JP2006139255A - 液晶表示装置の階調表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高速動作に伴うドライバＩＣの電力消費の増加を抑制し、ドライバＩＣのサイズを小型化することができる液晶表示装置の階調表示方法を提供すること。
【解決手段】 １フレームの間、ピクセルにおける液晶の反応時間を、逐次的なｎ個のサブフレーム（例えば、ｅ〜ｉ）に分割するステップと、ピクセルをイネーブルし、１フレームの間、ピクセルにガンマ電圧ａ〜ｄを印加するステップと、ｎ個のサブフレームそれぞれの間、ガンマ電圧ａ〜ｄを用いて、ピクセルの液晶を反応させるステップと、所定のｉ（ｉは正の整数）番目のサブフレームの終了時点で、ピクセルをディスエーブルさせるステップとを含み、ｎ個のサブフレームそれぞれの間、ピクセルがディスエーブルされる時点を調節するとともに、ガンマ電圧ａ〜ｄのレベルを制御することにより、ピクセルの光の透過量を調節する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、液晶表示装置の階調表示方法に関し、ガンマ電圧とサブフレームとを連動し階調を表示する液晶表示装置の階調表示方法に関する。

液晶表示装置は、カラーフィルタが形成されている上部基板、上部基板と一定の間隔を隔てて位置している下部基板、及び上部基板と下部基板との間に配置された液晶層を備えている。さらに、下部基板の下側にはバックライトが配置されている。このような液晶表示装置においては、液晶に一定の電圧を加えることにより、液晶の捩れ程度に応じて、バックライトが液晶層を透過する割合（光の透過率）が調節されて、ユーザが希望する画像信号が得られるようになっている。この画像信号を得るために、液晶に対しては階調形式で画像情報を含むデータ電圧が印加される。

このような液晶表示装置には、主に２つの画像表示方式がある。そのひとつは、上部基板にＲ、Ｇ、Ｂの３色のカラーフィルタを使用して、基板に対して白色光を透過させることにより、画像信号を得るカラーフィルタ方式である。もうひとつの方式は、基板にたいしてＲ、Ｇ及びＢの３色の光を順に透過させることにより、画像信号を得るフィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ： Field Sequential Color）方式である。

液晶表示装置において階調を表示する方法には、制御ボードで基準のガンマ電圧を設定して、ソースドライバ内の抵抗ストリング(resistor string)を使用し、ガンマカーブを合せる方式、及び複数のサブフレームのオン／オフ駆動により階調を表示するディジタル駆動方式などがある。

ここで、ソースドライバ内の抵抗ストリングを使用することにより、ガンマカーブを合せる方式には、外部バッファで設定されたｎ個の基準電圧を、ソースドライバにおけるガンマ基準電圧として使用する方法がある。このソースドライバによって、Ｒ−ストリング回路を使用して、詳細に各階調に対する電圧を設定し、Ｄ／Ａ変換機及び内部バッファにより、階調を表示する。ディジタル駆動方式の場合には、１つのフレームを複数のサブフレームに分けて、各々のサブフレームに対応するディジタルデータが入力され、複数のサブフレームにおいて各ピクセルをオン／オフ駆動することにより階調を表示する。

しかし、ソースドライバ内の抵抗ストリングを用いて、ガンマカーブを合せる方式では、それぞれの階調を表示するために、ドライバＩＣ（ソースドライバ）の内部にＤ／Ａ変換機及びバッファが必要である。そのため、ドライバＩＣが大きくなるという問題がある。また、ディジタル駆動方式の場合には、サブフレームの数だけ液晶を充／放電するので、高速駆動が可能なドライバＩＣが必要であり、高速駆動には多くの電力を必要とするので、電力消費が多いという問題がある。

本発明は、上記従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、階調電圧に関係する光の透過特性とサブフレームのオン／オフとを相互に作用させ、ドライバＩＣの高速駆動の際に生じる問題点を解決することにより、ドライバＩＣを小型化することができる液晶表示装置の階調表示方法を提供することをその目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置の階調表示方法（１）は、１フレームの間、ピクセルにおける液晶の反応時間を逐次的なｎ個のサブフレームに分割するステップと、前記ピクセルをイネーブルし、固定された特定のサブフレームの間、前記ピクセルにガンマ電圧を印加するステップと、前記特定のサブフレームの間、前記ガンマ電圧を用いて、前記ピクセルの液晶を反応させるステップと、前記特定のサブフレームの終了時点に、前記ピクセルをディスエーブルするステップとを含み、前記ガンマ電圧のレベルを制御することにより、前記ピクセルに充電する電荷量を調節することを特徴とする。

また、上記液晶表示装置の階調表示方法（１）において、前記ｎ個のサブフレームのそれぞれが、固定されたデータアドレッシング時間及びブランク時間を有し、該ブランク時間を制御することにより、前記ピクセルの液晶の反応時間を調節することが好ましい。

また、上記液晶表示装置の階調表示方法（１）において、前記ブランク時間が、前記液晶表示装置のメインクロックの数を調整することにより調節可能であることが好ましい。

本発明に係る液晶表示装置の階調表示方法（２）は、１フレームの間、ピクセルにおける液晶の反応時間を、逐次的なｎ個のサブフレームに分割するステップと、前記ピクセルをイネーブルし、固定されたレベルを有するガンマ電圧を前記ピクセルに印加するステップと、前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ガンマ電圧を用いて、前記ピクセルに電荷を充電するステップと、所定のｉ（ｉは正の整数）番目のサブフレームの終了時点で、前記ピクセルをディスエーブルさせるステップとを含み、前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ピクセルがディスエーブルされる時点を調節することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することを特徴とする。

また、上記液晶表示装置の階調表示方法（２）において、前記ｎ個のサブフレームのそれぞれが、固定されたデータアドレッシング時間及びブランク時間を有し、該ブランク時間のレベルを制御することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することが好ましい。

また、上記液晶表示装置の階調表示方法（２）において、前記ブランク時間が、前記液晶表示装置のメインクロックの数を調整することにより調節可能であることが好ましい。

本発明に係る液晶表示装置の階調表示方法（３）は、１フレームの間、ピクセルにおける液晶の反応時間を、逐次的なｎ個のサブフレームに分割するステップと、前記ピクセルをイネーブルし、１フレームの間、前記ピクセルにガンマ電圧を印加するステップと、前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ガンマ電圧を用いて、前記ピクセルに電荷を充電するステップと、所定のｉ（ｉは正の整数）番目のサブフレームの終了時点で、前記ピクセルをディスエーブルさせるステップとを含み、前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ピクセルがディスエーブルされる時点を調節するとともに、前記ガンマ電圧のレベルを制御することにより、前記ピクセルの液晶の反応量を調節することを特徴とする。

また、液晶表示装置の階調表示方法（３）において、前記ｎ個のサブフレームが、固定されたデータアドレッシング時間及びブランク時間を有し、前記ブランク時間のレベルを制御することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することが好ましい。

また、液晶表示装置の階調表示方法（３）において、前記ブランク時間が、前記液晶表示装置のメインクロックの数を調整することにより調節可能であることが好ましい。

上記本発明に係る液晶表示装置の階調表示方法によれば、ガンマ電圧とサブフレームとを組み合わせることによって、逐次的にサブフレームを駆動させて階調を表示するので、高速動作に伴うドライバＩＣの電力消費を抑制することができるとともに、ドライバＩＣのサイズを小型化することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る階調表示方法を説明するためのグラフであり、サブフレームとガンマ電圧との関係を示している。

本発明に係る第１の実施の形態では、特定のピクセルに入力されるデータに関係する１つのフレームを、複数の逐次的なサブフレームに分割して、固定された特定のサブフレームｅの間、それぞれレベルが異なるガンマ電圧ａ、ｂ、ｃ、ｄをピクセル毎に印加して、特定のサブフレームｅの終了時点で全ピクセルをディスエーブルさせる。この際、ピクセル毎に印加されるレベルが異なるガンマ電圧により、特定のフレームの間に反応する液晶の反応程度（液晶分子の動作反応量）が変化する。すなわち、レベルが異なる電圧が印加されても各ピクセルは、同時にディスエーブルされるが、例えば、“ａ”及び“ｄ”の階調電圧がピクセルに印加された場合、それぞれ符号“１”、“２”の領域に対応する液晶の反応量、すなわちピクセルにおける光の透過量が異なる。したがって、ピクセル毎に異なるガンマ電圧を印加することにより、相互に異なった階調を表示することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係る階調表示方法を説明するためのグラフであり、サブフレームとガンマ電圧との関係を示している。

第２の実施の形態に係る階調表示方法の場合には、特定のピクセルに入力されるデータに関係する１つのフレームを、逐次的な複数のサブフレームｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉに分割し、各々のサブフレームの間、各ピクセルに同じレベルのガンマ電圧を印加して、所定のサブフレームで、一部のピクセルをディスエーブルさせる。この際、同じ階調電圧が複数のピクセルに印加されたとして、液晶の反応程度は、各ピクセルがディスエーブルされるサブフレームに応じて変化する。例えば、ピクセルが、符号“イ”で示されるように２番目のサブフレームｆでディスエーブルされる場合、又は符号“ロ”で示されるように３番目のサブフレームｇでディスエーブルされる場合、液晶の反応程度は、それぞれ符号“３”、“４”で表される領域に応じて異なる。したがって、ピクセル毎に、ディスエーブルさせるサブフレームを選択することにより、それに応じた階調を表示することができる。

図３は、本発明の第３の実施の形態に係る階調表示方法を説明するためのグラフであり、サブフレームとガンマ電圧との関係を示している。

第３の実施の形態に係る階調表示方法は、図１及び図２で説明した階調表示方法を組み合わせた方法である。すなわち、１つのフレームを複数の逐次的なサブフレームｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉに分割して、各々のサブフレームの間、ピクセルに対して、相互にレベルが異なるガンマ電圧ａ、ｂ、ｃ、ｄを印加して、所定のサブフレームでピクセルをディスエーブルさせる。この際、液晶の反応程度は、ピクセルに印加される各々のガンマ電圧、及びピクセルがディスエーブルされるサブフレーム（ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ毎）に変化する。例えば、最初のサブフレームｅでピクセルに印加するガンマ電圧を選択し、選択されたガンマ電圧をピクセルに印加する。この際、ピクセルに対する階調電圧は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）で入力データに対応する階調電圧を選択できるように設計する。２番目のサブフレームｆでピクセルをディスエーブルさせる場合、各階調電圧に対する液晶の反応程度は、最初のサブフレームｅにおける階調電圧の選択に応じて変化する。また、３番目のサブフレームｇでピクセルをディスエーブルさせる場合にも、階調電圧のレベルによって液晶の反応程度が変化する。

したがって、上記のように、階調電圧とサブフレームとの各々の交点Ａで、ピクセルをディスエーブルさせるために必要なタイミングを制御することにより、より多くの階調を表示することができる。すなわち、相互にレベルが異なるＭ（１、２、３、…、Ｍ）レベルのガンマ電圧とＮ（１、２、３、…、Ｎ）個のサブフレームを使用すると、（Ｍ−１）×Ｎ＋１の階調レベルを表示することができる。

図４は、ピクセルのディスエーブル方法を説明する図である。各フレームをピクセル単位でディスエーブルさせる方法では、ディスエーブルさせる各ピクセルにブラックデータが用いられる。すなわち、対応するピクセルのそれぞれをディスエーブルさせるために用いるサブフレームを、ルックアップテーブル内で決定して、ブラックデータの電圧より高い電圧をデータ用の最後のサブフレームに印加する（ＴＮモードの場合）。それによって、液晶の反応時間を短縮し、次のフレームが始まるまでに、液晶が完全に反応した状態になるようにする。これによって、液晶を基準状態にさせ、各ピクセルが同時にディスエーブルされ、また、ガンマ電圧のレベルが相互に違いがなく同じであっても、フレームの開始時点によって異なった輝度を示すという問題点を解決することができる。

次に、図５〜図８を参照し、フレームの時間を制御することにより、より精細に階調を表示する方法を説明する。

図５は、サブフレーム内の時間的構成を示す図であり、図５に示したように、各々のサブフレームは、データアドレッシング時間及びブランク時間で構成されている。このサブフレームにおけるデータアドレッシング時間を固定して、ブランク時間を調節することにより、精細に階調を表示することが可能である。

また、図６は、サブフレームの時間とガンマ電圧との関係を示すグラフであり、図６に示したように、フレームの時間を制御することにより精細に階調を表示する方法では、サブフレームの間ピクセルにガンマ電圧を印加して、サブフレームの終了時点でピクセルをディスエーブルさせる。この際、フレーム上のブランク時間を調節することにより、それぞれ“５”、“６”で示される領域に相当する液晶の反応程度を有する階調を表示することができる。ここで、ブランク時間は、メインクロックの数を調整することによって調節され、メインクロックは、その数がタイミング制御器でプログラム可能なように設計されている。

また、図７は、階調と光の透過率との関係を示すグラフであり、図７に示したように、例えば、フレームを４つのサブフレームｅ、ｆ、ｇ、ｈに分割して、各々のサブフレームの間、相互にレベルが異なる２レベルのガンマ電圧をピクセルに印加すると、２本のガンマ曲線（ｇａｍｍａ１、ｇａｍｍａ２）を形成する。ここで、点線は基準ガンマ曲線を表している。この際、液晶の光透過率を表す２本のガンマ曲線とサブフレームとの交点であるＢとＣ点では、両方のガンマ曲線が、同じ透過率であるので、同じ階調（ｋ）となる。したがって、表示可能な階調の数が１つ減り６となる。

図８は、階調と透過率との関係を示すグラフである。上記のように、表示される階調の数が減少する場合には、階調を精細に制御するために、３番目のサブフレームｇのブランク時間を調節することによって、フレームの時間を制御する。その結果、新しい階調ｋ’を表示することが可能となり、表示可能な階調数の減少が防止され、より細かく階調を表示することができる。

上記のように、本発明に係る液晶表示装置の階調表示方法は、Ｍレベルのガンマ電圧とＮ個のサブフレームとを組み合わせて駆動することにより、（Ｍ−１）×Ｎ＋１の階調を表示することができる。各交点の階調は、ルックアップテーブル内の各々の階調とマッチングされるので、各フレーム又は各サブフレームのブランク時間を調整することにより、より精細な階調表示を行うことが可能である。したがって、本発明によれば、フィールドシーケンシャルカラー（ＦＳＣ）方式のように、各サブフレームにおいて各ピクセルをオン／オフ駆動する従来のディジタル駆動方式において、ガンマ階調を加味することにより、ドライバＩＣの高速動作に伴う問題点が解決され、ドライバＩＣの小型化を図ることができる。

以上、特定の好ましい実施の形態と関連付けて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明は上記実施の形態に限定されるのではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な改良及び変形が可能であるというを容易に理解することができるであろう。

本発明の第１の実施の形態に係る階調表示方法を説明するためのグラフであり、サブフレームとガンマ電圧との関係を示している。 本発明の第２の実施の形態に係る階調表示方法を説明するためのグラフであり、サブフレームとガンマ電圧との関係を示している。 本発明の第３の実施の形態に係る階調表示方法を説明するためのグラフであり、サブフレームとガンマ電圧との関係を示している。 ピクセルをディスエーブルする方法を説明するための図である。 フレームの時間を制御することにより、精細に階調を表示する方法を説明するための図であり、サブフレーム内の時間的構成を示している。 フレームの時間を制御することにより、精細に階調を表示する方法を説明するためのグラフであり、サブフレームの時間とガンマ電圧との関係を示している。 フレームの時間を制御することにより、精細に階調を表示する方法を説明するためのグラフであり、階調と透過率との関係を示している。 フレームの時間を制御することにより、精細に階調を表示する方法を説明するためのグラフであり、階調と透過率との関係を示している。

Claims (7)

1. 液晶表示装置の階調表示方法において、
   １フレームの間、ピクセルにおける液晶の反応時間を、逐次的なｎ個のサブフレームに分割するステップと、
   前記ピクセルをイネーブルし、固定された特定のサブフレームの間、前記ピクセルにガンマ電圧を印加するステップと、
   前記特定のサブフレームの間、前記ガンマ電圧を用いて、前記ピクセルに電荷を充電するステップと、
   前記特定のサブフレームの終了時点に、前記ピクセルをディスエーブルするステップとを含み、
   前記ガンマ電圧のレベルを制御することにより、前記ピクセルに充電する電荷量を調節することを特徴とする液晶表示装置の階調表示方法。
2. 液晶表示装置の階調表示方法において、
   １フレームの間、ピクセルにおける液晶の反応時間を、逐次的なｎ個のサブフレームに分割するステップと、
   前記ピクセルをイネーブルし、固定されたレベルを有するガンマ電圧を前記ピクセルに印加するステップと、
   前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ガンマ電圧を用いて、前記ピクセルに電荷を充電するステップと、
   所定のｉ（ｉは正の整数）番目のサブフレームの終了時点で、前記ピクセルをディスエーブルさせるステップとを含み、
   前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ピクセルをディスエーブルさせる時点を調節することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することを特徴とする液晶表示装置の階調表示方法。
3. 液晶表示装置の階調表示方法において、
   １フレームの間、ピクセルにおける液晶の反応時間を、逐次的なｎ個のサブフレームに分割するステップと、
   前記ピクセルをイネーブルし、１フレームの間、前記ピクセルにガンマ電圧を印加するステップと、
   前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ガンマ電圧を用いて、前記ピクセルに電荷を充電するステップと、
   所定のｉ（ｉは正の整数）番目のサブフレームの終了時点で、前記ピクセルをディスエーブルさせるステップとを含み、
   前記ｎ個のサブフレームそれぞれの間、前記ピクセルをディスエーブルさせる時点を調節するとともに、前記ガンマ電圧のレベルを制御することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することを特徴とする液晶表示装置の階調表示方法。
4. 前記ｎ個のサブフレームのそれぞれが、固定されたデータアドレッシング時間及びブランク時間を有し、該ブランク時間を制御することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置の階調表示方法。
5. 前記ｎ個のサブフレームのそれぞれが、固定されたデータアドレッシング時間及びブランク時間を有し、該ブランク時間を制御することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置の階調表示方法。
6. 前記ｎ個のサブフレームのそれぞれが、固定されたデータアドレッシング時間及びブランク時間を有し、該ブランク時間を制御することにより、前記ピクセルの光の透過量を調節することを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置の階調表示方法。
7. 前記ブランク時間が、前記液晶表示装置のメインクロックの数を調整することにより調節可能であることを特徴とする請求項４〜６のいずれかの項に記載の液晶表示装置の階調表示方法。

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