JP2006139258A - 液晶表示装置の階調具現装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピクセルに電圧でない定電流を供給し、ゲートがオン／オフされるまでデータを入力するための充電期間を階調表現数で時分割して階調を表現する階調具現装置及び方法を提供すること。
【解決手段】ピクセルに充電する電流を供給する電流供給部２０と、表示データをラッチするバッファ２１と、現在入力される表示データ及びバッファ２１にラッチされた以前の表示データを加算する加算器２２と、加算器２２の出力データを受信して、前記出力データの値に対応するパルス幅を有するスイッチ−オンパルスを電流供給部２０に伝達するパルス発生部２３と、電流供給部２０、加算器２２及びパルス発生部２３を制御する制御部２５とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、階調具現装置及び方法に関し、特に、ピクセルに定電流を供給し、ゲートがオン/オフされるまでデータを入力するための充電期間を階調表現数で時分割して階調を表現する階調具現装置及び方法に関する。

一般に、液晶表示装置は、複数のデータラインと複数のスキャンラインとの間に複数のピクセルがマトリックス構造で配置され、ピクセルの正極電極がデータライン、ピクセルの負極電極がスキャンラインに各々接続されて、１つの表示パネルを構成している。このような液晶表示装置は、データラインとスキャンラインとの電位差がピクセルのしきい値電圧を越える場合にピクセルを発光させ、ピクセルに電流が流れる時間に応じて明さを変更して多様な階調を具現する。

図１は、従来の階調具現装置の構成を示すブロックである。

従来の階調具現装置は、シフトレジスタ１０、データレジスタ１１、データラッチ１２、レベルシフタ１３、基準電圧発生器１４、Ｄ／Ａコンバータ１５及び出力バッファ１６を備える。

シフトレジスタ１０がエッジサンプリングクロックをデータレジスタ１１に供給し、データレジスタ１１がシフトレジスタ１０から供給されるエッジサンプリングクロックに応じて、タイミングコントローラ（図示していない）から供給されるＲＧＢデータを格納する。その後、ＲＧＢデータは１水平ラインの全ての表示データとして格納された後、データラッチ１２に移動する。

基準電圧発生器１４が外部から入力されるガンマ電圧を受信して内部のＲ−ｓｔｒｉｎｇ回路により６４階調レベル（６ビット）、または、２５６階調レベル（８ビット）の基準電圧を発生させる。

Ｄ／Ａコンバータ１５が、レベルシフタ１３を介してデータラッチ１２から出力される表示データを受信し、基準電圧発生器１４から提供される各階調レベルの基準電圧に基づいて受信した表示データに対応する出力電圧を発生させる。

出力バッファ１６がＬＣＤパネルを駆動する演算増幅器を備え、（出力バッファ１６の）出力信号が１回入力される１水平ラインのスキャン期間の間に一定の電圧を維持する。入力される各階調レベルに対する充電時間は１水平ラインのスキャン期間と同じであり、各々異なる階調レベルを出力するためには各々異なる電圧を必要とする。しかし、この従来の階調具現装置は入力されるガンマ電圧の電圧範囲が狭いので、多様な階調レベルを具現するには限界がある。言い換えると、従来の階調具現装置に入力されるガンマ電圧が５ｍＶの電圧レベルを有するため、従来の階調具現装置は１０２４階調（１０ビット）、または、それ以上の高い階調レベルを具現する場合、小さなレベルのガンマ電圧のために多様な階調を具現することができないという問題がある。

本発明は、上記のような従来の技術に内在していた問題点を解決するために案出されたものであって、階調具現時に定電流を使用してより多い階調を安定に具現できる階調具現装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一側面により、階調具現装置が提供されて、この装置は、ピクセルに充電する電流を供給する電流供給部と、表示データをラッチするバッファと、現在入力される表示データ及び前記バッファにラッチされた以前の表示データを加算する加算器と、前記加算器の出力データを受信し、前記出力データの値に対応するパルス幅を有するスイッチ−オンパルスを前記電流供給部に伝達するパルス発生部と、前記電流供給部、加算器及びパルス発生部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

上記の構成において、前記電流供給部が、ポジティブ定電流源、ネガティブ定電流源及びスイッチを備え、前記ポジティブ定電流源とネガティブ定電流源とが、前記スイッチ−オンパルスを共通に受信し前記スイッチに電流を出力し、前記スイッチが所定のフレームレートで前記ポジティブ定電流源、または、ネガティブ定電流源の出力電流を選択的に前記ピクセルに供給することができる。

上記の構成において、前記ポジティブ定電流源及びネガティブ定電流源は、前記スイッチにより交互に選択されうる。

本発明の他の一側面により、階調具現方法が提供されて、この方法は、（ａ）第１表示データを受信してラッチするステップと、（ｂ）前記第１表示データの値に対応するパルス幅を有する第１スイッチ−オンパルスを発生するステップと、（ｃ）前記第１スイッチ−オンパルスのパルス幅に対応する第１電流をピクセルに供給し、該ピクセルを充電するステップと、（ｄ）前記第１表示データの次に入力される第２表示データを受信してラッチするステップと、（ｅ）前記第２表示データとラッチされた前記第１表示データとを加算して第３表示データを生成するステップと、（ｆ）前記第３表示データの値に対応するパルス幅を有する第２スイッチ−オンパルスを発生するステップと、（ｇ）前記第２スイッチ−オンパルスに基づいて前記第１電流の反対極性を有する第２電流を前記ピクセルに供給し、該ピクセルを充電するステップとを含み、前記第２表示データの次に受信される第４表示データが前記（ｄ）〜（ｇ）のステップに従って処理されることを特徴とする。

前記第２電流は、前記第１電流により充電したピクセルを放電させる第１表示データの値に対応する電流と、前記ピクセルを充電する第２表示データの値に対応する電流とを含むことができる。

本発明によれば、基準クロック及び電流源を使用することにより、高い階調レベルを容易に具現でき、また、連続的な階調レベルを具現することによりＬＣＤの品質を向上させることができる。

以下、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態を説明する。なお、以下の説明及び図面において、同じ参照符号は同じ又は類似の構成要素を示すこととし、よって、同じ又は類似の構成要素に関する説明を省略する。

図２は、本発明に係る動作原理を説明する回路図である。

ＬＣＤピクセルの液晶セルに備えられたストレージキャパシタＣｓｔ及び液晶キャパシタＣｌｃが、電流源Ｉｃｏｎに接続されて電荷Ｑを供給される。ここで、ピクセルの駆動電流をＩｃｏｎ、その充電期間をＴｏｎとすれば、ピクセルにロードされる総電荷量は下記式（１）の通りである。

Ｑ_{（Ｃｌｃ＋Ｃｓｔ）}＝Iｃｏｎ×Ｔｏｎ ・・・・・（１）
ピクセル電圧は下記式（２）と（３）により得られる。

Ｖｌｃ＝Ｑ_{（Ｃｌｃ＋Ｃｓｔ）}／（Ｃｌｃ＋Ｃｓｔ） ・・・・・（２）
Ｖｌｃ＝［Ｉｃｏｎ／（Ｃｌｃ＋Ｃｓｔ）］×Ｔｏｎ ・・・・・（３）
もし電流Ｉｃｏｎ、液晶キャパシタＣｌｃ及びストレージキャパシタＣｓｔの値が与えられたら、式（３）から液晶セルの電圧は充電期間Ｔｏｎにより線形的に制御されうることが分かる。これは、異なる充電期間Ｔｏｎが供給されると、ピクセルには異なる電圧が生成されうることを意味する。即ち、互いに異なる充電期間を与えることにより、互いに異なる階調レベルが得られる。

図３は、階調レベル及びスイッチ−オンパルス間の関係を示す透過率−時間曲線を図示するグラフである。

図３に示した臨界領域は、階調レベル（以下、ＧＬとも記す）調整領域に入るために必要とする液晶の最小充電期間を意味し、この臨界領域では液晶の透過率（Ｔｒ）がほとんど変わらない。例えば、２^ｎ個の階調レベルを表示するためにｎビットを利用する場合、階調レベル調整領域を２^ｎ部分に分割することができる。この際、各階調レベルが異なる充電期間Ｔに分割される。

図４は、本発明の好ましい実施の形態に係る階調具現装置の構成を示すブロック図である。

本実施の形態に係る階調具現装置は、ピクセル（図示せず）に電流を供給する電流供給部２０、表示データをラッチするバッファ２１、現在入力される表示データ及びバッファ２１にラッチされた以前の表示データを加算する加算器２２、加算器２２の出力データを受信し、該出力データの値に対応するパルス幅を有するスイッチ−オンパルスＴｏｎを電流供給部２０に伝達するパルス発生部２３、パルス発生部２３に基準クロックを提供するオシレータ２４、及び電流供給部２０、加算器２２及びパルス発生部２３を制御する制御部２５を備える。

電流供給部２０が、ポジティブ定電流源２６、ネガティブ定電流源２７及びスイッチ２８を備え、ポジティブ定電流源２６及びネガティブ定電流源２７がパルス発生部２３から伝えられるスイッチ−オンパルスＴｏｎを共通に受信し、スイッチ２８を介してピクセルに電流を供給する。この際、スイッチ２８が制御部２５によりポジティブ定電流源２６、または、ネガティブ定電流源２７の出力電流を選択的にピクセルに供給させる。

以下、本実施の形態に係る階調具現装置の動作を、図５を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る階調具現装置において、初期に入力される表示データはバッファ２１によりラッチされると共に加算器２２を経てパルス発生部２３に入力される。パルス発生部２３が内部にカウンタを備えて、受信した表示データの値に対応するパルス幅を有するスイッチ−オンパルスＴｏｎを発生する。

次に、図５を参照してパルス発生部２３の詳細な動作を考察する。パルス発生部２３は受信する表示データの値だけ基準クロックをカウントし、それに対応するパルス幅を有するスイッチ−オンパルスＴｏｎを発生する。ここで、Ｔｒｅｆがパルス発生部２３で基本クロックとして用いられる基準クロックの期間、または、周期を表し、Ｔ_０、Ｔ_１、Ｔ_２…が階調レベルＧＬ０、ＧＬ１、ＧＬ２、…のそれぞれのスイッチ−オンパルスＴｏｎの幅を表す。また、ｍ０、ｍ１、ｍ２、…が受信する表示データに応じて基準クロックをカウントすることにより得られた整数を指す。スイッチ−オンパルスＴｏｎのパルス幅が、ピクセルに供給する電荷の充電期間を決定する。この充電期間が階調レベル（ＧＬ）の数に応じて、小さい時間単位に分割されうる。即ち、本発明では、パルス発生部２３に供給する基準クロックの周波数を上げることにより、充電期間を容易に分割することができる。

上記動作により発生されるスイッチ−オンパルスＴｏｎが、電流供給部２０に伝えられ、これを受信するポジティブ電流源２６及びネガティブ電流源２７がパルスの持続期間だけ電流を発生する。この際、制御部２５がスイッチ２８を動作させて、所定の電流源（例えば、ポジティブ電流源）から出力される電流をピクセルに供給させて、電流を供給されるピクセルがポジティブ電荷を充電する。

その後、次の表示データがバッファ２１及び加算器２２に入力されると、バッファ２１がラッチしていた以前の表示データを加算器２２に出力し、加算器２２が入力された次の表示データ、即ち現在の表示データとバッファ２１から入力される以前の表示データとを加算して、パルス発生部２３に伝達する。

パルス発生部２３が現在の表示データ及び以前の表示データの加算値に対応するパルス幅を有するスイッチ−オンパルスＴｏｎを発生する。これを受信した電流供給部２０が、スイッチ−オンパルスＴｏｎのパルス持続期間だけネガティブ定電流源２７の出力電流をピクセルに供給し、ピクセルにネガティブ電荷を充電する。この際、ネガティブ電荷に含まれている以前の表示データの値に対応する電荷がピクセルに充電していた以前の表示データに対応する電荷を放電させると共に、ピクセルを現在の表示データの値に基づいて新しく充電する。

次に、従来の技術と本発明とを比較して説明する。

図１に示す従来の回路が入力されるガンマ電圧を分割して階調を具現することに対して、本発明に係る階調具現装置は、基準クロックと電流源とを用いて階調を具現する。即ち、ピクセルの充電期間が、表示データに応じて基準クロックをカウントすることにより決定される。従って、基準クロックの周波数が高くなるほど、より精確で、かつ、多様な階調を具現することができる。

以上では、本発明を特定の好ましい実施の形態に関連して図示し説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、特許請求の範囲により定められる技術的範囲と分野を逸脱しない範囲内で本発明が多様に改造及び変形できるということは当技術分野で通常の知識を有する者であれば容易に分かる。

従来の階調具現装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る動作原理を説明する回路図である。 階調レベル及びスイッチ−オンパルス間の関係を示す透過率−時間曲線を図示するグラフである。 本発明の実施の形態に係る階調具現装置のブロック構成を示す図である。 図４のパルス発生部の詳細動作を示す波形図である。

符号の説明

１０ シフトレジスタ
１１ データレジスタ
１２ データラッチ
１３ レベルシフタ
１４ 基準電圧発生器
１５ Ｄ/Ａコンバータ
１６ 出力バッファ
２０ 電流供給部
２１ バッファ
２２ 加算器
２３ パルス発生部
２４ オシレータ
２５ 制御部
２６ ポジティブ定電流源
２７ ネガティブ定電流源

Claims (5)

1. 液晶表示装置の階調具現装置において、
   ピクセルを充電する電流を供給する電流供給部と、
   表示データをラッチするバッファと、
   現在入力される表示データ及び前記バッファにラッチされた以前の表示データを加算する加算器と、
   前記加算器の出力データを受信し、前記出力データの値に対応するパルス幅を有するスイッチ−オンパルスを発生して前記電流供給部に伝達するパルス発生部と、
   前記電流供給部、前記加算器及び前記パルス発生部を制御する制御部とを備えることを特徴とする階調具現装置。
2. 前記電流供給部は、
   ポジティブ定電流源、ネガティブ定電流源及びスイッチを備え、
   前記ポジティブ定電流源とネガティブ定電流源とが、前記スイッチ−オンパルスを共通に受信し、前記スイッチに電流を出力し、
   前記スイッチが、所定のフレームレートで前記ポジティブ定電流源、または、ネガティブ定電流源の出力電流を選択的に前記ピクセルに供給することを特徴とする請求項１に記載の階調具現装置。
3. 前記ポジティブ定電流源及びネガティブ定電流源が、前記スイッチにより交互に選択されることを特徴とする請求項２に記載の階調具現装置。
4. 液晶表示装置の階調具現方法において、
   （ａ）第１表示データを受信してラッチするステップと、
   （ｂ）前記第１表示データの値に対応するパルス幅を有する第１スイッチ−オンパルスを発生するステップと、
   （ｃ）前記第１スイッチ−オンパルスのパルス幅に対応する第１電流をピクセルに供給し、該ピクセルを充電するステップと、
   （ｄ）前記第１表示データの次に入力される第２表示データを受信してラッチするステップと、
   （ｅ）前記第２表示データとラッチされた前記第１表示データとを加算して第３表示データを生成するステップと、
   （ｆ）前記第３表示データの値に対応するパルス幅を有する第２スイッチ−オンパルスを発生するステップと、
   （ｇ）前記第２スイッチ−オンパルスに基づいて前記第１電流の反対極性を有する第２電流を前記ピクセルに供給し、該ピクセルを充電するステップとを含み、
   前記第２表示データの次に受信される第４表示データが前記（ｄ）〜（ｇ）のステップに従って処理されることを特徴とする液晶表示装置の階調具現方法。
5. 前記第２電流が、
   前記第１電流により充電されたピクセルを放電させる第１表示データの値に対応する電流と、前記ピクセルを充電する第２表示データの値に対応する電流とを含むことを特徴とする請求項４に記載の階調具現方法。
   

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