JP2003255307A - 液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＮ液晶の視野角特性を改善する液晶表示装
置において、最大限有効に視野角特性を利用し、使用方
向が限定されるような用途に対しても効果的に使用でき
るようにする。 【解決手段】 所望のＶ−Ｔ特性を得るγ変換回路を複
数組もつγ変換回路（１）と、その切換え回路（２）
と、液晶画素に印加する映像信号電圧をオフセット制御
するオフセット電圧制御部（５）と、γ変換回路（１）
とγ切換え回路（２）に対して各γデータ設定およびそ
の切換えパターンを制御しγ変調する視野角適応制御回
路（４）と、液晶パネル（６）を備え、オフセット電圧
の制御とγ変調制御とを連動して常に最適に制御する。
これにより、オフセット電圧の制御によって最適視角方
向を移動した上でその方向での最適なγ変調を加えるこ
とができ、最適視角方向の移動と視野角特性の拡大を両
立させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＴＮ液晶（ツイス
ティッドネマテイック液晶）の液晶表示装置の駆動回路
と、液晶表示装置に入力する映像信号の信号処理に関す
るものであり、特に信号処理や駆動方法による電気的な
制御のみで、液晶表示装置の視野角特性を拡大制御およ
び移動制御することのできる液晶表示装置の構成と信号
処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶ＴＶ等において多く使用されている
ＴＮ液晶方式は、液晶のもつ屈折率異方性や捻じり配向
等により、液晶層を通過する光はその方向や角度により
さまざまな複屈折効果を受け複雑な視野角依存性を示
し、例えば一般的には上方向視角では画面全体が白っぽ
くなり、下方向視角では画面全体が暗くなり、かつ画像
の低輝度部で明暗が反転してしまうという現象が発生す
る。

【０００３】この様な視野角特性については、さまざま
な方法により輝度、色相、コントラスト特性、階調特性
等について広視野角化する技術が数多く開発されてい
る。

【０００４】このような技術としては、液晶パネルその
ものに対する改良や、光学的部材を用いるものが非常に
多く一般的であるが、ＴＦＴ工程や液晶パネル工程が複
雑とならず、歩留まりの低下やコスト増大を引き起こさ
ない方法として、外部回路の信号処理のみで広視野角化
を図る技術についても示されている。

【０００５】これは、液晶セルの印加電圧に対する透過
率特性（以下、Ｖ−Ｔ特性と表記）の視角依存性を利用
し、入力信号に対する階調電圧変換特性（以下、γ特性
と表記）を、複数用意し所定の間隔でこの切換え制御を
行いながら液晶を駆動することにより、複数の特性が視
覚的に合成され視野角特性を向上させるという技術であ
り、例えば特開平７−１２１１４４号公報「液晶表示装
置」、特開平９−９０９１０号公報「液晶表示装置の駆
動方法および液晶表示装置」等に示されている。

【０００６】このような従来の外部信号処理による広視
野角化液晶表示装置の例を図７に示す。図７では、ＲＧ
Ｂ画像信号を入力として互いに異なる複数のγ特性を有
するγ変換回路γ１、γ２と、このγ特性を画像信号の
ｎフレーム毎（ｎは自然数で、ｎ≧２）に切換え制御す
る手段とを含み、γ変換手段の出力に応じて液晶駆動を
なすようにしたもので、γ特性の切換えパターンとして
は図８に示すようにＲＧＢトリオを１単位として交互に
かつ、連続するｎフレームの対応画素には同一のγ特性
に対応した表示電圧でかつ互いに極性が異なる表示信号
電圧を印加するように構成したものである。

【０００７】ここで、図９に示すように二つのγ特性は
異なる視野角が最適視野になるよう、例えばγ１は上視
野１０°に最適化し、γ２は下視野１０°に最適化して
γ特性は固定し、前記切換えパターンで変調することに
より上下１０°程度最適階調特性を広げるよう動作させ
るというものである。

【０００８】このように従来技術では、外部回路の信号
処理のみで視野角特性を拡大する（視野角特性を改善す
る）技術としては、固定的に設定された複数のγ変換特
性を変調する方式が手法として開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
においては、視野角特性について本来の視野角特性から
広げることを目的とするものであり、視野角特性の最も
よい角度そのもの（通常はほぼ正面方向に設計してあ
る。以降この視野角特性の最良ポイントを最適視角と表
現する）を自由に調整できるものではない。すなわち、
従来例では、最適視角である正面方向からはほぼ従来通
りの視覚特性を得た上に、下視角方向の階調反転等の視
覚特性を改善し、上視角方向の視覚特性についても同様
に改善して、所定のコントラスト値が得られる最大仰角
を上下に広げるといった改善を目標として制御が行われ
ているものである。

【００１０】一般的には、液晶パネルを有する液晶ＴＶ
等の商品においては、液晶パネル自体を必要により設置
角度をある程度調節して使用することを前提とするが、
例えば、自動車の純正カーナビゲーション用液晶パネル
を運転席ダッシュボードやインパネ等に内蔵し固定の角
度で使用せざるを得ないような場合など、機械的に角度
調節を行うことが出来ないという用途がある。さらに、
この例では使用者の体格や視聴位置（前席、後席）等に
よっても視角方向が異なる。

【００１１】従来は、このような用途に対しては、出来
る限り視野角特性の広い液晶パネルを使用することが一
般的であるが、このような例では限界があり、ある程度
以上の仰角からの視角特性は劣化してしまうという問題
があった。

【００１２】本発明は、このような用途に対して視野角
特性がそれほど広くないＴＮ液晶の液晶表示装置を使用
する場合に好適なように、単に本来の視野角特性から広
げるだけでなく、最適視角方向を所望の方向に移動させ
た上で、その状態からさらに上下（設計によっては左
右）に視野角特性を広げる（視野角特性を改善する）こ
とができるようにして、最大限有効に視野角特性を利用
して表示できる様にすることを、信号処理や駆動方法に
よる電気的な制御のみで実現することを目的とするもの
である。

【００１３】

【課題を解決するための手投】このような課題を解決す
るために本発明は、液晶表示装置の駆動方法であって、
複数のγ変換特性を有するγ変換回路と、前記γ変換回
路の出力を切換える第１γ切換え回路と、前記第１γ切
換回路の出力を切換える第２γ切換回路と、前記γ変換
回路のγデータ設定と前記第１γ切換え回路の切換えパ
ターンを最適視角方向設定に応じて制御する視野角適応
制御回路と、液晶画素に印加する映像信号電圧を最適視
角方向設定に応じてオフセット制御するオフセット電圧
制御手段と、液晶パネルとを備え、最適視角方向設定に
基づいてオフセット電圧を制御し最適視角を移動させる
場合、同時に最適視角方向設定に基づいたγ設定を第２
γ切換え回路で選択することによって、最適視角方向を
移動させない場合とは異なるγ設定とし、いかなる視野
角方向においても最適な視野角範囲を得るようにしたも
のである。

【００１４】

【作用】これにより、オフセット電圧制御手段で最適視
角方向を設定した上で、その状態での最適なγの変調を
加えることにより、視野角特性の移動制御（最適視角方
向の調整）と視野角特性の拡大（改善）を両立すること
ができる。また、本来の拡大のみの場合でも、改善する
目的に応じてγの変調制御のみでは補正しきれない範囲
を、オフセット電圧の調整を組み合わせる事により最適
に設定することができ、より効果的に視野角改善するこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００１６】図１は本発明の請求項１および２の内容に
基づいた実施の形態における駆動方法を行う液晶表示装
置の構成ブロック図を示し、図１の本液晶表示装置にお
いて、１は入力される映像信号データを液晶パネルのＶ
−Ｔ特性より必要な所定の印加電圧に変換するような複
数のγ特性を、複数の異なる組合せで設定することので
きるγ変換回路であり、２はこれを所望の視野角特性に
なるよう所定の画素パターンで切換え制御を行う第１γ
切換え回路であり、３は第１γ切換え回路の出力を切換
える第２γ切換え回路であり、４は入力される最適視角
方向設定に応じて最適なγデータを前記γ変換回路に対
して設定し、前記第１γ切換え回路に対する切換え制御
を行いγの変調制御を行うように構成された視野角適応
制御回路であり、５は液晶画素に印加する映像信号電圧
を最適視角方向設定に応じてオフセット制御するオフセ
ット電圧制御部であり、６はＴＮ液晶で所望の方向に対
し視野角依存性が大きくなるよう配向制御されている液
晶パネルである。

【００１７】以上のように構成された液晶表示装置につ
いて、図１および図２、図３、図４、図５、図６を用い
てその動作を説明する。尚、本実施の形態では、画面の
垂直方向（上下方向）に視野角依存性が出るように配向
制御されており、上視角から見ると全体に白っぽく見
え、下視角からは全体に黒っぼく見え階調反転が発生す
るような特性をもっているように設計されたＴＮ液晶パ
ネルの場合の例について説明するものとする。

【００１８】まず、視野角適応制御回路４では、最適視
角方向設定に基づいてオフセット電圧制御部５に対し
て、液晶パネル６のＶ−Ｔ特性から最適視角方向が所望
の視角方向となるように、信号電圧印加範囲をオフセッ
トすべく制御が行われる。

【００１９】図２は、本実施の形態の最適視角方向を移
動して拡大制御を行う動作の概念を示した図であり、液
晶パネルの断面方向から、上下方向の視野角方向を模式
的に示した図である。

【００２０】図２中ａの状態（通常状態）から図２中ｂ
の状態（移動状態）にする処理が上記のオフセットによ
り実現できる最適視角方向の移動である。図２中ｂ、ｃ
では下視角方向に最適視角を移動した例を示している
が、逆方向に移動することも同様に可能である。

【００２１】一般に、ＴＮ液晶で視野角依存性がある方
向（本実施の形態では上下方向と仮定）での、各視角方
向からのＶ−Ｔ特性（ノーマリーホワイトの場合）は図
３に示すように、ある程度の角度までは入力信号電圧方
向にほぼ平行シフトに近い特性を有する。

【００２２】通常の液晶パネルの設計では、図２中ａの
ように正面方向を最適視角方向とするので、図３の“０
°”のＶ−Ｔカーブをほぼカバーするように、入力の信
号範囲が図３中にＡで示す電圧振幅範囲になるように設
定されており、ブライトネス制御という意味合いで多少
の調整（一般的には、図３において±５〜１０°程度に
相当する調整）は制御可能となっている場合もあるがほ
ぼ固定で使用されている。すなわち、信号可変範囲の振
幅中心の電圧値をオフセット値と定義するとすれば、通
常はオフセット値として図３に示すＤの値に固定されて
いる。

【００２３】従って、このオフセット値を入力信号とは
別に制御することにより最適視角方向を比較的容易に移
動させることができる。このオフセット値の調整方法は
駆動方式により異なり、ソース信号振幅を低電圧化でき
る方法として一般的な、対向反転駆動方式の場合であれ
ば、対向電極電圧（Ｖｃｏｍ）の電圧振幅を調整するこ
とにより実現することができる。また、同様にソース信
号振幅を低電圧化できる方法のひとつである容量結合駆
動方式と呼ばれる駆動方法においては、ゲート駆動回路
に対する二つの補償電圧間の振幅値（これをバイアス電
圧と呼ぶものとする）＝Ｖｅｐｐ（｜Ｖｅ＋｜＋｜ｖｅ
−｜）の制御により実現することができる。容量結合駆
動方式においてオフセット値を制御する技術に関して
は、特開平７−２４８７４５号公報および特開平７−２
４８７４６号公報「表示装置の駆動方法」等に詳細が示
されている。

【００２４】本実施の形態では、この容量結合駆動方式
を用いてオフセット制御するものとして説明を行う。

【００２５】図４に容量結合駆動方式におけるゲート駆
動波形を示す。容量結合駆動方式では、図４に示すＶｅ
＋レベルを上げＶｅ−レベルを下げてＶｅｐｐ（バイア
ス電圧）を大きくとれば、オフセット値が大きくなり、
信号振幅範囲を図３にＣで示すように移動させることが
でき、最適視角方向を上視角方向最適に移動できる。逆
にＶｅ＋レベルを下げＶｅ−レベルを上げてＶｅｐｐ
（バイアス電圧）を小さくとれば、オフセット値が小さ
くなり信号振幅範囲を図３にＢで示すように移動させる
ことができ、最適視角方向を下視角方向最適に移動する
ことができる。

【００２６】このＶｅｐｐの可変に際しては、振幅を可
変してもＶｅｐｐの中心電位が変化しないように設定す
ることが必要であるが、このようにゲート駆動回路に対
する２つの補償電圧のみを可変することで、容易にオフ
セット電圧の調整が行える。この特性を説明する図を図
５に示す。

【００２７】このように、オフセット電圧制御部５で
は、ゲート駆動回路に対してＶｅ＋とＶｅ−をその中心
電位が変化しない様に保ったまま振幅を変えることによ
り、最適視角方向を図５に示すように、上下ともに（光
学的部材設計や液晶パネルの設計にもよって異なるが）
およそ３５°程度まで容易に可変することができる。

【００２８】次に、この最適視角方向の移動制御に加え
て、その方向での視野角特性の拡大について説明する。
これは、図２中ｂの状態（移動状態）から図２中ｃの状
態（移動＋拡大状態）にする制御である。これは、前述
のオフセット電圧制御の制御量に応じて、そのオフセッ
ト電圧状態で信号電圧が印加される場合に、その視野角
特性から視野角が拡大（視野角特性を改善）するように
複数のγデータを設定し、表示する入力映像の状態や画
素配列、改善ポイント等を考慮した最適な切換えパター
ンでこれらを時空間方向に切換え制御して視野角特性を
改善するものである。

【００２９】このγ特性の変調制御によって視野角特性
を改善することの基本概念については従来例とほぼ同様
である。しかしながら、従来例では、オフセット電圧に
関しては固定という前提で最適な複数のγデータを予め
決定してこれを変調するようにしているが、本実施の形
態の場合の最適視角方向を移動した上での視野角拡大
は、この最適なγ特性となるものを最適視角方向の設定
とともに変化させていく必要がある。

【００３０】つまり、従来例では例えば＋１０°に最適
化したγと−１０°に最適化したγを切換えることで、
視野角特性を上下１０°程度特性改善しており、最適視
角方向を−３０°方向に移動した場合は、そのままに同
様に考えても、−２０°に最適化したγと−４０°に最
適化したγを変調する必要があるが、＋１０°に最適な
γと−２０°に最適なγは図６からも解るように全く異
なるものである。さらに、−３０°方向に最適視角方向
を移動した場合は、本来下視角方向で発生する階調反転
については一３０°から−４５°付近が最も大きいこと
からも理解できるように、殆ど発生しなくなる、もしく
は発生する階調やレベルが大きく変化してくる。

【００３１】同様に上視角方向に移動した場合は、黒浮
きや白潰れの状態が、通常状態と異なってくる。このよ
うに、最適視角方向を移動させた上での、視野角特性の
改善については、正面を最適視角方向とする場合の視野
角改善の場合と同様の改善項目を期待して設定する場合
であっても、異なるγ特性を設定しなければならない。
この理由は、図６に示すように各視角方向からのＶ−Ｔ
特性は、概ね入力信号電圧方向にほぼ平行シフトに近い
特性を有しているとはいうものの、詳細な特性がかなり
異なることによるものである。

【００３２】図１で説明すれば、正面方向を最適視角方
向に設定した場合のγ設定がγ１およびγ２であれば、
最適視角方向を移動させた場合のγ設定はγ３およびγ
４であり、これを第１γ切換回路２で選択するものであ
る。

【００３３】従って、視野角適応制御回路４では、図６
に示すように角度が大きくなるに従い、このＶ−Ｔ特性
の傾きが徐々にねていくような特性を考慮して、γ変換
回路１に対するγ３、γ４の設定データを変えてやるこ
とにより、移動した視野角方向で最適な視野角拡大処理
が加えられることになる。

【００３４】つぎに、本実施の形態を応用した使い方に
ついて説明する。上記に説明した最適視角方向の移動に
よる技術の応用例として、この視野角依存性を逆に利用
して、最適視角方向を積極的に移動したり、移動した場
合にその逆の視角方向からはブラックアウトあるいはホ
ワイトアウトになる事を利用して表示をマスクする（例
えば秘匿のために見えなくする）といった応用が考えら
れる。

【００３５】例えば、前記の車載ＴＶなどでは、液晶パ
ネルの配向方向を９０°回転してパネルの左右方向に視
野角依存性が出るように設計した液晶パネルを利用し
て、表示画面の最適視角を助手席側に移動させ、運転席
側には黒表示させてしまうといった応用例が考えられ
る。

【００３６】このような視野角制御を行うには、上記に
説明したように最適視角方向を移動した上で、その状態
で所望の視野角特性に改善するように最適なγ変調（こ
の場合は、必ずしもγを変調する必要はないが、最適な
γ特性にする必要はある）を行うことを補足的に加える
ことにより、効果的な視野角制御ができるようになる。

【００３７】しかしながら、このような機能を実現する
ためには、上述のように左右方向に視野角依存性が出る
ようにしていることにより、最適視角を移動させたり一
方をマスクしたりする視野角制御処理を行わないで通常
の表示を行う場合に、視野角特性が左右方向には非対称
で狭いという状態になってしまい、上下方向に視野角依
存性が出るような液晶パネルに比べて、左右の視野角特
性が大きく劣化したものとなってしまう。このような例
で通常の表示を行う場合には、γの変調技術により視野
角特性を拡大することによって、この視野角制御機能を
実現させるために通常表示が大きく劣化してしまうとい
う問題を軽減させることができる。

【００３８】さらに、このように通常の視野角拡大のみ
を行う場合であっても、図１に示す構成として、所望の
視野角特性を得るに当たって最適なオフセット電圧に設
定した上で、視野角拡大処理を行うようにすることで、
従来例に比べてより効果的に視野角拡大処理を施すこと
ができる。

【００３９】これを、図３を用いて説明する。図３にお
いて通常は信号振幅Ａ（点線の枠）の範囲で使用してい
るが、実際に視野角拡大をするに当たって、その目標と
する改善項目により、例えば下視角のコントラストを改
善したいのであれば、Ａの範囲よりややＢ寄りに印加電
圧を低く調整した上でγ変調をかけるようにしなけれ
ば、如何なるγ変調制御をしても図３中Ｇの輝度レベル
はそれより伸びる（上がる）ことはない。実施の形態の
例では上下に均等に１０°程度改善しているが、何れか
に多少偏った改善を施したいような場合には、このよう
にオフセット電圧値の調整を併せて行うことで効果的な
改善が可能である。

【００４０】また、液晶パネル６に使用されているプリ
ズムシート等の光学部材により、実際の液晶パネル６の
各視角方向からのＶ−Ｔ特性は多少異なったものとなっ
ている場合があることや、本来の状態で正面に最適化さ
れずＡよりややずらした設計となっている場合もある。
このようなことを考慮して、視野角拡大のみを実施する
場合であっても、オフセット電圧調整を併せて行うこと
で効果的に視野角拡大を行うことができるようになる。

【００４１】以上の説明のように、使用する視角方向に
合わせて最適視角を移動できるだけでなく、その方向で
最適な視野角拡大処理ができるため、主使用者方向に視
角方向を最適化した場合にやや異なる視角方向からでも
良好な画像を表示できるようになり自由度を向上でき
る。また、これにより、本来の視野角特性がそれほど広
くないＴＮ液晶パネルにおいても、その視野角性能を最
大限に有効に利用できるようになるというメリットがあ
る。さらに、その視野角依存性を逆に利用して狭視野角
化や特定視角方向のマスク等の応用をするような利用方
法においても、その処理を行わない場合にもγ変調によ
る視野角特性の改善により、視野角依存性を軽減し視角
特性の劣化を低減した視野角特性を得ることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、信号処理や駆動回路の制御という電気的な制御
のみによって、視野角依存性を持つ方向に対して最適視
角方向を移動させ、その方向で視野角特性を拡大（視野
角特性を改善）することが可能となる。これにより、自
動車の純正力一ナビゲーション用液晶パネルを運転席ダ
ッシュボードやインパネ等に内蔵し固定の角度で使用す
る例のような機械的に角度調節を行うことが出来ない場
合等において、使用者の体格や視認方向などに応じて、
適宜電気的設定で最適視角方向を調整できるようになり
有効である。また、通常の視野角拡大機能として使用す
る場合においても、より最適な設定ができ効果的に視野
角拡大処理を行うことができる。

【００４３】さらに、用途に応じて、垂直方向もしくは
水平方向に視野角依存性がでるように配向制御されたパ
ネルを使用し、視野角方向を任意に移動したり一方をブ
ラックもしくはホワイトにマスクしたりするような応用
を行う視野角制御を行えるようにしたシステムにおいて
も、その機能を使用しない通常状態において、著しく視
野角特性が偏りをもったり、非対称な特性となったりす
ることがなく、良好なシステムとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態における液晶表示装置の
構成ブロック図である。

【図２】 本発明の実施の形態における視野角制御の槻
念を説明する模式図である。

【図３】 本発明の実施の形態で説明している各視角方
向によるＶ−Ｔ特性の一例を示す特性図である。

【図４】 本発明の実施の形態で説明している容量結合
駆動方式におけるゲート駆動波形を示す波形図である。

【図５】 本発明の実施の形態で説明しているバイアス
電圧対透過率特性の一例を示す特性図である。

【図６】 本発明の実施の形態で説明している各視角方
向によるＶ−Ｔ特性と視野角特性の一例を示す特性図で
ある。

【図７】 従来例の液晶表示装置の構成を示すブロック
図である。

【図８】 従来例の液晶表示装置の構成で示されている
切換えパターンを示す模式図である。

【図９】 従来例の液晶表示装置のγ変調特性を示す特
性図である。

【符号の説明】

１ γ変換回路 ２ 第１γ切換回路 ３ 第２γ切換回路 ４ 視野角適応制御回路 ５ オフセット電圧制御部 ６ 液晶パネル

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４２ Ｇ０９Ｇ 3/20 ６４２Ｅ 3/36 3/36 Ｆターム(参考） 2H093 NA16 NA43 NA53 NC18 NC34 NC49 NC65 ND06 ND13 ND58 NF05 NH12 NH13 5C006 AA16 AA22 AC11 AC28 AF44 AF46 AF52 BB16 BC16 EC09 FA05 FA46 FA51 FA54 FA55 FA56 5C080 AA10 BB05 CC03 DD03 DD05 DD28 EE17 EE26 EE29 EE30 FF11 JJ02 JJ04 JJ05 KK23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示装置の駆動方法であって、複数
   のγ変換特性を有するγ変換回路（１）と、前記γ変換
   回路（１）の出力を切換える第１γ切換回路（２）と、
   前記第１γ切換回路（２）の出力を切換える第２γ切換
   回路（３）と、前記γ変換回路（１）のγデータ設定と
   前記第１γ切換え回路（２）の切換えパターンを最適視
   角方向設定に応じて制御する視野角適応制御回路（４）
   と、液晶画素に印加する映像信号電圧を最適視角方向設
   定に応じてオフセット制御するオフセット電圧制御手投
   （５）と、液晶パネル（６）とを備え、最適視角方向設
   定に基づいてオフセット電圧を制御し最適視角を移動さ
   せる場合、同時に最適視角方向設定に基づいたγ設定を
   第２γ切換え回路（３）で選択することによって、最適
   視角方向を移動させない場合とは異なるγ設定とし、い
   かなる視野角方向においても最適な視野角範囲を得るこ
   とを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
2. 【請求項２】 前記第１γ切換え回略（２）は、前記視
   野角適応制御回路（４）により所定の画素毎および所定
   のフレーム毎に切換えるよう制御されることにより、該
   視野角方向に対し視野角特性を広げるように動作するこ
   とを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置の駆動方
   法。