JPWO2007108183A1 - 液晶表示装置およびテレビジョン受信機 - Google Patents

Abstract

２枚の液晶パネルＬＣＤ１およびＬＣＤ２を以上重ね合わせた液晶表示装置において、サブブロック輝度確認部(401)にて入力信号（階調信号）におけるサブブロック毎にその最大輝度を求める。さらに最適インデックス生成部(402)にて、その最大輝度に対応する最適インデックスが生成される（最適なγ値が判定される）。最適インデックスが生成されると、比較生成部(403)において、その最適インデックスが１フレーム前において該サブブロックに対して設定されているインデックスと比較され、その比較結果に応じて、γ補正を行うためのＬＣＤ１ＬＵＴおよびＬＣＤ２ＬＵＴが切り替えられる。

Description

本発明は、コントラストを向上させた液晶表示装置およびそれを備えたテレビジョン受信機に関する。

液晶表示装置のコントラストを向上させる技術として、例えば特許文献１には、２枚のＬＣＤ（Liquid Crystal ）パネルを重ね合わせた複合化液晶表示装置が開示されている。すなわち、上記特許文献１には、２枚のＬＣＤパネルを重ね合わせることで各ＬＣＤパネルの明暗の格差が強められ、コントラストの向上を図れることが記載されている。

また、上記特許文献１の複合化液晶表示装置では、重ね合わされるＬＣＤパネルのそれぞれの階調数の積にあたる大きな表示階調数が得られることが示唆されている。例えば、それぞれ１６階調の表示が可能な一対のＬＣＤパネルを重ね合わせた装置では、２５６段の高階調表示が可能になるとされている。
日本国公開特許公報「特開平５−８８１９７号公報（公開日：１９９３年４月９日）」 日本国公開特許公報「特開２００４−５４２５０号公報（公開日：２００４年２月１９日）」 日本国公開特許公報「特開２００４−１１７７５２号公報（公開日：２００４年４月１５日）」 日本国公開特許公報「特開２００２−１３１７７５号公報（公開日：２００２年５月９日）」

ところが、上記特許文献１に開示されている複合化液晶表示装置は、基本的にモノクロ表示を行うものであると考えられ、カラー表示を行う液晶表示装置については記載されていない。そして、上記複合化液晶表示装置では、カラー表示を行う場合に上述のような高階調表示を実際に行うことは難しい。

すなわち、上記特許文献１に開示されている複合化液晶表示装置では、貼り合わされる２枚のＬＣＤパネルに同一の表示信号を入力するようになっている。この場合、貼り合わされる２枚のＬＣＤパネルがカラーパネルであると、パネルの法線方向に対して斜めに進む表示光は、同一色に対応しない２つの画素を通過することがあり、このような表示光においては色ずれが生じるためである。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２枚の液晶パネルを重ねてなる液晶表示装置において、カラー表示と高階調表示とを両立できる液晶表示装置を実現することにある。

本発明に係る液晶表示装置は、上記目的を達成するために、液晶パネルを２枚以上重ね合わせ、偏光吸収層が液晶パネルを挟んでクロスニコルの関係に設けられ、該液晶パネルのそれぞれが映像ソースに基づいた画像を出力する液晶表示装置の駆動方法であって、重ね合わせた液晶パネルのうち、一方の液晶パネルを輝度調整を行う第１のパネルとし、他方の液晶パネルを色表示を行う第２のパネルとするとき、上記第１のパネルおよび第２のパネルに出力される表示信号におけるγ値が映像ソースの階調に応じて切り替えられることを特徴としている。

上記の構成によれば、各偏光吸収層は、隣接する液晶パネルの偏光吸収層との間でクロスニコルの関係にあることで、例えば、正面方向においては、偏光吸収層の透過軸方向の漏れ光が次の偏光吸収層の吸収軸により漏れ光をカットすることが可能となる。また、斜め方向においては、隣接する偏光吸収層の偏光軸の交差角であるニコル角が崩れても、光漏れによる光量の増加が見られない。つまり、斜め視角でのニコル角の拡がりに対して黒が浮きにくくなる。

以上のことから、２枚以上の液晶パネルを重ね合わせた場合、少なくとも、偏光吸収層は３層備えていることになる。つまり、偏光吸収層を３層構成にし、それぞれをクロスニコルに配置することで、正面・斜め方向ともにシャッター性能の大幅な向上を図ることが可能となる。これにより、コントラストを大幅に向上させることができる。

しかも、重ね合わせた液晶パネルのうち、一方の液晶パネルを輝度調整を行う第１のパネルとし、他方の液晶パネルを色表示を行う第２のパネルとするとき、上記第１のパネルおよび第２のパネルに出力される表示信号におけるγ値が映像ソースの階調に応じて切り替えられる。

例えば、上記第１のパネルは、低階調側では相対的にγ値が小さく、高階調側では相対的にγ値が大きい逆Ｓ字の階調輝度特性をとり、第２のパネルは逆に低階調側では大きく、高階調側では小さいＳ字の階調輝度特性に設定される。そしてそれぞれのパネルにおけるγ値は、適切に定められたＸ階調、例えば２２４階調前後で切り替わる。表示輝度が大きい場合、第１のパネルのＸ階調付近の輝度は高めに設定される。例えば、最大入力階調が６４の場合、第１のパネルのγ変更テーブルは６４を２２０などのＸ近傍に設定する。

第２のパネルは、第１のパネルの階調輝度特性に応じて所望のγカーブたとえば２．２になるように設定される。そのとき、Ｘ階調より上を必要とする階調は十分な輝度分解能が得られないが、設定の趣旨から考えてそのような階調はほとんど発生しないし、誤差が合っても許容される。言い換えれば、全体が暗いときに局部的に発生している高輝度階調は輝いているために、小さな誤差を認識できない。

逆に、最大入力階調が大きい場合、Ｘ階調の輝度もほぼ最大に設定される。たとえば２２４階調が２４８階調に設定されるような、より明るい階調輝度特性が選択され、所望の輝度となるように第２のパネルの階調輝度特性も補正される。

すなわち、第１のパネルの階調輝度特性を表示輝度に合わせてダイナミックに変更することによって、第２のパネルは様々な輝度レベルに対して十分な階調分解能を実現することができる。

本発明の実施形態を示すものであり、液晶表示装置の要部構成を示すブロック図である。 液晶パネル１枚の液晶表示装置の概略断面図である。 図２に示す液晶法事装置における偏光板とパネルとの配置関係を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、コントラスト向上の原理を説明する図である。 （ａ）〜（ｄ）は、コントラスト向上の原理を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、コントラスト向上の原理を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は、コントラスト向上の原理を説明する図である。 （ａ）〜（ｃ）は、コントラスト向上の原理を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は、コントラスト向上の原理を説明する図である。 （ａ）（ｂ）は、コントラスト向上の原理を説明する図である。 液晶パネル２枚の液晶表示装置の概略断面図である。 図１１に示す液晶表示装置における偏光板とパネルとの配置関係を示す図である。 図１１に示す液晶表示装置の画素電極近傍の平面図である。 図１１に示す液晶表示装置を駆動する駆動システムの概略構成図である。 図１１に示す液晶表示装置のドライバとパネル駆動回路との接続関係を示す図である。 図１１に示す液晶表示装置が備えているバックライトの概略構成図である。 図１１に示す液晶表示装置を駆動する駆動回路である表示コントローラのブロック図である。 液晶パネル２枚を重ねて液晶表示装置において色ずれの発生原理を示す図である。 （ａ）（ｂ）は、第１のパネルおよび第２のパネルにおいて準備される複数のγカーブを示す図である。 （ａ）（ｂ）は、第１のパネルおよび第２のパネルにおいて準備される複数のγカーブを示す図である。 本発明の液晶表示装置を備えたテレビジョン受信機の概略ブロック図である。 図２１に示すテレビジョン受信機におけるチューナ部と液晶表示装置との関係を示すブロック図である。 図２１に示すテレビジョン受信機の分解斜視図である。

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。

まず、一般的な液晶表示装置は、図２に示すように、カラーフィルタおよび駆動用基板を備えた液晶パネルに偏光板Ａ、Ｂを貼り合せて構成される。ここではＭＶＡ（Multidomain Vertical Alignment）方式について説明する。

偏光板Ａ、Ｂは、図３に示すように、偏光軸が直行しており、画素電極８に閾値電圧を印加した場合に液晶が傾いて配向する方向は、偏光板Ａ，Ｂの偏光軸と方位角４５度に設定してある。このとき、偏光板Ａを通った入射偏光が液晶層を通るときに、偏光軸が回転するため、偏光板Ｂから光が出射される。また、画素電極に閾値電圧以下の電圧しか印加されない場合は、液晶は基板に対して垂直に配向しており、入射偏光の偏向角の変化しないため、黒表示となる。ＭＶＡ方式では、電圧印加時の液晶の倒れる方向を４つに分割（Multidomain）することによって、高視野角を実現している。

しかしながら、２枚偏光板構成の場合には、コントラストの向上に限界があった。そこで、本願発明者らは、液晶表示パネル２枚に対して、偏光板３枚構成（それぞれをクロスニコルに設置）とすることで、正面・斜め方向ともにシャッター性能が向上することを見出した。

コントラスト改善の原理について以下に説明する。

具体的には、
（１）正面方向について
パネル内の偏光解消（ＣＦ等の散乱）により、クロスニコルの透過軸方向から漏れ光が発生していたが、上記の偏光板三枚構成にすることで、二枚目の偏光板の透過軸方向漏れ光に対し、三枚目の偏光板吸収軸を一致させて漏れ光をカットすることができることを見出した。

（２）斜め方向について
偏光板ニコル角φの崩れに対し、漏れ光量変化が鈍感になること、すなわち、斜め視角でのニコル角φの広がりに対して黒が浮きにくいことを見出した。

以上のことから、液晶表示装置においてコントラストが大幅に向上することを見出した。以下において、コントラスト向上の原理について、図４〜図１０および表１を参照しながら以下に説明する。ここでは、二枚偏光板構成を構成（１）、三枚偏光板構成を構成（２）として説明する。斜め方向のコントラスト向上は、本質的には偏光板の構成が要因となっているため、ここでは液晶パネルを用いずに、偏光板のみによってモデル化して説明している。

図４（ａ）は、構成（１）において、一枚の液晶表示パネルがある場合を想定しており、二枚の偏光板１０１ａ・１０１ｂがクロスニコルに配置された例を示し、図４（ｂ）は、構成（２）において、三枚の偏光板１０１ａ・１０１ｂ・１０１ｃが互いにクロスニコルに配置された例を示す図である。つまり、構成（２）では、液晶表示パネルが二枚である場合を想定しているので、クロスニコルに配置されている偏光板は２対となる。図４（ｃ）は、対向する偏光板１０１ａと偏光板１０１ｂとをクロスニコルに配置し、それぞれの偏光板の外側に偏光方向が同じ偏光板１０１ａ・１０１ｂを重ね合わせた例を示す図である。なお、図４（ｃ）では、四枚の偏光板の構成を示しているが、クロスニコルの関係にある偏光板は１枚の液晶表示パネルを挟持する場合を想定している１対となる。

液晶表示パネルが黒表示をする場合の透過率を、液晶パネルが無い場合の偏光板をクロスニコル配置したときの透過率すなわちクロス透過率としてモデル化し黒表示と呼ぶことにし、液晶表示パネルが白表示をする場合の透過率を、液晶パネルが無い場合の偏光板をパラレルニコル配置したときの透過率すなわちパラレル透過率としてモデル化し白表示と呼ぶことにしたとき、偏光板を正面からみたときの透過スペクトルの波長と透過率の関係と、偏光板を斜めからみたときの透過スペクトルの波長と透過率の関係とを示した例が、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示すグラフである。なお、上記モデル化した透過率は偏光板をクロスニコル配置し液晶パネルを狭持する方式の、白表示、黒表示の透過率の理想値にあたるものである。

図５（ａ）は、偏光板を正面からみたときの透過スペクトルの波長とクロス透過率との関係を、上記の構成（１）と構成（２）とで比較した場合のグラフである。このグラフから、黒表示の正面での透過率特性は、構成（１）と構成（２）とは似た傾向にあることが分かる。

図５（ｂ）は、偏光板を正面からみたときの透過スペクトルの波長とパラレル透過率の関係を、上記の構成（１）と構成（２）とで比較した場合のグラフである。このグラフから、白表示の正面での透過率特性は、構成（１）と構成（２）とは似た傾向にあることが分かる。

図５（ｃ）は、偏光板を斜め（方位角４５°−極角６０°）からみたときの透過スペクトルの波長とクロス透過率の関係を、上記の構成（１）と構成（２）とで比較した場合のグラフである。このグラフから、黒表示の斜めでの透過率特性は、構成（２）では、ほとんどの波長域で透過率がほぼ０を示し、構成（１）では、ほとんどの波長域で若干の光の透過が見られることが分かる。つまり、偏光板二枚構成では、黒表示時に斜め視野角で光もれ（黒の締まりの悪化）が生じていることが分かり、逆に、偏光板三枚構成では、黒表示時に斜め視野角で光もれ（黒の締まりの悪化）が抑えられていることが分かる。

図５（ｄ）は、偏光板を斜め（方位角４５°−極角６０°）からみたときの透過スペクトルの波長とパラレル透過率の関係を、上記の構成（１）と構成（２）とで比較した場合のグラフである。このグラフから、白表示の斜めでの透過率特性は、構成（１）と構成（２）とで似た傾向にあることが分かる。

以上のことから、白表示時では、図５（ｂ）、図５（ｄ）に示すように、偏光板の枚数、すなわち偏光板のニコルクロス対の数による差はほとんどなく、正面であっても斜めであってもほとんど同じ透過率特性を示すことが分かる。

しかしながら、黒表示時では、図５（ｃ）に示すように、クロスニコル対が１の構成（１）の場合では、斜め視野角で黒の締まりの悪化が生じ、クロスニコル対が２の構成（２）の場合では、斜め視野角での黒の締まりの悪化を抑えていることが分かる。

例えば、透過スペクトルの波長が５５０ｎｍのときの、正面、斜めのからみたときの透過率の関係は、以下の表１に示すようになる。

ここで、表１において、パラレルとは、パラレル透過率を示し、白表示時の透過率を示す。また、クロスとは、クロス透過率を示し、黒表示時の透過率を示す。従って、パラレル／クロスは、コントラストを示す。

表１から、構成（２）における正面のコントラストは、構成（１）に対して約２倍となり、構成（２）における斜めのコントラストは、構成（１）に対して約２２倍となり、斜めのコントラストが大幅に向上していることが分かる。

また、白表示時と黒表示時とにおける視野角特性について、図６（ａ）〜図６（ｃ）を参照しながら以下に説明する。ここでは、偏光板に対する方位角が４５°で、透過スペクトルの波長が５５０ｎｍの場合について説明する。

図６（ａ）は、白表示時の極角と透過率との関係を示すグラフである。このグラフから、構成（２）の方が構成（１）の場合よりも透過率が全体的に低くなっているが、この場合の視野角特性（パラレル視野角特性）は構成（２）と構成（１）とでは似た傾向にあることが分かる。

図６（ｂ）は、黒表示時の極角と透過率との関係を示すグラフである。このグラフから、構成（２）の場合、斜め視野角（極角±８０°付近）での透過率を抑えていることが分かる。逆に、構成（１）の場合、斜め視野角での透過率が上がっていることが分かる。つまり、構成（１）の方が、構成（２）の場合に比べて、斜め視野角における黒の締まりの悪化が顕著であることを示している。

図６（ｃ）は、極角とコントラストとの関係を示したグラフである。このグラフから、構成（２）の方が構成（１）の場合よりもコントラストが格段によくなっていることが分かる。なお、図６（ｃ）の構成（２）の０度付近が平坦となっているのは、黒の透過率が小さいため桁落ちして計算が出来ないためであり、実際は滑らかな曲線となる。

次に、偏光板ニコル角φの崩れに対し、漏れ光量変化が鈍感になること、すなわち、斜め視角でのニコル角φの広がりに対して黒の締まりの悪化が生じにくくなることについて、図７（ａ）（ｂ）を参照しながら以下に説明する。ここで、偏光板ニコル角φとは、図７（ａ）に示すように、対向する偏光板の偏光軸同士がねじれの関係にある状態での角度をいう。図７（ａ）は偏光板をクロスニコル配置したものを斜視したものであり、ニコル角φが９０°から変化している（上記ニコル角の崩れに対応）。

図７（ｂ）は、ニコル角φとクロス透過率との関係を示すグラフである。理想的な偏光子（パラレルニコル透過率５０％、クロスニコル透過率０％）を用いて計算している。このグラフから、黒表示時において、ニコル角φの変化に対する透過率の変化の度合いは、構成（２）の方が構成（１）の場合よりも少ないことが分かる。つまり、偏光板三枚構成の方が、偏光板二枚構成よりもニコル角φの変化の影響を受け難いことが分かる。

次に、偏光板の厚み依存性について、図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照しながら以下に説明する。ここでは、偏光板の厚み調整は、図４（ｃ）に示すように、１対のクロスニコル配置された偏光板に対して、１枚ずつ同じ偏光軸の偏光板を重ね合わせた構成（３）のようにすることで行う。図４（ｃ）では、１対のクロスニコル配置された偏光板１０１ａ・１０１ｂのそれぞれに対して、同じ偏光方向の偏光軸を有する偏光板１０１ａ・１０１ｂをそれぞれ重ね合わせた例を示している。この場合、１対のクロスニコル配置された偏光板二枚の他に、二枚の偏光板を有した構成となっているので、クロス一対−２とする。同様に、重ね合わせる偏光板が増えれば、クロス一対−３、−４、…とする。

図８（ａ）は、黒表示時において、１対のクロスニコル配置された偏光板の偏光板厚みと透過率（クロス透過率）との関係を示すグラフである。なお、このグラフには、比較のために、２対のクロスニコル配置された偏光板を有する場合の透過率を示している。

図８（ｂ）は、白表示時において、１対のクロスニコルに配置された偏光板の厚みと透過率（パラレル透過率）との関係を示すグラフである。なお、このグラフには、比較のために、２対のクロスニコル配置された偏光板を有する場合の透過率を示している。

図８（ａ）に示すグラフから、偏光板を重ね合わせれば、黒表示時の透過率を小さくすることができることが分かるが、図８（ｂ）に示すグラフから、偏光板を重ね合わせれば、白表示時の透過率が小さくなることが分かる。つまり、黒表示時の黒の締まりの悪化を抑えるために、偏光板を重ねただけでは、白表示時の透過率が低下することになる。

また、１対のクロスニコルに配置された偏光板の厚みとコントラストとの関係を示すグラフは、図８（ｃ）に示すようになる。なお、このグラフには、比較のために、２対のクロスニコル配置された偏光板を有する場合のコントラストを示している。

以上、図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すグラフから、２対のクロスニコル配置された偏光板の構成であれば、黒表示時の黒の締まりの悪化を抑え、且つ白表示時の透過率の低下を防ぐことができることが分かる。しかも、２対のクロスニコル配置された偏光板は、合計３枚の偏光板からなっているので、液晶表示装置全体の厚みを厚くすることもなく、さらに、コントラストも大幅に向上できることが分かる。

クロスニコル透過率の視野角特性を具体的に示したものとして、図９（ａ）（ｂ）がある。図９（ａ）は、構成（１）の場合、すなわち、クロスニコル一対の偏光板２枚構成のクロスニコル視野角特性を示す図であり、図９（ｂ）は、構成（２）の場合、すなわちクロスニコル二対の偏光板３枚構成のクロスニコル視野角特性を示す図である。

図９（ａ）（ｂ）に示す図から、クロスニコル二対の構成では、黒の締まりの悪化（黒表示時の透過率の上昇に相当）がほとんど見られないことがわかる。（特に４５°、１３５°、２２５°、３１５°方向）
また、コントラスト視野角特性（パラレル／クロス輝度）を具体的に示したものとして、図１０（ａ）（ｂ）がある。図１０（ａ）は、構成（１）の場合、すなわち、クロスニコル一対の偏光板２枚構成のコントラスト視野角特性を示す図であり、図１０（ｂ）は、構成（２）の場合、すなわちクロスニコル二対の偏光板３枚構成のコントラスト視野角特性を示す図である。

図１０（ａ）（ｂ）に示す図から、クロスニコル二対の構成では、クロスニコル一対の構成よりもコントラストが向上していることが分かる。

ここで、上述したコントラスト向上の原理を利用した液晶表示装置について、図２、図３、図１１〜図１７を参照しながら以下に説明する。

図１１は、本実施の形態に係る液晶表示装置１００の概略断面を示す図である。

上記液晶表示装置１００は、図１１に示すように、第１のパネルと第２のパネルと偏光板Ａ、Ｂ、Ｃを交互に貼り合せて構成されている。

図１２は、図１１に示す液晶表示装置１００における偏光板と液晶パネルと配置を示した図である。図１２では、偏光板ＡとＢ、偏光板ＢとＣはそれぞれ偏光軸が直行して構成される。すなわち、偏光板ＡとＢ、偏光板ＢとＣは、それぞれクロスニコルに配置されている。

第１のパネルおよび第２のパネルは、それぞれ１対の透明基板（カラーフィルタ基板２０とアクティブマトリクス基板３０）間に液晶を封入してなり、電気的に液晶の配向を変化させることによって、光源から偏光板Ａに入射した偏光を約９０度回転させる状態と、偏光を回転させない状態と、その中間状態とを任意に変化させる手段を備える。

また、第１のパネルおよび第２のパネルは、それぞれカラーフィルタを備え、複数の画素により画像を表示できる機能を有している。このような機能を有する表示方式は、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、ＩＰＳ（In Plain Switching）方式、ＦＦＳ方式（Fringe Field Switching）方式またはそれぞれの組み合わせによる方法があるが、単独でも高いコントラストを有するＶＡ方式が適しており、ここではＭＶＡ（Multidomain Vertical Alignment）方式を用いて説明するが、ＩＰＳ方式、ＦＦＳ方式もノーマリーブラック方式であるため、十分な効果がある。駆動方式はＴＦＴ（Thin Film Transistor）によるアクティブマトリックス駆動を用いる。ＭＶＡの製造方法についての詳細は、特開２００１−８３５２３などに開示されている。

上記液晶表示装置１００における第１および第２のパネルは、同じ構造であり、上述のように、それぞれ互いに対向するカラーフィルタ基板２０とアクティブマトリクス基板３０とを有し、プラスチックビーズや、カラーフィルタ基板２０上などに設けた柱状樹脂構造物をスペーサ（図示せず）として用い基板間隔を一定に保持した構造となっている。１対の基板（カラーフィルタ基板２０とアクティブマトリクス基板３０）間に液晶を封入し、各基板の液晶に接する表面には垂直配向膜２５が形成されている。液晶は、負の誘電率異方性を有するネマティック液晶を使用する。

カラーフィルタ基板２０は、透明基板１０上にカラーフィルタ２１、ブラックマトリクス２４等が形成されたものである。

アクティブマトリクス基板３０は、図１３に示すように、透明基板１０上に、ＴＦＴ素子３、画素電極８等が形成され、さらに、液晶の配向方向を規定する配向制御用の突起２２およびスリットパターン１１を有する。画素電極８に閾値以上の電圧が印加された場合、液晶分子は突起２２およびスリットパターン１１に対して垂直な方向に倒れる。本実施の形態では、偏光板の偏光軸に対して方位角４５度方向に液晶が配向するように、突起２２およびスリットパターン１１を形成している。

以上のように、第１のパネルと第２のパネルとは、それぞれのカラーフィルタ２１の赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の画素がそれぞれ鉛直方向から見た位置が一致するように構成されている。具体的には、第１のパネルのＲ画素は、第２のパネルのＲ画素に、第１のパネルのＧ画素は第２のパネルのＧ画素に、第１のパネルのＢ画素は、第２のパネルのＢ画素に、それぞれ鉛直方向から見た位置が一致するように構成されている。

上記構成の液晶表示装置１００の駆動システムの概略を、図１４に示す。

上記駆動システムは、液晶表示装置１００に映像を表示するために必要な表示コントローラを有している。

上記表示コントローラは、第１のパネル、第２のパネルを所定の信号でそれぞれ駆動する第１、第２のパネル駆動回路（１）（２）を有する。さらに、第１、第２のパネル駆動回路（１）（２）に、映像ソース信号を分配する信号分配回路部を有している。

従って、表示コントローラは、液晶表示装置１００に適切な画像を表示できるよう信号を各パネルに送るようになっている。

上記表示コントローラは、与えられた映像信号からパネルに適切な電気信号を送るための装置であり、ドライバ、回路基板、パネル駆動回路などで構成される。

上記の第１、第２のパネルと、それぞれのパネル駆動回路との接続関係を、図１５に示す。図１５では、偏光板を省略している。

上記第１のパネル駆動回路（１）は、ドライバ（ＴＣＰ）（１）を介して第１のパネルの回路基板（１）に設けられた端子（１）に接続されている。すなわち、第１のパネルにドライバ（ＴＣＰ）（１）を接続し、回路基板（１）で連結し、パネル駆動回路（１）に接続している。

なお、第２のパネルにおける第２のパネル駆動回路（２）の接続も上記の第１のパネルと同じであるので、その説明を省略する。

次に、上記構成の液晶表示装置１００の動作について説明する。

上記第１のパネルの画素は、表示信号に基づいて駆動され、該第１のパネルの画素とパネルの鉛直方向から見た位置が一致する対応する第２のパネルの画素は、第１のパネルに対応して駆動される。偏光板Ａと第１のパネルと偏光板Ｂとで構成される部分（構成部１）が透過状態の場合は、偏光板Ｂと第２のパネルと偏光板Ｃにより構成される部分（構成部２）も透過状態となり、構成部１が非透過状態の時は構成部２も非透過状態となるよう駆動される。

ここで、上記アクティブマトリクス基板３０およびカラーフィルタ基板２０の製造方法について説明する。

はじめに、アクティブマトリクス基板３０の製造方法について説明する。

まず、透明基板１０上に、図１３に示すように、走査信号用配線（ゲート配線またはゲートバスライン）１と補助容量配線２とを形成するためにスパッタリングによりＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ積層膜などの金属を成膜し、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成、塩素系ガスなどのエッチングガスを用いてドライエッチングし、レジストを剥離する。これにより、透明基板１０上に、走査信号用配線１と補助容量配線２とが同時に形成される。

その後、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）などからなるゲート絶縁膜、アモルファスシリコン等からなる活性半導体層、リンなどをドープしたアモルファスシリコン等からなる低抵抗半導体層をＣＶＤにて成膜、その後、データ信号用配線（ソース配線またはソースバスライン）４、ドレイン引き出し配線５、補助容量形成用電極６を形成するためにスパッタリングによりＡｌ／Ｔｉなどの金属を成膜し、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成、塩素系ガスなどのエッチングガスを用いてドライエッチングし、レジストを剥離する。これにより、データ信号用配線４、ドレイン引き出し配線５、補助容量形成用電極６が同時に形成される。

なお、補助容量は補助容量配線２と補助容量形成用電極６の間に約４０００Åのゲート絶縁膜をはさんで形成されている。

その後、ソースドレイン分離のために低抵抗半導体層を塩素ガスなどを用いてドライエッチングしＴＦＴ素子３を形成する。

次に、アクリル系感光性樹脂などからなる層間絶縁膜７をスピンコートにより塗布し、ドレイン引き出し配線５と画素電極８を電気的にコンタクトするためのコンタクトホール（図示せず）をフォトリソグラフィ−法で形成する。層間絶縁膜７の膜厚は、約３μｍである。

さらに、画素電極８、および垂直配向膜（図示せず）をこの順に形成して構成される。

なお、本実施形態は、上述したように、ＭＶＡ型液晶表示装置であり、ＩＴＯなどからなる画素電極８にスリットパターン１１が設けられている。具体的には、スパッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成、塩化第二鉄などのエッチング液によりエッチングし、図１３に示すような画素電極パターンを得る。

以上により、アクティブマトリクス基板３０を得る。

なお、図１３に示す符号１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆは、画素電極８に形成されたスリットを示す。このスリットにおける電気的接続部分では配向が乱れ配向異常が発生する。ただし、スリット１２ａ〜１２ｄについては、配向異常に加えて、ゲート配線に供給される電圧が、ＴＦＴ素子３をオン状態に動作させるために供給されるプラス電位が印加される時間が通常μ秒オーダーであり、ＴＦＴ素子３をオフ状態に動作させるために供給されるマイナス電位が印加される時間が通常ｍ秒オーダーであるため、マイナス電位が印加される時間が支配的である。このため、スリット１２ａ〜１２ｄをゲート配線上に位置させるとゲートマイナスＤＣ印加成分により液晶中に含まれる不純物イオンが集まるため、表示ムラとして視認される場合がある。よって、スリット１２ａ〜１２ｄはゲート配線と平面的に重ならない領域に設ける必要があるため、図１３に示すように、ブラックマトリクス２４で隠すほうが望ましい。

続いて、カラーフィルタ基板２０の製造方法について説明する。

上記カラーフィルタ基板２０は、透明基板１０上に、３原色（赤、緑、青）のカラーフィルタ２１およびブラックマトリクス（ＢＭ）２４などからなるカラーフィルタ層、対向電極２３、垂直配向膜２５、および配向制御用の突起２２を有する。

まず、透明基板１０上に、スピンコートによりカーボンの微粒子を分散したネガ型のアクリル系感光性樹脂液を塗布した後、乾燥を行い、黒色感光性樹脂層を形成する。続いて、フォトマスクを介して黒色感光性樹脂層を露光した後、現像を行って、ブラックマトリクス（ＢＭ）２４を形成する。このとき第１着色層（例えば赤色層）、第２着色層（例えば緑色層）、および第３着色層（例えば青色層）が形成される領域に、それぞれ第１着色層用の開口部、第２着色層用の開口部、第３着色層用の開口部（それぞれの開口部は各画素電極に対応）が形成されるようにＢＭを形成する。より具体的には、図１３に示すように、画素電極８に形成されたスリット１２ａ〜１２ｆにおける電気的接続部分のスリット１２ａ〜１２ｄに生じる配向異常領域を遮光するＢＭパターンを島状に形成し、また、ＴＦＴ素子３に外光が入射することにより光励起されるリーク電流の増加を防ぐためにＴＦＴ素子３上に遮光部（ＢＭ）を形成する。

次に、スピンコートにより顔料を分散したネガ型のアクリル系感光性樹脂液を塗布した後、乾燥を行い、フォトマスクを用いて露光および現像を行い赤色層を形成する。

その後、第２色層用（例えば緑色層）、および第３色層用（例えば青色層）についても同様に形成し、カラーフィルタ２１が完成する。

さらに、ＩＴＯなどの透明電極からなる対向電極２３をスパッタリングにより形成し、その後、スピンコートによりポジ型のフェノールノボラック系感光性樹脂液を塗布した後、乾燥を行い、フォトマスクを用いて露光および現像を行い垂直配向制御用の突起２２を形成する。

以上により、カラーフィルタ基板２０が形成される。

また、本実施形態では樹脂からなるＢＭの場合を示したが、金属からなるＢＭでも構わない。また、３原色の着色層は、赤、緑、青、に限られることはなく、シアン、マゼンタ、イエローなどの着色層があってもよく、またホワイト層が含まれていても良い。

上述のように製造されたカラーフィルタ基板２０とアクティブマトリクス基板３０とで液晶パネル（第１のパネル、第２のパネル）を製造する方法について以下に説明する。

まず、上記カラーフィルタ基板２０およびアクティブマトリクス基板３０の、液晶と接する面に、垂直配向膜２５を形成する。具体的には、配向膜塗布前に脱ガス処理として焼成を行いその後、基板洗浄、配向膜塗布行う。配向膜塗布後には配向膜焼成を行う。配向膜塗布後洗浄を行った後、脱ガス処理としてさらに焼成を行う。垂直配向膜２５は液晶２６の配向方向を規定する。

次に、アクティブマトリクス基板３０とカラーフィルタ基板２０との間に液晶を封入する方法について説明する。

液晶の封入方法については、たとえば熱硬化型シール樹脂を基板周辺に一部液晶注入のため注入口を設け、真空で注入口を液晶に浸し、大気開放することによって液晶を注入し、その後ＵＶ硬化樹脂などで注入口を封止する、真空注入法などの方法で行ってもよい。しかしながら、垂直配向の液晶パネルでは、水平配向パネルに比べ注入時間が非常に長くなる欠点がある。ここでは液晶滴下貼り合せ法による説明を行う。

アクティブマトリクス基板側の周囲にＵＶ硬化型シール樹脂を塗布し、カラーフィルタ基板に滴下法により液晶の滴下を行う。液晶滴下法により液晶によって所望のセルギャップとなるよう最適な液晶量をシールの内側部分に規則的に滴下する。

さらに、上記のようにシール描画および液晶滴下を行ったカラーフィルタ基板とアクティブマトリクス基板を貼合せるため、貼り合わせ装置内の雰囲気を１Ｐａまで減圧を行い、この減圧下において基板の貼合せを行った後、雰囲気を大気圧にしてシール部分が押しつぶされ、所望のシール部のギャップが得られる。

次に、シール部分の所望のセルギャップを得た構造体について、ＵＶ硬化装置にてＵＶ照射を行いシール樹脂の仮硬化を行う。さらに、シール樹脂の最終硬化を行う為にベークを行う。この時点でシール樹脂の内側に液晶が行き渡り液晶がセル内に充填された状態に至る。ベーク完了後に構造体を液晶パネル単位に分断することで液晶パネルが完成する。

本実施の形態では、第１のパネルも第２のパネルも同一のプロセスで製造される。

続いて、上述の製造方法により製造された第１のパネルと第２のパネルとの実装方法について説明する。

ここでは、第１のパネルおよび第２のパネルを洗浄後、それぞれのパネルに偏光板を貼り付ける。具体的には、図１４に示すように、第１のパネルの表面および裏面にそれぞれ偏光板ＡおよびＢを貼り付ける。また、第２のパネルの裏面に偏光板Ｃを貼り付ける。なお、偏光板には必要に応じて、光学補償シート等を積層してもよい。

次に、ドライバ（液晶駆動用ＬＳＩ）を接続する。ここでは、ドライバをＴＣＰ（Tape Career Package）方式による接続について説明する。

例えば、図１５に示すように、第１のパネルの端子部（１）にＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）を仮圧着後、ドライバが乗せられたＴＣＰ（１）を、キャリアテープから打ち抜き、パネル端子電極に位置合せし、加熱、本圧着する。その後、ドライバＴＣＰ（１）同士を連結するための回路基板（１）とＴＣＰ（１）の入力端子（１）をＡＣＦで接続する。

次に、２枚のパネルを貼り合せる。偏光板Ｂは両面に粘着層を供えている。第２のパネルの表面を洗浄し、第１のパネルに貼り付けられた偏光板Ｂの粘着層のラミネートをはがし、精密に位置合せし、第１のパネルおよび第２のパネルを貼り合せる。このとき、パネルと粘着層の間に気泡が残る場合があるので、真空下で貼り合せることが望ましい。

また、別の貼り合せ方法としては、常温またはパネルの耐熱温度以下で硬化する接着剤たとえばエポキシ接着剤などをパネルの周辺部に塗布し、プラスチックスペーサを散布し、たとえばフッ素油などを封入しても良い。光学的に等方性で、ガラス基板と同程度の屈折率を持ち、液晶と同程度の安定性な液体が望ましい。

なお、本実施形態では、図１４および図１５に記載されているように、第１のパネルの端子面と第２のパネルの端子面が同じ位置にあるような場合にも適用できる。また、パネルに対する端子の方向や貼り合せ方法は特に限定するものではない。たとえば接着によらず機械的な固定方法でもよい。

その後、バックライトと呼ばれる照明装置と一体化することで、液晶表示装置１００となる。

ここで、本願発明に好適な照明装置の具体例について、以下に説明する。但し、本発明は、以下にあげる照明装置の形態に限られるものではなく適宜変更可能である。

本発明の液晶表示装置１００は表示原理により、従来のパネルより多くの光の量を提供する能力がバックライトには求められる。しかも、波長領域でも短波長の吸収がより顕著になるので照明装置側にはより波長の短い青い光源を用いる必要性がある。これらの条件を満たす照明装置の一例を図１６に示す。

本発明における液晶表示装置１００では、従来と同様の輝度を出すために、今回は熱陰極ランプを使用する。熱陰極ランプは、一般的仕様で用いられている冷陰極ランプより光の量が６倍程度出力できることを特徴とする。

標準的液晶表示装置として対角３７インチＷＸＧＡを例にあげると、外径φ１５ｍｍのランプを１８本をアルミニウムで出来たハウジングの上に配置する。本ハウジングにはランプから背面方向に出射された光を効率よく利用するために、発泡樹脂を用いた白色反射シートを配置する。本ランプの駆動電源は該ハウジングの背面に配置され、家庭用電源から供給される電力でランプの駆動を行う。

次に、本ハウジングにランプを複数並べる直下型バックライトにおいてランプイメージを消すために乳白色の樹脂板が必要になる。今回は２ｍｍ厚の、吸湿反り及び熱変形に強いポリカーボネイトをベースにした板部材をランプ上のハウジングに配置し、さらにその上面に所定の光学効果を得るための光学シート類、具体的には今回は下から拡散シート、レンズシート、レンズシート、偏光反射シートを配置する。本仕様により一般的な、冷陰極ランプφ４ｍｍの１８灯、拡散シート２枚と偏光反射シートの仕様に対して１０倍程度のバックライト輝度を得ることが可能になる。それにより、本発明の３７インチの液晶表示装置は、４００ｃｄ／ｍ^２程度の輝度を得ることが可能となる。

ただし、本バックライトの発熱量は従来のものの５倍にいたるためバックシャーシの背面には空気への放熱を促すフィンと、空気の流れを強制的に行うファンを設置する。

本照明装置の機構部材は、モジュール全体の主要機構部材をかねていて、本バックライトに前記実装済みパネルを配置し、パネル駆動回路や信号分配器を備えた液晶表示用コントローラ、光源用電源、場合によっては家庭用一般電源を取り付け、液晶モジュールが完成する。本バックライトに前記実装済みパネルを配置し、パネルを押える枠体を設置することで本発明の液晶表示装置となる。

本実施の形態では、熱陰極管を用いた直下方式の照明装置を示したが、用途の応じて、投射方式やエッジライト方式でも良く、光源は冷陰極管或いはＬＥＤ、ＯＥＬ、電子線蛍光管などを用いてもよく、光学シートなどの組み合わせにおいても適宜選択することが可能である。

さらに、他の実施形態として、液晶の垂直配向液晶分子の配向方向を制御する方法として、以上に説明した実施形態ではアクティブマトリクス基板の画素電極にスリットを設けカラーフィルタ基板側に配向制御用の突起を設けたが、それらが逆の場合でもよく、また、両基板の電極にスリットを持たせた構造や、両基板の電極表面に配向制御用の突起を設けたＭＶＡ型液晶パネルであっても構わない。

加えて、上記ＭＶＡ型ではなく、一対の配向膜によって規定されるプレチルト方向（配向処理方向）が互いに直交する垂直配向膜を用いる方法でも良い。また、液晶分子がツイスト配向となるＶＡモードであってもよく、ＶＡＴＮ（Vertical Alignment Twisted Nematic）モードと呼ばれることもある。ＶＡＴＮ方式は、配向制御用突起の部分での光漏れによるコントラストの低下が無いことから、本願発明においてはより好ましい。プレチルトは、光配向等により形成される。

ここで、上記構成の液晶表示装置１００の表示コントローラにおける駆動方法の具体例について、図１７を参照しながら以下に説明する。ここでは、入力８ｂｉｔ（２５６階調）、液晶ドライバ８ｂｉｔの場合について説明する。

表示コントローラ部のパネル駆動回路（１）において、入力信号（映像ソース）に対し、γ変換、オーバーシュートなどの駆動信号処理を行って第一のパネルのソースドライバ（ソース駆動手段）に対し８ｂｉｔ階調データを出力する。

一方、パネル駆動回路（２）において、γ変換、オーバーシュートなどの信号処理を行って第２のパネルのソースドライバ（ソース駆動手段）に対し８ｂｉｔ階調データを出力する。

第１のパネル、第２のパネルおよびその結果出力される出力画像は８ｂｉｔとなり、入力信号に対し１対１に対応し、入力画像に忠実な画像となる。

ここで、特開平５−８８１０７では、低階調から高階調に出力される場合、各々のパネルの階調の順序は必ずしも昇順とはならない。たとえば０、１、２、３、４、５、６・・・と輝度が上がって行く場合（第１パネルの階調，第2パネルの階調）と記述して行くと、（０，０）、（０，１）、（１，０）、（０，２）、（１，１）、（２，０）・・・となり、第１のパネルの階調は０、０、１、０、１、２の順、第２のパネルの階調は０、１、０、２、１、０となり単調増加しない。しかしながら、オーバーシュート駆動をはじめとする多くの液晶表示装置の信号処理は、補間計算を使用したアルゴリズムを用いるため、単調増加（または減少）する必要があり、上記のように単調でない場合すべての階調のデータをメモリに記憶する必要があるため、表示コントール回路およびＩＣの規模が増大しコストアップにつながる。

上記のように、第１のパネルと第２のパネルとを重ね合わせた場合、第二パネルから出力された光が、１００％完全に第一パネルの対応するドットに入射した場合は、各ドットの情報が失われること無く表示される。しかしながら実際には、２枚のパネルの間の距離は、例えばガラス基板、偏光板などが存在するため０ではなく、かつ、液晶表示装置の光源は完全平行光源ではない拡散光学系のため、第１のパネルと第２のパネルとの両方で色表示を行った場合、斜め視認方向における表示光では、周囲ドットの色が混ざり合って色ずれが生じる。

このため、第１のパネルと第２のパネルとを重ね合わせる本発明の液晶表示装置では、一方のパネルでのみ色表示を行い、他方のパネルは輝度調整のみを行うものとする。すなわち、色表示を行うパネルでは表示画像に応じてＲ，Ｇ，Ｂの各輝度を異ならせた信号が入力されるが、輝度調整のみを行うパネルでは全画素においてＲ＝Ｇ＝Ｂとなる信号が入力される。本実施形態にかかる液晶表示装置において、各パネルへの信号入力について説明すると以下の通りである。

先ず、重ね合わされた２枚のパネルに同一の画像信号を入力した場合の色ずれの問題を、図１８を参照して説明する。図１８では、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，１２８，０）の表示を行う場合を例示し、第１のパネルと第２のパネルとの両方に上記信号が入力されるとする。

図１８において図示される斜めからの視認画像を与える表示光Ｌ１〜Ｌ３のうち、第１のパネルのＲ画素を透過する光Ｌ１は、第２のパネルのＢ画素をも透過する。その結果、Ｌ１の光は、透過率の影響を受けて（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（０，０，０）の光となる。これは、上記Ｌ１にひかりは、第１のパネルのＲ画素および第２のパネルのＢ画素の両方の透過率の影響を受けるためである（透過率の低い方の画素の影響を受ける）。

同様に、Ｌ２の光は第１のパネルのＧ画素および第２のパネルのＲ画素を透過して（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，１２８，０）の光となり、Ｌ３の光は第１のパネルのＢ画素および第２のパネルのＧ画素を透過して（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（０，０，０）の光となる。すなわち、表示光Ｌ１〜Ｌ３からなる斜め視認画像では、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，１２８，０）となる本来の表示信号（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，１２８，０）からは色ずれの発生した画像となることが分かる。

一方、上記色ずれを回避するために、例えば、第１のパネルで輝度調整のみを行い、第２のパネルで色表示を行う場合を考える。すなわち、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，６４，０）の表示を行う場合において、第１のパネルには、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，１２８，１２８）の信号が入力され、第２のパネルに（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，６４，０）の信号が入力されるとする。ここでは、輝度調整を行う第１のパネルにおいて全ての画素に表示信号の各色成分の最大輝度を入力し、色表示を行う第２のパネルに表示信号を入力している。

上記入力信号を与えた場合の視認画像における表示輝度は、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（６４，３２，０）となる。すなわち、この表示輝度におけるＲ，Ｇ，Ｂの比率は、表示信号におけるＲ，Ｇ，Ｂの比率と同じく２：１：０であり、バックライトの輝度を調整すれば、表示信号に対応して表示輝度（１２８，６４，０）が得られると考えられる。但し、実際にはγ値を考慮しなければ、表示信号に適切に対応した表示画像を得ることはできない。これについて説明すると以下の通りである。

一般に、液晶パネルにおける表示階調と表示輝度との関係は比例関係に無く、Ｌを表示階調、Ｌｍａｘを最大表示階調（２５５）、Ｔを表示輝度、Ｔｍａｘを最大表示輝度とする場合、表示階調と表示輝度との関係は以下の式によって近似的に表現される。

Ｔ／Ｔｍａｘ＝（Ｌ／Ｌｍａｘ）＾γ
ここで、上式におけるγはγ値であり、γ値が２．２の場合に表示階調と表示輝度とが理想の関係を満たすことが知られている。

そして、本願発明のように２枚の液晶パネルを重ね合わせる構成では、それぞれのパネルにおけるγ値の合計が２．２となるようにする必要があるが、そのために第１のパネルおよび第２のパネルのそれぞれのγ値を１．１とした場合には以下の問題がある。

例えば、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，６４，０）の表示を行う場合において、上述したように、第１のパネルには（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，１２８，１２８）の信号を入力し、第２のパネルに（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，６４，０）の信号を入力するとする。このとき、（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（１２８，６４，０）の表示信号は、γ値が２．２の場合の表示を想定したものである。

一方、上記表示信号に対応して得られる表示輝度（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（６４，３２，０）では、Ｒ，Ｇ，Ｂの比率は表示信号と同じく２：１：０であるものの、この比率は色表示を行っている第２のパネルのみによって与えられるため、そのγ値は１．１に対応している。したがって、この場合、表示輝度におけるＲ，Ｇ，Ｂの比率と、表示信号におけるＲ，Ｇ，Ｂの比率と同じであったとしても、表示信号に適切に対応した表示画像は得られていないことになる。

上記問題を抑制する手法の一つとしては、色表示を行うパネル（上記例では第２のパネル）においてγ値を大きくとり、輝度調整を行うパネル（上記例では第１のパネル）においてγ値を小さくとることが考えられる。例えば、第２のパネルにおいてγ値を１．６と設定し、第１のパネルにおいてγ値を０．６と設定すれば、それぞれのパネルのγ値を１．１とする場合よりも、表示信号に近い輝度比の表示画像が得られることになる。もちろん、それぞれのパネルにおけるγ値の合計は２．２となるように設定される。

このように、色表示を行うパネルにおいてγ値を大きくとることで、表示信号に近い輝度比の表示画像を得られることができる。しかしながら、このことは同時に、輝度調整を行うパネルにおいてγ値を小さくとることになり、本質的な解答とはいえない。例えば、第１のパネルのγが０で最大輝度、第２のパネルのγが２．２であれば上記問題は生じないが、輝度が変化したときに十分な階調数を維持することや、高いコントラストなど本来の目的を損なっていることは明らかである。一方で、第２のパネルのγがより２．２に近い方がより自然な映像が得られることは間違いない。

このため、本実施の形態に係る液晶表示装置では、入力される表示信号に応じて、第１および第２のパネルにおけるγ値を切り替えるようにすることを特徴としている。

例えば、上記第１のパネルは、低階調側では相対的にγ値が小さく、高階調側では相対的にγ値が大きい逆Ｓ字の階調輝度特性をとり、第２のパネルは逆に低階調側では大きく、高階調側では小さいＳ字の階調輝度特性に設定される。そしてそれぞれのパネルにおけるγ値は、適切に定められたＸ階調、例えば２２４階調前後で切り替わる。表示輝度が大きい場合、第１のパネルのＸ階調付近の輝度は高めに設定される。例えば、最大入力階調が６４の場合、第１のパネルのγ変更テーブルは６４を２２０などのＸ近傍に設定する。

第２のパネルは、第１のパネルの階調輝度特性に応じて所望のγカーブたとえば２．２になるように設定される。そのとき、Ｘ階調より上を必要とする階調は十分な輝度分解能が得られないが、設定の趣旨から考えてそのような階調はほとんど発生しないし、誤差が合っても許容される。言い換えれば、全体が暗いときに局部的に発生している高輝度階調は輝いているために、小さな誤差を認識できない。

逆に、最大入力階調が大きい場合、Ｘ階調の輝度もほぼ最大に設定される。たとえば２２４階調が２４８階調に設定されるような、より明るい階調輝度特性が選択され、所望の輝度となるように第２のパネルの階調輝度特性も補正される。

このように、第１のパネルの階調輝度特性を表示輝度に合わせてダイナミックに変更することによって、第２のパネルは様々な輝度レベルに対して十分な階調分解能を実現することができる。

このようなγ値の切り替えは、ＬＵＴ（Look-Up Table）を用いた表示信号（階調信号）の変換にて行えば、ＬＵＴを切り替えることでγ値の変更が行える。

図１９（ａ）（ｂ）は、第１のパネルおよび第２のパネルのそれぞれにおいて複数のγカーブ（階調−輝度特性）を用意する場合を例示している。上記図１９（ａ）（ｂ）には、それぞれ(1)〜(5)の番号が付された５種類のγカーブが記載されているが、第１のパネルおよび第２のパネルにおいては、表示信号に応じて、一致する番号のγカーブの組が選択される。例えば、表示輝度が大きい場合は(1)のγカーブが選択され、表示輝度が小さい場合は(5)のγカーブが選択される。これらのγカーブの選択は、対応するＬＵＴを選択することで実行される。

ここで、上記説明における“Ｓ字”、“逆Ｓ字”について説明する。輝度レベルに応じて、第２のパネルが十分な階調分解能を実現することのみが本発明の目的である場合、例えば図１９（ａ）（ｂ）のような設定を用いてもよい。もしも、入力信号のダイナミックレンジが急激に変化しないと考え得る状況であれば、各γの設定は通常隣接する輝度レベルを十分にカバーしうる。

しかしながら本発明のもっとも多く適用される形態は、テレビ表示に関するものであり、突発的に平均からかけ離れた輝度が発生する状況は大いにあり得る。このとき図１９（ａ）（ｂ）の設定では、“特に暗い領域”と“特に明るい領域”、なかでも“特に明るい領域”において表示不能となっている。これに対応するために信号に応じて急激にγを切り替えるとブロック別れなどの弊害が観察されることがある。そこで、図２０（ａ）（ｂ）に示すように、第１のパネルにおけるγカーブを“逆Ｓ字”、第２のパネルにおけるγカーブを“Ｓ字”のように設定することで、表示困難な階調領域であっても表現可能となり、上記問題を低減することができる。

尚、図２０（ａ）に示されるＬＣＤ１用のγカーブは比較的大きく変化するが、図２０（ｂ）に示されるＬＣＤ２用のγカーブは基本的にはγ値が２に近いカーブを描くだけで実際には図示されているグラフほどには大きく変化しない。実際のシステムではＬＣＤ１のγカーブを決めて、その上でγ値が２．２になるようにＬＣＤ２のγカーブを調整するとよい。

次に、γカーブの選択を可能とする駆動信号処理アルゴリズムについて図１を参照して説明する。

先ず、入力信号（階調信号）は、サブブロック輝度確認部４０１において例えば８×８画素のサブブロック毎にその最大輝度が求められ、さらに最適インデックス生成部４０２においてその最大輝度に対応する最適インデックスが生成される。ここで、各ＬＵＴには表示輝度が大きい場合に最適となる順番にインデックス番号がふられており、最適インデックス生成とは、各サブブロックの表示輝度に最適なγカーブを選択することを意味する。

上記最適インデックスが生成されると、その最適インデックスは、比較生成部４０３において、１フレーム前において該サブブロックに対して設定されているインデックスと比較される。この１フレーム前のインデックスはインデックスメモリー４０４において記憶されている。最適インデックスが１フレーム前のインデックスよりも大きい場合は、インデックスメモリーにおいて記憶されているインデックスを最適インデックスに向けて１増加させる。逆に、最適インデックスが１フレーム前のインデックスよりも小さい場合は、インデックスメモリーにおいて記憶されているインデックスを最適インデックスに向けて１減少させる。すなわち、１フレーム前に設定されていた前フレームＬＵＴから上記最適ＬＵＴに近づく方向に設定されているＬＵＴであって、かつ前フレームＬＵＴに最も近いＬＵＴを選択する。

その後、書き換えられたインデックスメモリーに記憶されているインデックスに基づいて、第１のパネルＬＣＤ１および第２のパネルＬＣＤ２のＬＵＴ（ＬＣＤ１ＬＵＴおよびＬＣＤ２ＬＵＴ）が選択される。

一方、入力信号は映像ＬＵＴによってＬＣＤ１用信号およびＬＣＤ２用信号に変換される。このＬＣＤ１用信号およびＬＣＤ２用信号は、選択されたＬＣＤ１ＬＵＴおよびＬＣＤ２ＬＵＴのそれぞれに入力されて信号変換（γ補正）された後、ＬＣＤ１フィルターおよびＬＣＤ２フィルターを介してＬＣＤ１およびＬＣＤ２に入力される。ここで、ＬＣＤ１フィルターは、無色化のためのローパスフィルターを含む。また、ＬＣＤ２フィルターは、彩度強調のためのハイパスフィルターを含む。

ここで、彩度強調のためのハイパスフィルターを用いる理由は以下の通りである。すなわち、上述のように、組み合わされる２枚のパネルにおけるγ値の合計が２．２となるようにした場合、第２のパネルのγ値は２．２から低めにずらされる。このことによって、入力される表示信号の想定するγ値が２．２と異なり、色バランスが変化してしまうことは避けられない。従って、ＲＧＢ画素からなる絵素に於いて、Ｒ、Ｇ、Ｂの階調信号がお互いに等しくないときには、Ｒ、Ｇ、Ｂの輝度比を階調情報から期待されるものに修正する必要がある。

説明を簡単にするために、以下にＲ、Ｇだけを考えた場合を説明する。

例えば、Ｒ，Ｇを入力された表示信号における輝度値、Ｒ’，Ｇ’を彩度強調のために補正された輝度値とすると、Ｒ：Ｇ＝１：２の時、α＝（Ｇ−Ｒ）／２として考えると、
Ｒ’：Ｇ’＝（Ｒ−α）：（Ｇ＋α）＝（１−０．５）：（２＋０．５）＝１：５となり、コントラスト比を飛躍的に高めることができる。また、この時、ＲとＧとの平均、およびＲ’とＧ’との平均はどちらも１．５であり、全体のガンマ特性はほとんど変化させていない。

本発明の彩度強調は上記原理に基づいた上で、いくつかの制限を加えたものが採用される。ここでの制限の例としては、(1) Ｒ＝Ｇ＝Ｂの時は変化しない、(2)原色（注目の色以外は０）、補色（注目の色以外は２５５）などの時は変化しない、などであるが、これは全体のγ値が変化を避ける上で非常に好ましい制限となる。

上記原理より、入力された表示信号における輝度値ｒ，ｇ，ｂを、彩度強調のために補正された輝度値ｒ’，ｇ’，ｂ’に変換するためのアルゴリズムを一般化すると以下の通りである。

ｒ’＝ ｒ＋ｆ＊ｋ（ｒ）＊（ｋ（ｇ）＊（ｒ−ｇ）＋ｋ（ｂ）＊（ｒ−ｂ））
ｇ’＝ ｇ＋ｆ＊ｋ（ｇ）＊（ｋ（ｂ）＊（ｇ−ｂ）＋ｋ（ｒ）＊（ｇ−ｒ））
ｂ’＝ ｂ＋ｆ＊ｋ（ｂ）＊（ｋ（ｒ）＊（ｂ−ｒ）＋ｋ（ｇ）＊（ｂ−ｇ））
上記式中のｆは補正強度を表すパラメータであり、ｋ（ｒ）、ｋ（ｇ）、ｋ（ｂ）は先の制限を実現するためのパラメータである。例えば、
ｇ＜１２８の場合：ｋ（ｇ）＝ｇ／２５５
ｇ≧１２８の場合：ｋ（ｇ）＝（２５５−ｇ）／２５５
のように設定することが好ましい。

通常、ｋ（ｂ）＝ｋ（ｇ）＝ｋ（ｒ）で設定しても実用上の問題は生じないが、より好ましくは輝度の平均値を保証するためにｒ、ｇ、ｂそれぞれの視感度を考慮した上で逆γ補正を含めて処理する方ことが好ましい。但し、そのような処理は回路規模が大きくなるなど実装上の問題も生じるので、状況に応じて適当なレベルまで実現すればよい。

また、ｆは補正レベルを示すパラメータで、上記アルゴリズムにおける補正量を調節する。これも、回路規模と映像レベルに応じて色ごとに設定しても良いし、ｋ（ｇ）、ｋ（ｒ）、ｋ（ｂ）などに含めてもかまわない。

上記アルゴリズムにおいて、サブブロック輝度確認部が所定画素数のサブブロック毎に最大輝度を求めているのは、隣接する画素、ブロック間で階調の整合をとるためである。つまり、あらかじめ定められたＬＵＴから階調表現を選択する以上、各インデックスにおける階調輝度特性の完全な一致は残念ながらあり得ない。従って、インデックスが切り替わる輝度周辺の画素が狭い領域に混在するときに、もし画素ごとまたは非常に小さなブロックで輝度を抽出すると、ざらつきのようになるし、ブロックサイズが大きすぎる場合はブロック別れが生じる。適切なサイズは表示装置の想定している輝度、画素サイズなどすなわち用途によって異なるが、業務用マスターモニターのように精密な信号を再生する用途では、比較的ブロックサイズが小さく設定され、一般の大型テレビや業務用でもカメラモニター、ピクチャーモニターでは比較的大きく設定される。したがって、サブブロックは、８×８画素サイズに限定されるものではないが、ｊｐｅｇ、ｍｐｅｇなどで用いられているブロックサイズなどと合わせると信号由来のブロックノイズに映像が妨害されにくくなる。従って、８×８およびその整数倍のサイズが好ましく用いられる。

また、インデックスメモリーにおいて記憶されているインデックスを１ずつ増加あるいは減少させるのは、最適インデックスまで急激に変化させると、表示画面の輝度変化量が大きくなりすぎ、このことも表示画面にちらつきを生じさせる原因となるためである。

また、入力信号をＬＣＤ１用信号およびＬＣＤ２用信号に変換する映像ＬＵＴは、概ね以下のような信号変換を行う。

すなわち、第１のパネルＬＣＤ１は輝度調整のみを行うものであることから、ＬＣＤ１用信号は全画素においてＲ＝Ｇ＝Ｂとなる信号とされる。このため、入力信号について各画素のＲＧＢ信号のうちの最大値を求め、その最大値をＲＧＢ信号の全成分に与えることでＬＣＤ１用信号が生成される。また、第２のパネルＬＣＤ２は色表示を行うものであることから、入力信号をそのままＬＣＤ２用信号とすることができる。

本発明の液晶表示装置を適用したテレビジョン受信機について、図２１〜図２３を参照しながら以下に説明する。

図２１は、テレビジョン受信機用の液晶表示装置６０１の回路ブロックを示す。

液晶表示装置６０１は、図２１に示すように、Ｙ／Ｃ分離回路５００、ビデオクロマ回路５０１、Ａ／Ｄコンバータ５０２、液晶コントローラ５０３、液晶パネル５０４、バックライト駆動回路５０５、バックライト５０６、マイコン５０７、階調回路５０８を備えた構成となっている。

上記液晶パネル５０４は、第１の液晶パネルと第２の液晶パネルの２枚構成であり、上述した各実施の形態で説明した何れの構成であってもよい。

上記構成の液晶表示装置６０１において、まず、テレビ信号の入力映像信号は、Ｙ／Ｃ分離回路５００に入力され、輝度信号と色信号に分離される。輝度信号と色信号はビデオクロマ回路５０１にて光の３原色である、Ｒ、Ｇ、Ｂ に変換され、さらに、このアナログＲＧＢ信号はＡ／Ｄコンバータ５０２により、デジタルＲＧＢ信号に変換され、液晶コントローラ５０３に入力される。

液晶パネル５０４では液晶コントローラ５０３からのＲＧＢ信号が所定のタイミングで入力されると共に、階調回路５０８からのＲＧＢそれぞれの階調電圧が供給され、画像が表示されることになる。これらの処理を含め、システム全体の制御はマイコン５０７が行うことになる。

なお、映像信号として、テレビジョン放送に基づく映像信号、カメラにより撮像された映像信号、インターネット回線を介して供給される映像信号など、様々な映像信号に基づいて表示可能である。

さらに、図２２に示すチューナ部６００ではテレビジョン放送を受信して映像信号を出力し、液晶表示装置６０１ではチューナ部６００から出力された映像信号に基づいて画像（映像）表示を行う。

また、上記構成の液晶表示装置をテレビジョン受信機とするとき、例えば、図２３に示すように、液晶表示装置６０１を第１筐体３０１と第２筐体３０６とで包み込むようにして挟持した構成となっている。

第１筐体３０１は、液晶表示装置６０１で表示される映像を透過させる開口部３０１ａが形成されている。

また、第２筐体３０６は、液晶表示装置６０１の背面側を覆うものであり、該液晶表示装置６０１を操作するための操作用回路３０５が設けられるとともに、下方に支持用部材３０８が取り付けられている。

以上のように、上記構成のテレビジョン受信機において、表示装置に本願発明の液晶表示装置を用いることで、コントラストが高く、彩度低下のない非常に表示品位の高い映像を表示することが可能となる。

以上のように、本発明に係る液晶表示装置は、液晶パネルを２枚以上重ね合わせ、偏光吸収層が液晶パネルを挟んでクロスニコルの関係に設けられ、該液晶パネルのそれぞれが映像ソースに基づいた画像を出力する液晶表示装置の駆動方法であって、重ね合わせた液晶パネルのうち、一方の液晶パネルを輝度調整を行う第１のパネルとし、他方の液晶パネルを色表示を行う第２のパネルとするとき、上記第１のパネルおよび第２のパネルに出力される表示信号におけるγ値が映像ソースの階調に応じて切り替えられる。

それゆえ、各偏光吸収層は、隣接する液晶パネルの偏光吸収層との間でクロスニコルの関係にあることで、例えば、正面方向においては、偏光吸収層の透過軸方向の漏れ光が次の偏光吸収層の吸収軸により漏れ光をカットすることが可能となる。また、斜め方向においては、隣接する偏光吸収層の偏光軸の交差角であるニコル角が崩れても、光漏れによる光量の増加が見られない。つまり、斜め視角でのニコル角の拡がりに対して黒が浮きにくくなる。

以上のことから、２枚以上の液晶パネルを重ね合わせた場合、少なくとも、偏光吸収層は３層備えていることになる。つまり、偏光吸収層を３層構成にし、それぞれをクロスニコルに配置することで、正面・斜め方向ともにシャッター性能の大幅な向上を図ることが可能となる。これにより、コントラストを大幅に向上させることができる。

しかも、重ね合わせた液晶パネルのうち、一方の液晶パネルを輝度調整を行う第１のパネルとし、他方の液晶パネルを色表示を行う第２のパネルとするとき、上記第１のパネルおよび第２のパネルに出力される表示信号におけるγ値が映像ソースの階調に応じて切り替えられる。

例えば、上記第１のパネルは、低階調側では相対的にγ値が小さく、高階調側では相対的にγ値が大きい逆Ｓ字の階調輝度特性をとり、第２のパネルは逆に低階調側では大きく、高階調側では小さいＳ字の階調輝度特性に設定される。そしてそれぞれのパネルにおけるγ値は、適切に定められたＸ階調、例えば２２４階調前後で切り替わる。表示輝度が大きい場合、第１のパネルのＸ階調付近の輝度は高めに設定される。例えば、最大入力階調が６４の場合、第１のパネルのγ変更テーブルは６４を２２０などのＸ近傍に設定する。

第２のパネルは、第１のパネルの階調輝度特性に応じて所望のγカーブたとえば２．２になるように設定される。そのとき、Ｘ階調より上を必要とする階調は十分な輝度分解能が得られないが、設定の趣旨から考えてそのような階調はほとんど発生しないし、誤差が合っても許容される。言い換えれば、全体が暗いときに局部的に発生している高輝度階調は輝いているために、小さな誤差を認識できない。

逆に、最大入力階調が大きい場合、Ｘ階調の輝度もほぼ最大に設定される。たとえば２２４階調が２４８階調に設定されるような、より明るい階調輝度特性が選択され、所望の輝度となるように第２のパネルの階調輝度特性も補正される。

すなわち、第１のパネルの階調輝度特性を表示輝度に合わせてダイナミックに変更することによって、第２のパネルは様々な輝度レベルに対して十分な階調分解能を実現することができる。

また、上記液晶表示装置では、上記γ値の切り替えは、所定画素数のサブブロックごとに行われることが好ましい。

上記の構成によれば、所定画素数のサブブロック毎に最適なγ値を設定することで、各画素毎にγ値を設定する場合に比べて画像のちらつきが軽減され、良好な表示が行える。

また、上記液晶表示装置では、上記γ値の切り替えは、γ補正を行うＬＵＴの切り替えによって行われることが好ましい。

また、上記液晶表示装置では、上記γ値の切り替えは、γ補正を行うＬＵＴの切り替えによって、所定画素数のサブブロックごとに行われるものであり、上記サブブロックの平均輝度に対応する最適ＬＵＴを判断し、かつ、１フレーム前に設定されていた前フレームＬＵＴから上記最適ＬＵＴに近づく方向に前フレームＬＵＴに近いＬＵＴを選択することによって行われることが好ましい。

上記の構成によれば、設定されているγ値が前フレームから急激に変化することを防止でき、表示画面の輝度変化量が大きくなりすぎて表示画面にちらつきが生じることを抑制できる。

また、急激に輝度が変化するサブブロックとあまり変化しないサブブロックとが隣接するときに発生するブロック別れを最小に押さえることができる。

産業上の利用の可能性

本発明の液晶表示装置は、コントラストを大幅に向上できるので、テレビジョン受信機、放送用のモニタ等に適用できる。

Claims (5)

1. 液晶パネルを２枚以上重ね合わせ、偏光吸収層が液晶パネルを挟んでクロスニコルの関係に設けられ、該液晶パネルのそれぞれが映像ソースに基づいた画像を出力する液晶表示装置であって、
   重ね合わせた液晶パネルのうち、一方の液晶パネルを輝度調整を行う第１のパネルとし、他方の液晶パネルを色表示を行う第２のパネルとするとき、
   上記第１のパネルおよび第２のパネルに出力される表示信号におけるγ値が映像ソースの階調に応じて切り替えられることを特徴とする液晶表示装置。
2. 上記γ値の切り替えは、所定画素数のサブブロックごとに行われることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 上記γ値の切り替えは、γ補正を行うＬＵＴの切り替えによって行われることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 上記γ値の切り替えは、γ補正を行うＬＵＴの切り替えによって、所定画素数のサブブロックごとに行われるものであり、
   上記サブブロックの最大輝度に対応する最適ＬＵＴを判断し、かつ、１フレーム前に設定されていた前フレームＬＵＴから上記最適ＬＵＴに近づく方向に前フレームＬＵＴに近いＬＵＴを選択することによって行われることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. テレビジョン放送を受信するチューナ部と、該チューナ部で受信したテレビジョン放送を表示する表示装置とを備えたテレビジョン受信機において、
   上記表示装置に、請求項１ないし４の何れか１項に記載の液晶表示装置を用いたことを特徴とするテレビジョン受信機。

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