JP3986486B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、テレビジョン、コンピュータのモニタ等電子表示装置一般に多用される液晶表示装置に関し、詳しくは、シーケンシャルカラー照明方式に好適な液晶表示装置に関する。

液晶表示装置（以下、適宜ＬＣＤと略記）は、本来、白黒表示が基本であったが、液晶セル内の各画素に赤、緑、青のマイクロカラーフィルタを付けてそれぞれの色の画素の透過率を液晶によって制御する方式（マイクロカラーフィルタ方式）が開発され、任意の色を表示することができるようになった。

また、近年、各画素にカラーフィルタを付けずに、１画素で３色の画像を順次表示するシーケンシャルカラー照明方式（フィールドシーケンシャル方式）の液晶表示装置が実用化されるようになってきた（特許文献１等参照）。

特に、リタデーションを利用した液晶セル（ベンド配向液晶セル）は、位相差補償板を用いる液晶表示素子であり、この素子は、ベンドセルの上に、そのリタデーションを３次元的に補償する２軸性の位相差補償板を重ねて視角依存性を抑え、視野角を著しく広くしたものである。

非特許文献１は、このベンド配向液晶セルについての論文であり、非特許文献１には、ＲＧＢの３色光の電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔカーブ）、電圧−光強度（輝度）特性あるいは階調−輝度特性（これら２つをγカーブと呼ぶ。）等に基づき、ＲＧＢ各色の色ずれの発生と、その補正方法について述べられている。

例えば、非特許文献１には、図８（ａ）に示すＲＧＢの３色光の電圧−透過率特性に対し、図８（ｂ）に示すように、第１の補正方法として、光源を調整して５Ｖレベルで光強度を一致させるようにして、色ずれを補正することが示されている。

また、図８（ｃ）では、第２の補正方法として、ＲＧＢ各色での印加電圧の印加する比率を２Ｖレベルが起点となるように調整することで、γカーブの特性を略一致させることが開示されている。

また、特許文献２において、透過率をＲＧＢ毎に補正することが開示されている。
特開平11-14988号公報 特開2002-148584号公報 T.Miyashita et al., "Properties of OCB Mode for Active-Matrix LCDs with Wide Viewing Angle", SID ’95 DIGEST, pp.797-800 (1995)

しかしながら、非特許文献１に開示の補正方法では、ＲＧＢの３色光に対するγカーブの特性を完全には一致させることができず、どうしても若干の色ずれが残ってしまい、色再現性が完全であるとは言えなかった。また、特許文献２においても、白レベルでのＲＧＢ巻の輝度を一致させることについてを補償することができない。

本発明は、リタデーションを利用した液晶表示パネルでのＲＧＢの３色光に対するγカーブを補正し、ＲＧＢの色ずれを解消して、正確な色再現性を得ることが可能となる液晶表示装置を提供するものである。

本発明は、液晶セルの前面および／または後面に位相差補償板を配置し該セルと位相差補償板とを直交もしくは平行に配置した偏光子で挟んで構成したリタデーションを利用した液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを駆動するＴＦＴアクティブマトリックスと、前記液晶表示パネルの背面にＲＧＢの３色光を順次照射するバックライトとを有してなる液晶表示装置であって、前記位相差補償板が、前記液晶表示パネルに印加する電圧とＲＧＢの各色光における透過率との関係を示すＶ−Ｔカーブの１点を一致させるように調整して配置され、前記バックライトの光源には、ＲＧＢの各色光の輝度を補正することで電圧とＲＧＢの各色光における液晶表示パネル透過後の輝度との関係を示すγカーブのもう１点を一致させるように調整された輝度補正器を具備し、前記ＴＦＴアクティブマトリックスのソースドライバには、ＲＧＢの各色光に対する前記γカーブの電圧に応じた差を補正して一致させる補正テーブルを具備してなることを特徴とする液晶表示装置によって、上記課題を解決した。

また、本発明は、前記補正テーブルを、前記ソースドライバに替えて前記ＴＦＴアクティブマトリックスを制御するＬＣＤコントローラ内に具備し、前記γカーブの電圧に応じた差を補正した画素データを出力するようにしてもよい。

また、前記補正テーブルは、前記γカーブに対して、あらかじめ一致するように調整してなる２点の他に、少なくとも１点以上の参照点における電圧値と輝度が格納されてなり、各γカーブの電圧に応じた差の補正を、それら各点のデータに基づく補間近似で行うようにするものであることを好適とする。

また、本発明は、前記のリタデーションを利用した液晶表示パネルが、ベンド配向液晶セルを用いて構成されてなる液晶表示パネルであることを好適とする。

さらに、本発明の別の態様では、液晶セルを直交もしくは平行に配置した偏光子で挟んで構成したリタデーションを利用した液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを駆動するＴＦＴアクティブマトリックスと、前記液晶表示パネルの背面にＲＧＢの３色光を順次照射するバックライトとを有してなる液晶表示装置であって、前記バックライトの光源には、ＲＧＢの各色光の輝度を補正することで電圧とＲＧＢの各色光における液晶表示パネル透過後の輝度との関係を示すγカーブの１点を一致させるように調整された輝度補正器を具備し、前記ＴＦＴアクティブマトリックスのソースドライバには、ＲＧＢの各色光に対する前記γカーブの電圧に応じた差を補正して一致させる補正テーブルを具備してなることを特徴とする液晶表示装置とすることもできる。

また、本発明の別の態様においても、前記補正テーブルを、前記ソースドライバに替えて前記ＴＦＴアクティブマトリックスを制御するＬＣＤコントローラ内に具備し、前記γカーブの電圧に応じた差を補正した画素データを出力するようにしてもよい。

また、本発明の別の態様においても、前記補正テーブルは、前記γカーブに対して、あらかじめ一致するように調整してなる２点の他に、少なくとも１点以上の参照点における電圧値と輝度が格納されてなり、各γカーブの電圧に応じた差の補正を、それら各点のデータに基づく補間近似で行うようにするものであることを好適とする。

また、本発明の別の態様においても、前記のリタデーションを利用した液晶表示パネルが、ベンド配向液晶セルを用いて構成されてなる液晶表示パネルであることを好適とする。

本発明によって、ＲＧＢの３色光の色ずれを完全に解消した色再現性の高い液晶表示装置を提供できるようになった。

まず、本発明の液晶表示装置に適用するリタデーションを利用した液晶表示パネルについて、図２を用いて説明する。

図２は、リタデーションを利用した液晶表示パネル10の代表的な例であるベンド配向液晶セルを模式的に示しており、バックライト２を具備している。

図２に示すように、この液晶表示パネル10は、ベンド配向の液晶セル14の前面に位相差補償板13を配置し、液晶セル14と位相差補償板13とを直交偏光子15、15で挟んで構成される。この直交偏光子15、15は、平行に配置するようにしてもよい。また、位相差補償板13は、液晶セル14の前面および／または後面に配置しても良い。なお、11はベンド配向させた液晶、12は液晶11を挟むガラス（基板）であり、ガラス12には電圧印加用の透明な導電膜が設けられている。また、２は液晶表示パネル10の背面に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色光を順次照射する面光源（バックライト）であり、色の切り替え回路は図示を省略した。

ベンド配向の液晶セル14は、上下の基板12表面における液晶分子を逆向きに傾斜させたものである。ある電圧をこのセルに印加すると、液晶はベンド配向をとるか、または、セル中央部にねじれ配向が存在する配向をとる。

以上で説明した液晶表示パネル10にＴＦＴアクティブマトリックス５と、映像データを入力としてＴＦＴアクティブマトリックス５に画素データを設定するＬＣＤコントローラ20を具備させることで液晶表示装置が実現される。

ＴＦＴアクティブマトリックス５は、液晶表示パネル10の各画素に所望の電圧を印加するソースドライバ３とゲートドライバ４から構成される。また、ソースドライバ３には電圧を供給する電圧発生器６が具備されている。

バックライト２には、ＲＧＢの各色光を切り替えて発光させるための光源７がＲＧＢそれぞれに対して設けられており、シーケンシャルカラー照明方式が採用されている。なお、光源として具体的には、ＲＧＢ各色の冷陰極蛍光管やＬＥＤ等が適宜採用される。

本発明は、図１に示す液晶表示装置において、ＴＦＴアクティブマトリックス５のソースドライバ３に補正テーブル９を具備し、かつ、バックライトの光源７のＲＧＢそれぞれの輝度を補正する輝度補正器８を具備したことを特徴とするものである。

なお、補正テーブル９は、ソースドライバ３ではなく、ＬＣＤコントローラ20に具備するようにしてもよい。

以下、図面を参照しながら、本発明の液晶表示装置における輝度補正器８と補正テーブル９の機能の詳細について説明する。

本来、液晶表示パネルのＲＧＢ各色光に対する透過率は、印加する電圧に対し図３に示すようなＶ−Ｔカーブとなる。なお、図３では、電圧が低い方を透過率の高い白電圧レベルとして記載しており、図８の記載とは逆になっている。これは、液晶の特性上、透過率の高い白電圧レベルと透過率の低い黒電圧レベルをいずれにとっても良いからである。以下の説明では、図３に示すＶ−Ｔカーブに基づき、電圧が低い方を透過率の高い白電圧レベルとして説明を行う。

ここで、図３におけるＲＧＢ各色光の黒電圧レベルを略一致させるために、ポリカーボネ―トを代表的な素材とする位相差補償板を適用することは従来から知られていた。図４に、位相差補償板を適用してＶ−Ｔカーブの黒電圧レベルを一致させた例を示す。なお、この図４は、既に説明した図８（ａ）に相当するグラフである。

次に、本発明の液晶表示装置に具備してなり、バックライトの光源７の輝度を調整する機能を有する輝度補正器８について説明する。

この輝度補正器８は、バックライトの光源７のＲＧＢ各色光それぞれの輝度レベルを補正し、図５に示すようにＲＧＢ各色光のγカーブの白電圧レベルを一致させる機能を有しており、予め所望の調整がなされている。図５の縦軸は輝度を表し、バックライトの輝度に液晶表示パネルの透過率がかかったものである。

ところが、図５から明らかなように、ＲＧＢの３色光のγカーブの黒電圧レベルと白電圧レベルの２点を一致させても、それぞれのγカーブの特性が異なり、カーブが一致しないため、完全な色補正を実現することができず、やはり色ずれが残ってしまう。

そこで、本発明では、ＴＦＴアクティブマトリックス５のソースドライバ３に補正テーブル９を具備し、ソースドライバ３において印加する電圧を補正することで、ＲＧＢの３色光のγカーブを一致させるようにした。

こうすることで、図６に示すようにＲＧＢの３色光それぞれにおいて、各画素の階調データと輝度を完全に一致させることができるようになった。

補正テーブル９を用いた印加電圧の補正は、ＲＧＢの各色光に対してγカーブの電圧に応じた差を補正して一致させるようにすればよく、その方式については既に各種知られている。例えば、ＲＧＢの各色光のγカーブに対して、あらかじめ一致するように調整してなる２点、すなわち、黒レベルの点と白レベルの点の２点、そして、その他に少なくとも１点以上の参照点を定め、それらの点における電圧値と輝度のデータをテーブルに格納しておき、それら各点のデータに基づく補間近似を行う。こうすることで、各γカーブの電圧に応じた差の補正を行うことが可能となるのである。なお、参照点は、多くとるほど補正精度を向上できるが、０（黒レベル）〜255（白レベル）の階調での補正を実施するには、例えば、５〜10点程度の参照点を設けることを好適とする。

また、各γカーブを関数近似して補正するようにしても良いことは言うまでもない。

この補正テーブル９は、既に説明したように、ソースドライバ３ではなく、ＬＣＤコントローラ20に具備するようにしてもよいが、その場合には、階調レベルに応じてＬＣＤコントローラ20から出力する画素データを、ＲＧＢ各色のγカーブに対応して補正することで図６に示す補正を実現する。

ところで、従来は位相差補償板を適用することでγカーブの黒レベルの点を一致させてきたことから、以上の説明では、位相差補償板で一致させるべきγカーブの点を黒レベルの点とし、バックライトの輝度補正で一致させるべきγカーブの点を白レベルとして説明した。しかし、本発明は、これに限定するものではなく、位相差補償板を用いて黒レベル以外の任意の点を一致させるようにしても良い。また、同様にバックライトの輝度補正を行うことで白レベル以外の任意のレベルの点を一致させるようにしても良い。そして、本発明においては、それらの２点を基準として、その他の参照点を適宜定めることで、色ずれのないγカーブの補正を実現することができる。こうすれば、従来黒レベルを一致させるために制約の大きかった液晶材料の選択の自由度を大きく増すことが可能となり、液晶表示装置の更なるコストダウンや能力向上を期待できる。

また、本発明によって、リタデーションを利用した液晶表示パネルにおいて位相差補償板を不要とした液晶表示装置を実現することも可能となる。

すなわち、図３に示すＶ−Ｔカーブにおいて、位相差補償板を適用せず、バックライトの輝度調整を行って白電圧レベルを一致させると、例えば、図７に例示するγカーブが得られることになる。図７のγカーブでは、白電圧レベルが一致しており、黒電圧レベルは、ＲＧＢそれぞれに対し、例えば８Ｖ、10Ｖ、12Ｖと異なる値をとることになる。そこで、ＲＧＢそれぞれに対し、黒電圧レベルが異なることを前提として、白電圧レベルと黒電圧レベルの２点を定め、それらの２点を基準として、その他の参照点を適宜定めて補正を行うことで、上記で説明したと同様に色ずれを解消することができる。但し、この場合、例示の電圧で説明すると、従来黒電圧レベルを一致させて５Ｖ程度で十分であったソースドライバの印加電圧を12Ｖにまで拡大することが必要となる。そのため、ソースドライバの耐圧を大きくしておくことが前提となる。

本発明の液晶表示装置を、位相差補償板を不要として構成した場合においても、バックライトの輝度補正器と、ＴＦＴアクティブマトリックスに具備するソースドライバあるいはＴＦＴアクティブマトリックスを制御するＬＣＤコントローラ内に具備させた補正テーブルを適宜調整することで、全く同等の液晶表示装置を実現できるのである。

なお、本発明の液晶表示装置では、カラーフィールドシーケンシャル方式を採用していることから、ＴＦＴアクティブマトリックスのソースドライバにおいて参照電圧関係のピン数を増やすことが不要になる有利な効果を得ることもできる。

本発明の液晶表示装置の構成を示す模式図である。 本発明の液晶表示装置に適用する液晶表示パネルとバックライトの構成を示す模式図である。 液晶表示パネルにおいて補正する前のＲＧＢの３色光のＶ−Ｔカーブの例を示すグラフである。 液晶表示パネルにおいて位相差補償板で黒電圧レベルを一致させる補正を実施したＶ−Ｔカーブの一例を示すグラフである。 図４のグラフにおいて更に、バックライトの輝度を補正して白電圧レベルを一致させたγカーブの例を示すグラフである。 図５のグラフにおいて更に、補正テーブルを用いて液晶表示パネル透過後の輝度に対する電圧レベルの補正を行った後の階調データと輝度の関係の一例を示すγカーブのグラフである。 図３のグラフにおいて、位相差補償板を適用せずにバックライトの輝度を補正して白電圧レベルを一致させたγカーブの一例を示すグラフである。 従来の技術を説明するためのグラフであり、ＲＧＢの３色光のＶ−Ｔカーブ（ａ）、電圧−光強度特性（ｂ）、電圧を比例的に補正したときのＶ−Ｔカーブ（ｃ）を示す。

符号の説明

２ バックライト
３ ソースドライバ
４ ゲートドライバ
５ ＴＦＴアクティブマトリックス
６ 電圧発生器
７ 光源
８ 輝度補正器
９、9a 補正テーブル
10 液晶表示パネル
11 液晶
12 ガラス（基板）
13 位相差補償板
14 液晶セル
15 直交偏光子
20 ＬＣＤコントローラ

Claims (8)

1. 液晶セルの前面および／または後面に位相差補償板を配置し該セルと位相差補償板とを直交もしくは平行に配置した偏光子で挟んで構成したリタデーションを利用した液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを駆動するＴＦＴアクティブマトリックスと、前記液晶表示パネルの背面にＲＧＢの３色光を順次照射するバックライトとを有してなる液晶表示装置であって、
   前記位相差補償板が、前記液晶表示パネルに印加する電圧とＲＧＢの各色光における透過率との関係を示すＶ−Ｔカーブの１点を一致させるように調整して配置され、
   前記バックライトの光源には、ＲＧＢの各色光の輝度を補正することで電圧とＲＧＢの各色光における液晶表示パネル透過後の輝度との関係を示すγカーブのもう１点を一致させるように調整された輝度補正器を具備し、
   前記ＴＦＴアクティブマトリックスのソースドライバには、ＲＧＢの各色光に対する前記γカーブの電圧に応じた差を補正して一致させる補正テーブルを具備してなることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記補正テーブルを、前記ソースドライバに替えて前記ＴＦＴアクティブマトリックスを制御するＬＣＤコントローラ内に具備し、前記γカーブの電圧に応じた差を補正した画素データを出力することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記補正テーブルには、前記γカーブに対して、あらかじめ一致するように調整してなる２点の他に、少なくとも１点以上の参照点における電圧値と輝度が格納されてなり、各γカーブの電圧に応じた差の補正を、それら各点のデータに基づく補間近似で行うことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記のリタデーションを利用した液晶表示パネルが、ベンド配向液晶セルを用いて構成されてなる液晶表示パネルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶表示装置。
5. 液晶セルを直交もしくは平行に配置した偏光子で挟んで構成したリタデーションを利用した液晶表示パネルと、該液晶表示パネルを駆動するＴＦＴアクティブマトリックスと、前記液晶表示パネルの背面にＲＧＢの３色光を順次照射するバックライトとを有してなる液晶表示装置であって、
   前記バックライトの光源には、ＲＧＢの各色光の輝度を補正することで電圧とＲＧＢの各色光における液晶表示パネル透過後の輝度との関係を示すγカーブの１点を一致させるように調整された輝度補正器を具備し、
   前記ＴＦＴアクティブマトリックスのソースドライバには、ＲＧＢの各色光に対する前記γカーブの電圧に応じた差を補正して一致させる補正テーブルを具備してなることを特徴とする液晶表示装置。
6. 前記補正テーブルを、前記ソースドライバに替えて前記ＴＦＴアクティブマトリックスを制御するＬＣＤコントローラ内に具備し、前記γカーブの電圧に応じた差を補正した画素データを出力することを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
7. 前記補正テーブルには、前記γカーブに対して、あらかじめ一致するように調整してなる点の他に、少なくとも１点以上の参照点における電圧値と輝度が格納されてなり、各γカーブの電圧に応じた差の補正を、それら各点のデータに基づく補間近似で行うことを特徴とする請求項５または６に記載の液晶表示装置。
8. 前記のリタデーションを利用した液晶表示パネルが、ベンド配向液晶セルを用いて構成されてなる液晶表示パネルであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の液晶表示装置。

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