JP2700903B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は液晶表示装置に関するもので、特に高精度
で高階調の表示を行なう液晶表示装置に関する。
［従来の技術］ 液晶表示装置として、マルチプレックス駆動液晶表示
装置が広く用いられている。この駆動方式は、互いにそ
の方向が交差するように対向して配置された２組の帯状
電極群間に液晶を挾んだもので、帯状電極群の各々に接
続された駆動回路で駆動される。第４図はマルチプレッ
クス駆動液晶表示装置の基本的構造を示す概略断面図で
ある。
第４図を参照して、従来のマルチプレックス駆動液晶
表示装置は、外側に偏光板101、102を有するガラス基板
103、104と、ガラス基板103、104の内側に形成された画
素電極105、106と、ガラス基板103、104とフレーム108
とによって囲まれた空間に封入された液晶107とを含
む。第５図に示されているように画素電極105、106は各
々表示側駆動回路110と走査側駆動回路109に接続された
構成となっている。
表示側駆動回路110に接続された画素電極をデータ電
極、走査側駆動回路109に接続された画素電極を走査電
極と呼ぶ。第６図は第５図の電極構造のVII−VIIで示す
矢視図である。第６図を参照して、データ電極105と走
査電極106の交差した部分は画素111を構成する。
次に第６図を参照して、ツイステッドネマチック型液
晶を用いたマルチプレックス駆動液晶表示装置（以下TN
−LCDと略す）の作動原理が述べられる。走査側駆動回
路109は、走査電極106を線順次で選択し、順次パルス電
圧を印加する。表示側駆動回路110は、データ電極105に
信号パルス電圧を印加する。各画素111では走査電極106
とデータ電極105の間の電位差に応じて該画素内の液晶
内の液晶分子の方向が変化する。
第４図を参照してＡ方向から画素に入射する光は、偏
光板101で偏光されている。該画素に電圧が印加されて
いないときは、入射光の偏光面は液晶107によって回転
される。そのため、偏光板102と偏光板101の偏光方向が
平行に設定されていると、偏光板102を透過することが
できない。該画素に電圧が印加されると液晶107中の液
晶分子が画素電極に垂直、すなわち入射光の方向と平行
の方向に向きを変えるため、入射光の偏光面は変化しな
い。このため入射光は偏光板102を透過し、選択された
画素と選択されなかった画素との間にコントラストが生
じる。その結果、点灯状態と非点灯状態の画素の集合で
画像が表示される。
以上のような構成のマルチプレックス駆動液晶表示装
置において、各画素の階調を変えて表示する手段とし
て、液晶表示に印加される電圧と透過光強度の対応関係
を利用する方法、画素電圧を印加する頻度をその画素を
表示しようとする階調に合わせる方法、各画素内の明状
態の領域と暗状態の領域の面積を制御する方法がある。
液晶に印加される電圧と透過光強度との間に、第７図
で示されるような関係がある。第１の方法は主としてTN
−LCDにおいて、このことを利用して、各画素の液晶に
加えるデータ電極電圧を、表示しようとする階調に応じ
た透過光強度に対応した電圧に制御し、該画素を目的の
階調で表示しようとするものである。第７図を参照し
て、横軸は１画素に印加される電圧、縦軸は該画素の透
過光強度を示す。印加電圧を増加すると或るしきい値電
圧VTHにおいて透過光強度が変化し始め、飽和値電圧VS
で透過光強度が飽和する。たとえば該画素を８階調で表
示しようとする場合、第８図に示されるように、飽和値
電圧が印加されたときに示す透過光強度を1,しきい値電
圧VTHが印加されたときに示す透過光強度を０として、
これを８分割する。該画素を第５階調で表示しようとす
るときは、透過光強度＝5/8の値に対応する印加電圧V5
を該画素に印加すればよい。この方法では、16階調表示
程度までが実用化されている。
次に第２の方法すなわち画素電圧を印加する頻度を、
その画素を表示しようとする階調に合わせる方法につい
て説明する。この方法は主としてスーパーツイステッド
ネマチック型（以下STN−LCDと略す）、および強誘電型
液晶表示装置で試みられている方法である。
単位時間に１画素が点灯状態になる回数を該画素の励
起の頻度と呼ぶ。この頻度を、該画素を表示しようとす
る階調に合わせれば、所望の階調表示が行なわれる。す
なわち各画素を256階調で表示する際には、最も明るい
階調を第256階調、最も暗い階調を第１階調とすると、
単位時間中に第256階調の場合は255回点灯、第１階調は
０回点灯、すなわち全く点灯しない。第２〜第255階調
に関しては、各画素の階調ｎに応じｎ−１回点灯する。
このとき上記の単位時間が十分短ければ、肉眼には各画
素が各々の励起の頻度に応じた階調で表示されているよ
うに見える、というのがその動作原理である。
第３の方法、すなわち各画素内の明状態の領域と暗状
態の領域の面積を制御する方法について説明する。この
方法は、主として強誘電性液晶表示装置で試みられてお
り、たとえば「応用物理学会・高分子学会・日本化学会
共催第13回液晶討論会講演予稿集」138頁以下に記載さ
れている。
第９図はこの方法で使用される一画素の概略断面図で
ある。構成要素は通常と同様で、基板103の表面に、深
さdlを持つ複数の凹凸形状をピッチd2で設けた上に画素
電極105が蒸着されている。こうした構成により、該画
素に印加される電圧が一画素電極内で均一であっても、
両画素電極間のギャップの大きさの異なるところでは、
電界の強さが異なる。そのため、或る印加電圧に対して
上記ギャップが或る値より小さいところでは明状態とな
り、他のところでは暗状態のままである、という状態に
なる。その結果、該画素全体としての透過光強度が、明
状態の領域と暗状態の領域との面積比に応じた中間調の
ものとして肉眼に感じられる。第10図に一例が示されて
いるように、印加電圧を変化させることにより、該画素
の透過光強度が上記印加電圧に対応した値をとる。この
ことを利用して階調表示を行なうのが該方法による液晶
表示装置による動作原理である。第10図は上記方法の印
加電圧と透過光強度の関係を表わしたグラフであるが、
電圧が印加されると暗状態に、印加が解除されると明状
態になるように構成したときのグラフである。
［発明が解決しようとする課題］ 現在電子計算機端末では、３原色それぞれにつき16階
調で表示することで、163すなわち4096色表示が行なわ
れている。しかし、より自然な色調表示を行なうために
は、16階調以上の階調表示を高い精度で行なう必要があ
る。しかしながら、階調表示を行なう上述の３種の方法
は、いずれも16〜256階調の表示を高精度に行なうには
適していない。
第１の方法、すなわち各画素に印加する電圧とこのと
き該画素の示す透過光強度との対応関係を利用する方法
では、以下のような問題がある。この方法では第８図で
示されるように、飽和値電圧に対応した透過光強度と、
しきい値電圧に対応した透過光強度との間を、実現した
い階調数で分割する。このとき、隣り合う階調の透過光
強度に対応した電圧相互の差は、飽和値電圧としきい値
電圧の差を、実現しようする階調数で割ったものとほぼ
等しくなる。上記の電圧差は階調数が多くなるほど小さ
くなり、それだけ高精度の駆動技術が要求される。しか
も、使用する液晶層の均一性が高くなければ、同一印加
電圧に対して各画素の示す透過光強度にばらつきが出て
しまい、正しい階調の表示が行なわれなくなる。上述の
利用により、16〜256階調のような高階調では、高精度
で階調表示を行なうことは不可能であった。
第２の方法では、理論的には所望の階調表示が得られ
るが、以下の問題がある。通常の２階調表示でちらつき
のない画像を得るためには、全画素を走査する時間が16
msec程度以下である必要がある。たとえばテレビジョン
では１秒60画面、すなわち１画素は１回あたり1msecの
間隔で走査されている。この第２の方法によると、この
16msecをさらに階調数に応じて分割した時間で走査をし
なければならない。この時間は８階調で2.3msec程度、1
6階調で1.1msec程度、256階調では0.06msecという短時
間になり、これだけの短時間で全画素を走査するのは現
在不可能である。
第３の方法については以下の問題点がある。この方法
は１画素内の明状態の領域と暗状態の領域の面積比で階
調を表現しようとするものである。しかしながら、第１
の方法と同様に、表現しようとする階調に応じ、高精度
で調節された電圧を対象画素に印加する必要があり、精
度の良い駆動装置を必要とする。その上、１画素内での
明状態と暗状態の領域の発生状況を制御できないため、
やはり精密な階調表示を行なうことは無理である。
したがって、この発明の目的は16〜256階調という高
階調の階調表示を、高精度で行なうことができ、かつ形
成が容易な電極構造を有する液晶表示装置を提供するこ
とにある。
［課題を解決するための手段］ この発明にかかる液晶表示装置は、隣接する複数の画
素をまとめて１表示単位とし、該表示単位内の各画素の
点灯・非点灯の状態、または各画素の階調の組合わせで
上記表示単位の階調を制御するとともに、表示単位の中
心と中間調の濃度の中心とが一致するようにしたもので
ある。
［作用］ 上記１表示単位内の各画素を十分に微小な寸法とする
ことにより、肉眼に対して１表示単位内の点灯部分と非
点灯部分は、点灯面積と非点灯面積の加重平均に平均化
された濃度に均一に点灯しているかのように見える。各
画素がそれぞれ階調表示されているときも同様である。
今、１表示単位内の画素数をn0個とする。これはｋ本
の走査電極（ｋは自然数）とｌ本のデータ電極（ｌは自
然数）が交差して形成されるので、n0＝ｋ・ｌである。
このn0個の画素のいくつかを電気的に等価になるよう
に、すなわち常に互いに等しい表示状態となるように電
気的に接続して１画素群とし、全画素をｎ個の画素群に
分割する。そして、各画素の表示状態を、階調数ｍに制
御できるとする。ここで、階調数には、最も明るい状態
と最も暗い状態とを含める。上述の構成としたとき、各
画素群の面積を或る特定の比にしたときに、１表示単位
の表示可能階調数が最も多く、かつ均等な濃度間隔で階
調表示を行なうことができる。そのような最適面積比は A1:A2:…:An＝mn-1:mn-2:…:1である。ここにAi（ｉ
＝１、２、…、ｎ）は１表示単位中ｉ番目の画素群に含
まれる各画素の面積の合計を表わす。このように設計し
た電極構造の１表示単位は、表示濃度０％から100％ま
での間を100/mn％の間隔で、mn階調を表示できる。
表示階調数はｍのｎ乗というべき乗であり、各画素の
階調表示数ｍは少なくて済むので、多くの階調の表示が
容易に実現できる。たとえば、実施例１に示したように
ｍ＝２、ｎ＝４のとき16階調が表示できる。さらに、実
施例２に示したように、ｍ＝ｎ＝４とすれば256階調が
表示できる。
［発明の実施例］ この発明の実施例が以下に説明される。
第１図はこの発明の１実施例であるSTN−LCDの電極構
造を示す。第１図を参照して走査電極31と33の幅の和
と、走査電極32の幅との比は2:1である。この実施例に
おいては、走査電極31と33の幅は等しく、走査電極31、
33および32の幅の比は1:1:1である。一方、データ電極3
4と36の幅の和と、電極35の幅の比は4:1である。電極34
と36の幅は等しく、電極34と35と36の幅の比は2:1:2で
ある。
これら３本の走査電極と３本のデータ電極が交差して
できた９個の画素41〜49の面積比は2:2:2:1:1:1:2:2:2
である。走査電極31と33、データ電極34と36がそれぞれ
電気的に接合されているため、この９画素は、次の４つ
の電気的に同等な群Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに分けられる。
A:画素41、43、47、49 B:画素42、48 C:画素44、46 D:画素45 これら４群の画素面積比は、 A:B:C:D＝8:4:2:1 である。この４群の画素を次に掲げる第１表に示す組合
せで点灯すると、16階調を表示することができる。第１
表は、１つの表示単位の４つの画素Ａ、Ｂ、ＣおよびＤ
を２階調で表示する組合せ方と、該表示単位が表示され
る階調の対応関係を示すものである。表中の０は非点灯
状態にあることを、１は点灯状態にあることを示す。
それぞれの中間調での各画素の点灯・非点灯のパター
ンを第２図に示す。第２図を参照して、各パターン図に
付加されている符号は、各パターン図の表わしている表
示階調番号を示す。この電極構造は、表示単位の中心と
中間調の濃度の重心とが、すべての階調において一致し
ているので、表示品位が優れている。
第３図はこの発明の他の実施例であるSTN−LCDの電極
構造を示す。第３図を参照して、走査電極51と53の幅の
和と、走査電極52の幅の比は4:1である。この実施例に
おいては、走査電極51と53の幅は等しく、走査電極51と
52と53の幅の比は、2:1:2である。データ電極54と電極5
6の幅の和と、電極55の幅の比は16:1である。電極54と5
6の幅は等しく、電極54と55と56の幅の比は、8:1:8であ
る。
これら３本の走査電極と３本のデータ電極が交差して
できた９個の画素61〜69の面積比は、16:8:16:2:1:2:1
6:8:16である。走査電極51と53、データ電極54と56はそ
れぞれ電気的に接続されているので、これら９個の画素
は、次の４群の電気的に等価な群Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈに分け
られる。
E:画素61、63、67、69 F:画素62、68 G:画素64、66 H:画素65 これら４群の電極面積比は、 E:F:G:H＝64:16:4:1 である。それぞれの群の画素を４階調表示し、その結果
生じるすべての組合わせで点灯すれば、256階調を表示
することができる。この実施例においても、実施例１と
同様にすべての階調にわたって表示単位の中心と中間調
の濃度の重心とが一致しており、表示品位が優れてい
る。
［発明の効果］ 以上のようにこの発明においては液晶表示装置は、表
示単位と、表示単位を構成し個別的かつ選択的に表示可
能な複数の画素と、各画素を個別的かつ選択的に表示す
る駆動手段と、１表示単位内において表示する画素の数
を制御する手段とを含む。各表示単位はその構成要素で
ある各画素の階調の加重平均で階調表示されているよう
に感じられる。その結果、各々の画素は低い階調数で表
示しながら、隣接する複数の画素の集合である表示単位
としては、階調数16〜256という高階調表示を高い精度
で行なうことが可能な液晶表示装置を提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例１の液晶表示装置の電極構造を
示す概略平面図であり、第２図は実施例１になる液晶表
示装置の１表示単位の階調表示状況を示す図であり、第
３図は本発明の実施例２になる液晶表示装置の電極配置
を示す概略平面図であり、第４図は従来のマルチプレッ
クス駆動液晶表示装置の液晶表示部の概略断面図であ
り、第５図は従来のマルチプレックス駆動液晶表示装置
の電極構造を示す斜視図であり、第６図はそのVII−VII
方向の矢視図であり、第７図はTN−LCDにおける印加電
圧と透過光強度の対応を示すグラフであり、第８図は従
来のTN−LCDにおいて所望の階調表示を行なうために必
要な印加電圧を求める方法を示すグラフであり、第９図
は強誘電性液晶表示装置において階調表示を行なう液晶
表示装置の概略断面図であり、第10図は上述の階調表示
方式の原理を説明するためのグラフである。 図において、101、102は偏光板、103、104はガラス基
板、105はデータ電極、106は走査電極、107は液晶を表
わす。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｇ 3/36 Ｇ０９Ｇ 3/36

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数個の画素表示領域の配列を含む液晶表
    示パネルを備え、 各前記画素表示領域は、予め定める複数個の分割された
    分割画素表示領域を含み、 各前記分割画素表示領域は、第１の分割画素表示領域を
    除き、各々複数の部分分割画素表示領域から構成され、 それら各分割画素表示領域を構成する部分分割画素表示
    領域は、前記第１の分割画素表示領域を中心に回転対称
    な位置であり、 各前記画素表示領域は、個別的にかつ選択的に少なくと
    も２階調に表示可能にされ、 各前記画素表示領域において、分割画素表示領域を個別
    的にかつ選択的に表示駆動する表示駆動手段と、 前記表示駆動手段に結合され、各前記画素表示領域ごと
    に、表示駆動される前記分割画素表示領域の数を制御し
    て各前記画素表示領域ごとの階調を実現するための階調
    実現手段とを含む液晶表示装置。
  2. 【請求項２】複数個の画素表示領域の配列を含む液晶表
    示パネルを備え、 各前記画素表示領域は、幅2N:1:2N（Ｎは０以上の整
    数）の電極と、 幅22N+1:1:22N+1の電極の交差領域として形成される複
    数個の分割画素表示領域を含み、 各前記分割画素表示領域は、個別的にかつ選択的に少な
    くとも2N+1階調に表示可能にされ、 各前記画素表示領域において、分割画素表示領域を個別
    的にかつ選択的に表示駆動する表示駆動手段と、 前記表示駆動手段に結合され、各前記画素表示領域ごと
    に、表示駆動される前記分割画素表示領域の数を制御し
    て各前記画素表示領域ごとの階調を実現するための階調
    実現手段とを含む液晶表示装置。
  3. 【請求項３】前記画素表示領域が４つの個別的にかつ選
    択的に表示駆動できる前記分割画素表示領域から形成さ
    れていることを特徴とする、請求項１または２に記載の
    液晶表示装置。
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