JPH10339865A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広視野角化に対応してない液晶表示パネルで
も、設置現場に適した最適視野角に調整可能な液晶表示
装置を提供する。 【解決手段】 所定視野角毎の駆動電圧レベルと輝度の
関係を固有に有すると共に、所定方向から見たときのコ
ントラストが最適となる固有の最適視野角を有する液晶
表示パネルを備え、この液晶表示パネルに入力される駆
動電圧レベルに応じた輝度で画像データを表示させる液
晶表示装置において、前記液晶表示パネルの固有の最適
視野角での駆動電圧レベルと輝度との関係を所定視野角
での駆動電圧レベルと輝度との関係に等しくするよう
な、所定視野角毎の駆動電圧レベルの補正カーブを記憶
すると共に、前記液晶表示パネルに表示させるべき画像
データの駆動電圧レベルを入力し、この入力した駆動電
圧レベルを前記補正カーブに基づいて所定の目標とする
視野角で最適コントラストとなるように補正し、この補
正した駆動電圧レベルを前記液晶表示パネルに出力する
補正演算手段を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示パネルの
任意の視野角において最適コントラストが得られる最適
視野角が調整可能な液晶表示装置に関し、特には、この
液晶表示装置が組み込まれるＦＡ製品の設置環境に適し
た最適視野角が得られる液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示パネルは、グラフィック表示が
可能、低消費電力、及び、ＣＲＴ表示器と比較して表示
器自体が薄くてコンパクトであるなどの特徴を有してお
り、最近、コンピュータ装置及び各種の製造機器の制御
装置や操作盤等のマンマシンインターフェース機器とし
て非常に多く採用されている。一方、液晶表示パネル
は、視野方向によって輝度レベルが大きく変化するとい
う特性も有しており、これにより最適視野角から所定の
方向に視野角がずれた場合は輝度が著しく低下し、駆動
電圧レベルと輝度の関係が逆転する階調反転現象が発生
したり、あるいは、これと反対方向の視野角では輝度が
全体的に高くなって、コントラストが低下した白っぽい
表示となることが知られている。したがって、最適なコ
ントラストが得られるような視野角が狭いので、見る方
向によっては表示画像が見えにくいという問題が上げら
れている。特に、液晶表示パネルがＦＡ機器として制御
装置や操作盤等のマンマシンインターフェースに組み込
まれる場合には、その設置現場における操作環境、作業
者の視野方向に適したコントラストが得られるようにす
ることが必要となって来る。

【０００３】この問題を解決する方法の一つとして、従
来は、液晶表示パネル自体の特性を広視野角化すること
により対応しているものがある。あるいは、他の方法と
しては、例えば特開平７−１６０２２５号公報に記載さ
れているように、視野角によって液晶表示パネルの駆動
電圧レベルと透過率（言い換えると、輝度に相当する）
特性の変化に伴って前記階調反転現象が発生するのを避
けるために、階調範囲に対応した駆動電圧範囲がそれぞ
れ異なっている複数の増幅器と、この増幅器の出力信号
に従って液晶表示パネルを駆動して画像表示させる駆動
回路とを備え、視野角に応じて前記複数の増幅器の内の
一つを選択して画像信号を入力し、駆動電圧範囲のダイ
ナミックレンジを切り換えるようにした液晶表示パネル
が良く知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の液晶表示パネルにおいては、それぞれ次の
問題が生じている。 1)広視野角化された液晶表示パネルは、通常の視野角を
有する液晶表示パネルと比較して、使用する部品の特殊
化、液晶表示パネルの構造又は製造工程の複雑化等によ
って結果としてコストが高価になるという問題がある。
また、液晶表示パネルが設置された現場の操作環境に適
した視野角はある一方向に限られることが多いので、こ
のような場合に使用された広視野角の液晶表示パネルは
エンドユーザーによってはオーバースペックとなり、実
質的には高コストな製品となっている。 2)特開平７−１６０２２５号公報に記載された液晶表示
パネルにおいては、階調反転現象が発生しないような駆
動電圧のダイナミックレンジで使用されるので視野角に
よってコントラストが反転することは無くなるが、表示
器設置現場に最も適したコントラストが得られているわ
けではない。すなわち、液晶表示パネルの設置現場に最
も適した視野角と、液晶表示パネル自体が有している最
適視野角（設計時に設定されており、通常は視野角０°
となっている）とが一致していないので、最適なコント
ラストが得られず、設置現場によっては操作者から見え
にくくなる場合が生じている。また、液晶表示パネルの
最適視野角に合わせて設置現場での取り付け場所や方向
を設定しなければならないという制約があり、液晶表示
パネルを採用する際の大きな障害となっている。

【０００５】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、広視野角化に対応してない液晶表示パネ
ルにおいても設置現場に適した最適視野角に調整可能な
液晶表示装置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、所定視
野角毎の階調信号と輝度の関係を固有に有すると共に、
所定方向から見たときのコントラストが最適となる固有
の最適視野角を有する液晶表示パネルを備え、この液晶
表示パネルに入力される階調信号に応じた輝度で画像デ
ータを表示させる液晶表示装置において、前記液晶表示
パネルの固有の最適視野角での階調信号と輝度との関係
を所定視野角での階調信号と輝度との関係に等しくする
ような、所定視野角毎の階調信号の補正カーブを記憶す
ると共に、前記液晶表示パネルに表示させるべき画像デ
ータの階調信号を入力し、この入力した階調信号を前記
補正カーブに基づいて所定の目標とする視野角で最適コ
ントラストとなるように補正し、この補正した階調信号
を前記液晶表示パネルに出力する補正演算手段を備えた
構成としている。

【０００７】請求項１に記載の発明によると、補正演算
手段に、液晶表示パネルの固有の最適視野角での階調信
号と輝度との関係を所定視野角での階調信号と輝度との
関係に等しくする、所定視野角毎の階調信号の補正カー
ブを記憶しておく。そして、補正演算手段は所定の目標
とする視野角で最適コントラストとなるように、この補
正カーブに基づいて、入力した画像データの階調信号に
対応する液晶表示パネル固有の最適視野角での輝度と等
しい輝度となる階調信号を求め、この階調信号を液晶表
示パネルに出力する。これによって、任意の視野角にお
いて最適なコントラストが得られるように調整すること
ができるので、広視野角化に対応してない液晶表示パネ
ルにおいても設置現場に適した最適視野角で高品位の表
示画面が得られる。この結果、液晶表示パネルの設置場
所及び視野角の制約条件が無くなり、様々なＦＡ現場に
設置されても最適なコントラストで見ることができ、操
作性が向上する。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
液晶表示装置において、前記補正演算手段が記憶する補
正カーブは、前記液晶表示パネルの固有の最適視野角で
の階調信号と輝度との関係を基準にして、最適なコント
ラストを得るべき目標とする視野角ｄと、補正前の階調
信号ｘ1 と、補正後の階調信号ｘ2 とによって以下の演
算式で表されている。 ｘ2 ＝（ｘ1 −Ｘmax ）×（１＋Ｋ×ｄ）＋Ｘmax ただし、ｘ2 ＜０、又はｘ1 ＝０のとき、ｘ2 ＝０、 Ｘmax は最高階調信号、Ｋは液晶表示パネルの特性に合
わせた近似係数。

【０００９】請求項２に記載の発明によると、階調信号
を補正するための補正カーブは、目標とする視野角ｄ
と、補正前の階調信号ｘ1 と、補正後の階調信号ｘ2 と
によって所定の演算式で表されている。この補正式は簡
略化された直線式なので、演算が容易であり、コンピュ
ータ等で処理する場合には演算時間が短くて済み、ま
た、電子回路による関数発生器等で処理する場合にはハ
ード構成が簡単になる。これによって、請求項１と同等
の作用及び効果が得られると共に、コンピュータ処理の
負荷の軽減化、又はハード構成の容易化が図れる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載の液晶表示装置において、前記液晶表示パネルの最
適コントラストを得るべき目標の視野角を設定する視野
角設定手段を付設すると共に、前記補正演算手段は、こ
の視野角設定手段から前記目標の視野角を入力するとと
もに、入力した前記画像データの階調信号を前記補正カ
ーブに基づいてこの目標の視野角で最適コントラストを
得る階調信号に補正して液晶表示パネルに出力するよう
にしている。

【００１１】請求項３に記載の発明によると、視野角設
定手段によって最適コントラストを得るべき目標の視野
角を設定し、補正演算手段はこの設定された目標の視野
角に対応して、前記記憶している補正カーブに基づいて
階調信号を補正して液晶表示パネルに出力する。これに
より、液晶表示パネルの設定場所及び操作位置等の現場
の操作環境に最適な視野角で最適コントラストが常時得
られるように最適視野角を調整することが可能となる。
したがって、広視野角化に対応してない液晶表示パネル
においても設置現場に適した最適視野角で高品位の表示
画面が得られる。この結果、液晶表示パネルの設置場所
及び視野角の制約条件が無くなり、様々なＦＡ現場に設
置されても最適なコントラストで見ることができ、操作
性が向上する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施形態を
説明する。図１及び図２は、それぞれモノクロ液晶表示
パネル及びカラー液晶表示パネルに対応する本実施形態
に係る液晶表示装置のブロック構成図を示している。同
図において、モノクロ液晶表示パネル２Ｍは入力する階
調信号ＳO に対応した駆動電圧レベルによってモノクロ
表示され、この階調信号ＳO の大きさに従って白から黒
までの所定の階調数の画像を表示することができる。ま
た、視野角設定手段３は、液晶表示パネルが有する固有
の最適視野角からどの程度この最適視野角をオフセット
させるかを設定するものである。この視野角設定手段３
は、例えば、ボリュームによってこの視野角のオフセッ
ト量を電圧値として設定したり、あるいは、予め記憶さ
れている複数の所定の視野角の内からいずれか１つをロ
ータリスイッチ等によって選択したりすることができ
る。あるいは、視野角設定手段３は、例えばタッチキー
と表示を組み合わせて上記と同様の設定機能を構成して
もよい。

【００１３】また、補正演算手段１は、例えばマイクロ
コンピュータなどのコンピュータ装置を主体にして構成
されており、表示すべき画像データから得られる白黒の
階調信号Ｓi を入力し、この白黒の階調信号Ｓi に対し
て後述する所定の演算処理を行って、上記視野角設定手
段３により設定された視野角に適した階調信号ＳO に補
正する。そして、この補正された階調信号ＳO をモノク
ロ液晶表示パネル２Ｍに出力し、上記設定された視野角
で最適なコントラストの画像を表示する。なお、上記階
調信号Ｓi ，ＳO はアナログ値又はディジタル値のいず
れの場合でもよい。

【００１４】カラー表示の場合も、上記と同様にして行
われる。すなわち、各補正演算手段１Ｒ、補正演算手段
１Ｇ及び補正演算手段１Ｂは、表示するカラー画像デー
タから得られるＲＧＢのカラー階調信号ＳiR，ＳiG，Ｓ
iBをそれぞれ入力すると共に、この各カラー階調信号Ｓ
iR，ＳiG，ＳiBに対して、視野角設定手段３により設定
された視野角に適した各カラー階調信号ＳOR，ＳOG，Ｓ
OBに補正し、この補正された各カラー階調信号ＳOR，Ｓ
OG，ＳOBをカラー液晶表示パネル２Ｃに出力する。カラ
ー液晶表示パネル２Ｃは、それぞれの補正されたカラー
階調信号ＳOR，ＳOG，ＳOBに対応した駆動電圧レベルに
従ってカラー表示する。これによって、設定された視野
角において最適なコントラストのカラー画像が表示され
る。なお、上記各階調信号ＳiR，ＳiG，ＳiB，ＳOR，Ｓ
OG，ＳOBはアナログ値又はディジタル値のいずれの場合
でもよい。

【００１５】つぎに、モノクロ液晶表示パネル２Ｍに対
する補正演算手段１の処理方法を例にとって、最適視野
角の調整方法について詳細に説明する。図３は、モノク
ロ液晶表示パネル２Ｍの視野角と輝度との関係の一例を
駆動電圧レベル（これは階調信号に相当している）毎に
示している。なお、以後の説明においては、簡単のため
に駆動電圧レベルと階調信号を統一して階調信号と呼
ぶ。ここでは、０〜６３階調（すなわち、６ビットの階
調信号）の場合を示している。同図からも判るように、
一般的に液晶表示パネルは階調信号が同じでも視野角が
変わると輝度は大きく変化する。さらに、視野角が所定
方向の所定値を越えると階調信号と輝度の関係が逆転す
る階調反転現象が発生するようになったり、反対方向で
は輝度が全体的に高くなり、コントラストが低下した白
っぽい表示となる白飽和現象が発生するようになる。例
えば同図に示した液晶表示パネルの場合は、視野角が正
のとき（視野角が上側）には輝度が著しく低下し、所定
の視野角を越えると上記の階調反転現象が発生し、ま
た、視野角が負のとき（視野角が下側）には上記の白飽
和現象が発生する。本発明に係る最適視野角の調整方法
においては、液晶表示パネルに出力する階調信号を、目
標とする最適視野角とすべき視野角に基づいて補正する
ことにより、液晶表示パネル固有の最適視野角以外の方
向で高い表示品位、すなわち高コントラストを得ること
が可能となる。

【００１６】図３に基づいて、図４のような視野角毎の
階調信号と輝度の関係を求める。ところで、液晶表示パ
ネルの輝度は一般的には明るい方が好まれるが、さらに
輝度が高い領域の方が視野角の違いによって発生する輝
度の変化が小さくなっている。したがって、補正を行う
としても最高輝度が得られる階調信号の場合（同図で
は、６３階調時）は、その輝度を落とすことは好ましく
ない。よって、補正によって最高輝度レベルは変えない
方が好ましいので、図４の各視野角毎に得られる最高輝
度を基準として正規化し、縦軸を最高輝度に対する比率
で表す。この正規化した視野角毎の階調信号と輝度の関
係を図５に示しており、同図は階調信号に対する輝度の
比（つまり、コントラスト）を表している。ここで、図
５が表す階調信号と輝度の比を、以下の数１により表現
する。

【数１】ｙ＝ｆ（ｘ，ｄ） ただし、ｘは階調信号、ｙは輝度の比、及びｄは視野角
とする。そして、数１に基づいて、本液晶表示パネルで
最適視野角とされている視野角が０°のときの階調信号
ｘと輝度の比ｙとの関係を表すと、数２で表される。

【数２】ｙ＝ｆ（ｘ，０）

【００１７】もし、視野角が１０°の時に本液晶表示パ
ネルの最適視野角０°の時の輝度の比を忠実に再現しよ
うとすると、数式的には以下の数３に従って階調信号を
補正すればよいことになる。

【数３】ｘ2 ＝ｆ^-1 ₁₀〔ｆ（ｘ1 ，０）〕 ここで、ｘ1 は補正前の階調信号、ｘ2 は補正後の階調
信号、また、ｆ^-1 ₁₀は視野角１０°の時のｆ：ｙ→ｘへ
の逆変換を表す関数である。

【００１８】数３で表される補正式を、異なる視野角毎
に作成し、この各視野角毎の補正式に基づいて図５に対
して階調信号を補正した結果、図６に示すような各視野
角毎に対応した階調信号の補正カーブが得られる。図６
において、横軸は補正前の階調信号ｘ1 、縦軸は補正後
の階調信号ｘ2 を表している。したがって、同図に基づ
いて、視野角毎に階調信号を補正して、この補正した階
調信号を出力することにより、本液晶表示パネルの最適
視野角０°の時の輝度の比を、所定の視野角においても
容易に再現することができる。この結果、任意の視野角
において、０°と同様の最適なコントラストを得ること
ができ、最適な視野角とすることが可能となる。

【００１９】なお、以上では、モノクロ液晶表示パネル
２Ｍに対する階調信号の補正方法について説明したが、
例えばＴＦＴカラー液晶表示パネル等のカラー液晶表示
パネル２Ｃの場合にも同様に補正することができる。す
なわち、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの階調信号に対して、独
立に上記と同様の補正を行うことによって、全体とし
て、当該液晶表示パネルの最適視野角（例えば０°等）
の時のＲ、Ｇ、Ｂ表示間のコントラスト比を、所定の視
野角においても容易に得ることができる。したがって、
カラー表示においても、任意の視野角において最適な視
野角とすることが可能となる。

【００２０】補正演算手段１では、図６に示されたよう
な補正カーブを各視野角毎に記憶しておき、この補正カ
ーブに基づいて上記の所定視野角に対する階調信号の補
正を行う。このとき、この補正カーブを記憶する方法と
して、例えば、各視野角毎に補正前階調信号と補正後階
調信号との関係をテーブル化して記憶したり、あるい
は、補正前階調信号と補正後階調信号との所定の関係式
で表して記憶することができる。また、テーブル化して
記憶する場合には、補正前の全階調信号（階調０〜６
３）に対応して補正後の全階調信号を記憶することがで
きるが、この場合は記憶するテーブルのデータ量が大き
くなる。したがって、所定間隔毎の補正前の階調信号に
対する補正後の階調信号を記憶して記憶データ量を少な
くし、実際の補正演算時には、記憶してない中間の階調
信号は補間によって求めるようにしてもよい。さらに、
所定の関数式によって記憶する場合には、図６のような
求めた補正カーブを正確に多次元関数式によって近似す
ることもできるが、コントラスト比に影響しない範囲で
許容されるときに、直線式によって近似してもよい。な
お、本発明はこの補正カーブの記憶の仕方をこれらに限
定するものではない。

【００２１】ここでは、図６に示した補正カーブが、各
視野角において、最高階調信号（ここでは、階調６３に
相当）の点で交差する直線で近似されることを利用し
て、直線式によって簡略化した補正式を記憶する例を説
明する。この補正式は以下の数４によって表され、この
数４の補正式により近似された補正カーブは図７のよう
に示される。

【数４】ｘ2 ＝（ｘ1 −Ｘmax ）×（１＋Ｋ×ｄ）＋Ｘ
max ここで、ｄは視野角、ｘ1 は補正前の階調信号、ｘ2 は
補正後の階調信号、Ｘmax は最高階調信号、Ｋは実際の
液晶表示パネルの特性に合わせた補正カーブ近似のため
の近似係数である。例えば本実施形態において、図７の
場合には、Ｋ＝０．０３として算出している。ただし、
ｘ2 ＜０又はｘ1 ＝０のときは、ｘ2 ＝０とする。これ
は、補正後の階調信号が負（ｘ2 ＜０）の場合は階調信
号が０の時より輝度が小さい駆動方法は無いことから、
０にクランプするものである。また、補正前の階調信号
が０（ｘ1 ＝０）のときは、視野角がどの方向であって
も最小の輝度を期待しているので、無条件に補正後の階
調信号を０（ｘ2 ＝０）とするものであり、これによっ
て、上記数４の補正式に基づいて求めた補正後の階調信
号を出力したときに目的とした最適視野角以外の他の視
野角において輝度が０とならないという問題が解消され
る。

【００２２】なお、これまで説明した実施形態において
は、補正演算手段をコンピュータ装置により構成した例
を示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、
例えば、図６又は図７に示した補正カーブのような階調
信号の所定の入出力関係を有する関数発生器、及び視野
角設定手段３からの設定信号を入力して判断するための
論理ＩＣ回路等を備えた電子回路によって構成してもよ
い。また、図６又は図７に示した補正カーブは、液晶表
示パネルの固有の最適視野角が０°である場合の所定の
目標視野角での階調信号の補正値を求めるために示して
いるが、本発明はこれに限定されず、例えば液晶表示パ
ネルの固有の最適視野角が０°以外であっても補正カー
ブを作成することができる。

【００２３】以上説明したように、液晶表示パネルの任
意の視野角において、当該液晶表示パネルが固有に有す
る最適視野角（通常は、視野角０°の方向に設定されて
いる）におけるコントラストと同等のコントラストが得
られるので、常に液晶表示パネルの設置場所に最適な視
野角から見ることができる。したがって、ＦＡ機器等に
組み込まれる液晶表示パネルを、その設置現場の環境に
最適な任意の視野角から見ることが可能となり、液晶表
示パネルの設置場所や設置方向の制約が無くなる。この
結果、液晶表示パネルがＦＡ機器のように様々な場所に
設置されても、最適なコントラストで見ることができ、
操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるモノクロ液晶表示パネルの液晶
表示装置のブロック構成図を示す。

【図２】本発明に係わるカラー液晶表示パネルの液晶表
示装置のブロック構成図を示す。

【図３】液晶表示パネルの各駆動電圧レベル毎の視野角
と輝度の関係の一例を示す。

【図４】図３の液晶表示パネルの各視野角毎の駆動電圧
レベルと輝度の関係を示す。

【図５】図４の液晶表示パネルの正規化した各視野角毎
の駆動電圧レベルと輝度の関係を示す。

【図６】図５の液晶表示パネルの各視野角毎に対応した
駆動電圧レベルの補正カーブを示す。

【図７】図６の液晶表示パネルの駆動電圧レベルの補正
カーブの直線近似例を示す。

【符号の説明】

１，１Ｒ，１Ｇ，１Ｂ 補正演算手段 ２Ｍ モノクロ液晶表示パネル ２Ｃ カラー液晶表示パネル ３ 視野角設定手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定視野角毎の階調信号と輝度の関係を
   固有に有すると共に、所定方向から見たときのコントラ
   ストが最適となる固有の最適視野角を有する液晶表示パ
   ネルを備え、この液晶表示パネルに入力される階調信号
   に応じた輝度で画像データを表示させる液晶表示装置に
   おいて、 前記液晶表示パネルの固有の最適視野角での階調信号と
   輝度との関係を所定視野角での階調信号と輝度との関係
   に等しくするような、所定視野角毎の階調信号の補正カ
   ーブを記憶すると共に、前記液晶表示パネルに表示させ
   るべき画像データの階調信号を入力し、この入力した階
   調信号を前記補正カーブに基づいて所定の目標とする視
   野角で最適コントラストとなるように補正し、この補正
   した階調信号を前記液晶表示パネルに出力する補正演算
   手段を備えたことを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記補正演算手段が記憶する補正カーブ
   は、前記液晶表示パネルの固有の最適視野角での階調信
   号と輝度との関係を基準にして、最適なコントラストを
   得るべき目標とする視野角ｄと、補正前の階調信号ｘ1
   と、補正後の階調信号ｘ2 とによって以下の演算式で表
   されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。 ｘ2 ＝（ｘ1 −Ｘmax ）×（１＋Ｋ×ｄ）＋Ｘmax ただし、ｘ2 ＜０、又はｘ1 ＝０のとき、ｘ2 ＝０、 Ｘmax は最高階調信号、Ｋは液晶表示パネルの特性に合
   わせた近似係数。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の液晶表示装置にお
   いて、 前記液晶表示パネルの最適コントラストを得るべき目標
   の視野角を設定する視野角設定手段を付設すると共に、 前記補正演算手段は、この視野角設定手段から前記目標
   の視野角を入力するとともに、入力した前記画像データ
   の階調信号を前記補正カーブに基づいてこの目標の視野
   角で最適コントラストを得る階調信号に補正して液晶表
   示パネルに出力すること特徴とする液晶表示装置。