタを装
着した液晶表示装置、あるいは各サブピクセル自体の光
透過面積を互いに異ならせた液晶表示装置にも適用可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 液晶表示装置の基本的な構成図である。

【図２】 液晶表示装置を駆動するシステムを表す概略
図である。

【図３】 本発明の実施の形態１による液晶表示装置の
概略図である。

【図４】 本発明の実施の形態２による液晶表示装置の
サブピクセルを表す図である。

【図５】 本発明の実施の形態２による液晶表示装置の
入力ビットと光輝度との関係を表す図である。

【図６】 本発明の実施の形態３による液晶表示装置の
各サブピクセルとその駆動時間を表す図である。

【図７】 本発明の実施の形態３による液晶表示装置の
入力ビットと光輝度との関係を表す図である。

【図８】 本発明の実施の形態４による液晶表示装置の
各サブピクセルを表す図である。

【図９】 本発明の実施の形態５による液晶表示装置の
各サブピクセルを表す図である。

【図１０】 液晶表示装置のカラーフィルタを表す図
（ａ）と、本発明の実施の形態６による液晶表示装置の
各サブピクセルを表す図（ｂ）である。

【図１１】 本発明の実施の形態７による液晶表示装置
の第１手順における各サブピクセルを表す図（ａ）と、
階調較正時の入力ビットと光輝度との関係を表すグラフ
（ｂ）および階調較正時の各サブピクセルの入力ビット
と光輝度との関係を示す表を表す図（ｃ）である。

【図１２】 本発明の実施の形態７による液晶表示装置
の第２手順における各サブピクセルを表す図（ａ）と、
階調較正時の入力ビットと光輝度との関係を表すグラフ
（ｂ）および階調較正時の各サブピクセルの入力ビット
と光輝度との関係を示す表を表す図（ｃ）である。

【図１３】 本発明の実施の形態７による液晶表示装置
の第３手順における各サブピクセルを表す図（ａ）と、
階調較正時の入力ビットと光輝度との関係を表すグラフ
（ｂ）および階調較正時の各サブピクセルの入力ビット
と光輝度との関係を示す表を表す図（ｃ）である。

【図１４】 従来からあった、１画素を開口面積の異な
る複数のサブピクセルから構成した液晶表示装置の各サ
ブピクセルを表す図である。

【図１５】 従来からあった、１画素を開口面積の異な
る複数のサブピクセルから構成した液晶表示装置の入力
ビットと光輝度との関係を表す図である。

【図１６】 従来からあった、１画素を開口面積の異な
る複数のサブピクセルから構成した液晶表示装置の、最
も開口面積の大きいサブピクセルの光回折効果を表す図
（ａ）、２番目に開口面積の大きいサブピクセルの光回
折効果を表す図（ｂ）および最も開口面積の小さいサブ
ピクセルの光回折効果を表す図（ｃ）である。

【図１７】 液晶表示装置の環境温度別の光輝度を表し
た図である。

【図１８】 従来のカラー液晶表示装置を表す図であ
る。

【符号の説明】

１１，２１，３１，１８１…液晶表示装置、３２ａ〜３
２ｃ，ＳＰ１〜１５…サブピクセル、１３ａ，３３ａ，
１８３ａ，１３ｂ，３３ｂ，１８３ｂ…電極、１５，３
５，１８５…液晶、１７，３７…セル、３８…第３電
極、４１，６１，８１，９１，１０１…遮光マスク、８
３，９３，１０３…開口エレメント、１０５，１８７…
カラーフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 9/35 Ｇ０９Ｆ 9/35 ５Ｃ０９４ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４１Ａ ６４１Ｇ ６４１Ｋ 3/36 3/36 Ｆターム(参考） 2H091 FA37Y FD02 FD04 FD21 GA02 GA03 GA13 LA08 LA16 2H092 GA13 GA21 GA64 HA04 HA06 JB51 JB79 KB13 NA01 NA25 PA09 2H093 NA16 NA54 NA56 NA58 NC11 NC34 NC49 NC63 ND02 ND06 ND54 NE03 NE06 5C006 AA12 AA15 AA17 AF46 AF51 AF52 AF53 AF54 AF62 BB11 BF21 EA01 FA19 FA21 5C080 AA10 BB05 DD03 DD20 EE29 JJ02 JJ05 JJ06 5C094 AA09 AA25 BA03 BA43 CA19 CA20 CA25 EA01 EA04 EA07 ED15 ED20

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液晶の両側に一対の電極を配置し、該液晶
   に電界を与えることにより表示機能を有するとともに、
   １つの画素が複数のサブピクセルから成り、前記一対の
   電極の内の少なくとも一側が、前記サブピクセル毎に分
   割された液晶表示装置において、 更に、前記分割された電極間に第３電極を配置した液晶
   表示装置。
2. 【請求項２】前記第３電極は、前記分割された電極を取
   り囲む格子状である請求項１の液晶表示装置。
3. 【請求項３】液晶の両側に一対の電極を配置し、該液晶
   に電界を与えることにより表示機能を有するとともに、
   １つの画素が複数のサブピクセルから成り、前記各サブ
   ピクセルの最大光量が互いに異なるように構成された液
   晶表示装置において、前記サブピクセルのうちの１つの
   サブピクセルの最大光量が、それより１段階最大光量が
   大きいサブピクセルの最小ビット分の光量変化以上であ
   る液晶表示装置。
4. 【請求項４】更に、前記各サブピクセル間で開口部面積
   を互いに変えた遮光マスクを備えること、前記各サブピ
   クセル間で光透過量を互いに変えたＮＤフィルタを備え
   ること、および前記各サブピクセルの光透過面積を互い
   に変えることのうちの１つによって、最大光量が互いに
   異なるように構成された請求項３の液晶表示装置。
5. 【請求項５】前記各サブピクセルに電界を与える時間を
   変えることによって、最大光量が互いに異なるように構
   成され、前記サブピクセルのうちの１つのサブピクセル
   について一定時間積分して得られる最大光量が、それよ
   り１段階最大光量が大きいサブピクセルについて一定時
   間積分して得られる最小ビット分の光量変化以上である
   請求項３の液晶表示装置。
6. 【請求項６】液晶の両側に一対の電極を配置し、該液晶
   に電界を与えることにより表示機能を有するとともに、
   １つの画素が複数のサブピクセルから成り、前記各サブ
   ピクセルの開口部面積を互いに変えることによって最大
   光量が互いに異なるように構成された液晶表示装置にお
   いて、前記各サブピクセルはその形状および開口面積が
   同一である複数の開口エレメントを備えており、前記各
   サブピクセルが備える前記開口エレメントの個数を変え
   ることによって最大光量が互いに異なる液晶表示装置。
7. 【請求項７】前記開口エレメントは、三日月形状をして
   いる請求項６の液晶表示装置。
8. 【請求項８】前記各サブピクセルが備える開口エレメン
   トの個数が、各サブピクセル間で、その指数が連続した
   ２の累乗である請求項６の液晶表示装置。
9. 【請求項９】更に、前記開口エレメントを含んだ遮光マ
   スクを備え、１画素が互いに色の異なった複数のカラー
   フィルタにより構成されるカラー液晶表示装置の製造工
   程中の、前記カラーフィルタを装着する工程を前記遮光
   マスクを装着する工程に置き換えることによって製造さ
   れる請求項６乃至８のうちの１つの液晶表示装置。
10. 【請求項１０】液晶の両側に一対の電極を配置し、該液
    晶に電界を与えることにより表示機能を有するととも
    に、１つの画素が少なくとも２つのサブピクセルから成
    り、前記各サブピクセルの最大光量が互いに異なるよう
    に構成された液晶表示装置の階調較正方法において、 前記全てのサブピクセルについて電界を与える入力値を
    同時に所定値づつ増加あるいは減少させてゆき、光量が
    目標光量に最も近くなったときの入力値を、前記サブピ
    クセルのうち、最も光量の大きいサブピクセルについて
    第１入力値として固定し、その後、残りの全サブピクセ
    ルについて前記第１入力値から同時に所定値づつ増加あ
    るいは減少させて、その光量が前記目標光量に最も近く
    なったときの入力値を、前記サブピクセルのうち、２番
    目に光量の大きいサブピクセルについて第２入力値とし
    て固定し、全てのサブピクセルについて、順次、入力値
    を決定する液晶表示装置の階調較正方法。
11. 【請求項１１】液晶の両側に一対の電極を配置し、該液
    晶に電界を与えることにより表示機能を有するととも
    に、１つの画素が複数のサブピクセルから成る液晶表示
    装置の階調較正方法において、 複数の温度毎に、前記各サブピクセルについて、全ての
    階調に対応する入力値を測定し、前記複数の温度におけ
    る前記入力値に基づいて非線形の関数上で内挿法あるい
    は外挿法により換算温度入力値を求め、前記換算温度入
    力値に基づいて実際の動作温度における前記各サブピク
    セルに与える入力値を決定する液晶表示装置の階調較正
    方法。