JP2007078860A - 画素信号の制御方法と制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶分子の応答時間を短縮することができる画素信号の駆動技術を提供する。
【解決手段】フレーム期間において、画素への画素信号は初期電圧Ｖｇ１を有している。この駆動技術では、フレーム期間中に、画素信号を、初期電圧Ｖｇ１からこの初期電圧よりも高い中間電圧Ｖｍへと昇圧する。次いで、所定期間に亘って、画素信号を中間電圧Ｖｍに維持する。次いで、この所定期間後のフレーム期間中に、画素信号を、中間電圧Ｖｍからこの中間電圧よりも高い目標電圧Ｖｇ３へと昇圧する。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、ディスプレイの画素への画素信号を制御する技術に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）では、電圧や熱を加えることによって液晶（ＬＣ）分子を初期の配向状態から所定の配向状態へと変化させ、液晶分子の光学的な特性を変化させている。液晶分子の光学的特性の変化には、複屈折や偏光や二色性や光散乱や透過率の変化が含まれる。液晶分子の光学的性質が変化は、液晶ディスプレイ上の輝度の変化となって現れ、液晶ディスプレイを見る人の知覚に変化がもたらされる。

液晶ディスプレイを駆動するには、個々の画素電極に電圧を印加し、対応する液晶分子を所望の角度に回転させる。動画（絶えず変化する画像）を表示するには、液晶分子の応答時間を減らすことが必要となる。液晶分子の応答時間とは、液晶分子が印加された電圧に応答する速さを示すものである。

液晶分子の応答時間を低減する一部の従来技術では、ソース線路や列線路とも呼ばれるデータ線路を介して、画素電極に目標電圧よりも大きな駆動電圧（過駆動電圧）を印加するようにしている。多くの液晶ディスプレイでは、画素電極の初期電圧ｖ_ｇｌが一定である場合、目標電圧ｖ_ｇ２（画素電極を駆動する電圧）が高くなるほど、応答時間は減少する。応答時間は、以下の式（１）から導出される。
τｏｎ∝γｄ^２／Δε（ｖ_ｇ１ ^２−ｖ_ｇ２ ^２） （１）

しかしながら、（１）式は、すべての液晶ディスプレイに、そのまま適用されるものではない。例えば、パターン化垂直配向（ＰＶＡ）型の液晶ディスプレイでは、所定の条件下で高電圧を印加したときに、目標電圧の増大に伴って応答時間が増大することがある。また、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）型の液晶ディスプレイも、同様の挙動を示すことがある。

ＰＶＡ型の液晶分子は、静止状態において垂直に配向しており、液晶パネルに電界が印加されると、液晶分子の負の誘電異方性によって傾斜する。液晶分子が傾斜する方位角は、突起部とスリットの配列によるフリンジフィールド効果によって定められている。

図１６Ａは、従来のＭＶＡ型ＬＣＤ内の画素領域内の突起部とスリットの配置を示している。図１６Ｂは、図１６ＡのＡ−Ａ線に沿う断面を示している。図１６Ａにおいて、走査線路１０２とデータ線路１０４によって画定される画素領域１００には、走査線路１０２とデータ線路１０４に接続されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１０６と、ＴＦＴ１０６に接続されている画素電極１０８が設けられている。図１６Ａ、１６Ｂに示すように、突起部１１０とスリット１１２は、カラーフィルタ基板１１４や薄膜トランジスタ基板１１６の画素領域１００内にそれぞれ配置されている。液晶分子と上部又は下部偏光板（図示せず）との間の角がともに４５°となるように突起部１１０とスリット１１２を配置した場合、ＭＶＡ型ＬＣＤでは光を透過させたときに最大のグレースケール輝度を表示することができる。上部偏光子と下部偏光子に対して液晶分子が他の角度へと配向する場合、液晶分子は異常に配向していることとなる。

図１７Ａ〜１７Ｅは、零ボルトの状態から電圧を印加したときに、図１６Ａの領域１１８内の液晶分子が、突起部やスリットによるフリンジフィールド効果の影響を受けて配向する様子を示している。図１７Ａ〜図１７Ｅの横軸と縦軸は、それぞれ図１６ＡのＡ−Ａ’方向とＡ−Ｂ方向に対応している。図１７Ａと図１７Ｂに示すように、印加する電圧が５Ｖと５．５Ｖである場合、領域１１８内の液晶分子はフリンジフィールド効果の影響を受けて配向し、正常にスイッチングすることが確認される。しかしながら、図１７Ｃから図１７Ｅに示すように、印加する電圧を５．７５Ｖ，６．０Ｖ，６．５Ｖ等へと増大させた場合、領域１２０ａ、１２０ｂ内の一部の液晶分子がフリンジフィールド効果に則した方向に正しく配向せず、異常にスイッチングすることが確認できる。液晶分子の異常なスイッチングは、図１７Ｅの領域１２０ａ，１２０ｂにおいて最も顕著に現れる。

異常にスイッチングした液晶分子は、異常にスイッチングした後に、隣接する液晶分子の影響を受けて正常な角度へと傾斜していく。しかしながら、異常にスイッチングした液晶分子が正常な角度へ傾斜するのを待つ必要があり、その画素の応答時間は増大することになる。また、異常にスイッチングした液晶分子が正常な角度へと傾斜しない場合もあり、灰色や黒色のスポット等の異形が液晶ディスプレイに出現することがある。

ディスプレイの画素への画素信号を制御する方法が開示される。この方法では、フレーム期間において、画素への画素信号は初期電圧を有している。フレーム期間中に、画素信号を、初期電圧から初期電圧よりも大きい中間電圧へと昇圧する。次いで、フレーム期間中に、画素信号を、所定時間に亘って中間電圧に維持する。そして、この所定時間後のフレーム期間中に、画素信号を、中間電圧から中間電圧よりも大きい目標電圧へと昇圧する。

以下、本発明の理解するために、様々な細部についてする。しかしながら、本発明がこれらの細部を用いることなく実施でき、説明した実施形態から様々な変形や変更が可能であることは、当業者には理解されよう。

図１は、ディスプレイモジュール１３４を示している。ディスプレイモジュール１３４は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネル１４４を駆動するディスプレイ駆動装置１３０を備えている。ディスプレイ駆動装置１３０は、ＬＣＤパネル１４４のデータ線路（ソース線路や列線路とも称される）を駆動するデータ駆動器１４０を備えている。ディスプレイ駆動装置１３０はまた、ＬＣＤパネル１４４の走査線路（行線路とも称される）を駆動する走査駆動器１４２を備えている。
ＬＣＤパネル１４４には、垂直配向（ＶＡ）型ＬＣＤパネルや、パターン化垂直配向（ＰＶＡ）型ＬＣＤパネルや、マルチドメイン垂直配向（ＭＶＡ）型ＬＣＤパネルや、他の種類のＬＣＤパネル等を用いることができる。

ディスプレイ駆動装置１３０内のタイミングコントローラ１３８は、画像データを入力し、この画像データに応答して、画像データに対応する信号をデータ駆動器１４０へ出力する。データ駆動器１４０は、画像データに対応する信号に従って、データ線路に適当な電圧レベルの信号を出力する。データ駆動器１４０と走査駆動器１４０内の駆動装置の動作タイミングは、タイミングコントローラ１３８によって制御される。

本発明の実施形態では、ディスプレイ駆動装置１３０に入力される画像データに、データ補償装置１３２が生成する補償画像データが含まれる。ディスプレイ駆動装置１３０に入力される補償画像データは、所定の条件下で、ＬＣＤパネル１４４内の選択された画素に、フレーム期間内で電圧値が段階的に変化する信号を印加（多段電圧印加、即ち多段駆動技術）する。また、データ補償装置１３２が出力する補償画像データは、所定の条件下で、選択された画素のデータ線路に過駆動電圧を出力（過駆動技術）する。以下に詳述するように、選択された画素にデータ線路を介して出力される電圧が、多段駆動技術と過駆動技術によって制御されることにより、液晶モジュールの応答時間が改善される。

データ補償装置１３２は、後段において図１２〜１５を参照しながら説明するように、システムの様々な部分のいずれにも実装することができる。

データ駆動器１４０がデータ線路に出力する電圧は、ＬＣＤパネルの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を介して、選択された画素毎に伝えられる。ＴＦＴは、走査駆動器１４２によって走査線が駆動されることでオンする。データ線路に印加された電圧は、ＴＦＴを介して画素へ伝達され、対応する液晶分子が回転することとなる。

選択された画素へデータ線路を介して入力される画素信号の初期電圧、即ち、初期グレースケール電圧は、選択された画素における基準電位となる。目標電圧、即ち、目標グレースケール電圧は、対応する液晶分子を回転させることによって目標とする輝度を実現する電圧である。図２Ａの例に示すように、画素のグレースケール電圧は、初期グレースケール電圧ｖｇ１から目標グレースケール電圧ｖｇ２へと変化し、画素の液晶分子を回転させる。図２Ｂは、画素の輝度（ユーザが知覚する輝度に対応する）の経時的変化を示している。液晶分子は、応答時間ｔ_ｂｒ（ｔ_ｂｇ１とｔ_ｂｇ２との間の期間）中に、初期の配向状態から、異なる配向状態へと変化する。換言すれば、応答時間ｔ_ｂｒ中に、画素の輝度は、初期の輝度ｂ_ｇ１から目標輝度ｂ_ｇ２へと変化し、目標とするグレースケールレベルが表示される。

上記のように、液晶分子が垂直配向状態から水平配向状態に向けて変化するときに、画素に印加される電圧が短時間で急激に変化すると、液晶分子が異常な方向へと回転してしまい、異常なスイッチングが生じることがある。液晶分子の光電子特性によれば、初期電圧ｖｇ１に応じて逆行バイアス電圧ｖ_ｃｇ１が定められ、印加電圧の瞬時昇圧幅（バイアス電圧）が逆行バイアス電圧ｖ_ｃｇ１よりも大きい場合、画素の液晶分子が異常にスイッチングするおそれが生じる。

異常スイッチングの影響が、図３Ａと図３Ｂに例示してある。図３Ａに示すように、画素の目標電圧ｖｇ３は、逆行電圧Ｖ_{ｒｅｖｅｒｓｅｄ}よりも大きい。ここで、逆行電圧Ｖ_{ｒｅｖｅｒｓｅｄ}は、初期電圧ｖ_ｇ１に画素の逆行バイアス電圧ｖ_ｃｇ１を加えたものである。即ち、初期電圧が異なると、逆行電圧も異なることとなる。「逆行バイアス電圧」は、液晶分子の異常スイッチングが生じるおそれのある電圧昇圧幅を示している。逆行バイアス電圧は、液晶表示パネルに応じて変化する。また、逆行バイアス電圧は、初期電圧に応じても変化する。駆動電圧を初期電圧ｖ_ｇ１から目標電圧ｖ_ｇ３へと直接に上昇させた場合、初期電圧ｖ_ｇ１から目標電圧ｖ_ｇ３までの電圧昇圧幅は、逆行バイアス電圧ｖ_ｃｇ１を超えてしまう。この場合、液晶分子が誤った方向へと回転してしまい、異常スイッチングが生じることがある。その結果、図３Ｂに示すように、画素の輝度（曲線１８０で表示）が初期の輝度ｂ_ｇ１から目標とする輝度ｂ_ｇ２へと変化するために、より長い応答時間ｔ_ｒｂ３を必要とすることになる。液晶分子の異常スイッチングによって画素の応答時間が長くなってしまうと、表示画面に残像が出現することがある。

図３Ｂの曲線１８２は、駆動電圧を初期電圧ｖ_ｇ１から目標電圧ｖ_ｇ２へと変化させたときの画素の輝度の変化を示している。ここで、ｖ_ｇ１とｖ_ｇ２との間の差は、逆行バイアス電圧ｖ_ｃｇ１よりも小さい。この場合、画素の輝度はｔ_ｒｂ３よりも短い応答時間（ｔ_ｂｇ１−ｔ_ｂｇ２）で、初期の輝度ｂ_ｇ１から目標とする輝度ｂ_ｇ２へと変化する。図３Ｂからもわかるように、駆動電圧の変動幅が画素の逆行バイアス電圧を超えてしまうと、応答時間が増大してしまうことになる。

駆動電圧の変動幅が画素の逆行バイアス電圧を超えることによって液晶分子の異常スイッチングが生じるという問題に対処するために、本実施形態では多段電圧印加（多段駆動技術）を用いる。即ち、走査線路によって選択された画素に出力する画素信号を、段階的に変動させる。ここでは、画素信号を初期電圧から中間電圧（初期電圧よりも大きい）へと昇圧し、所定の一定期間後に、中間電圧から目標電圧（中間電圧よりも大きい）へと昇圧する。

図４Ａに示すように、画素は、現フレーム期間ｔ_ｆｏにおいて、初期電圧ｖ_ｇ１を有している。初期電圧ｖ_ｇ１は、先のフレーム期間ｔ_ｆｐにおける画素の目標電圧とすることができる。本実施形態における多段駆動技術では、初期電圧ｖ_ｇ１から目標電圧ｖ_ｇ３となるまで複数回に分けてバイアス電圧を付加することによって、電圧昇圧幅が逆行バイアス電圧ｖ_ｃｇ１を超えることを禁止する。それにより、図４Ａに示すように、初期電圧ｖ_ｇ１から逆行電圧Ｖ_{ｒｅｖｅｒｓｅｄ}を超えて電圧が変動することが禁止される。先ず、現フレーム期間ｔ_ｆｏの開始時又はその近くの時刻ｔ_ｍにおいて、第１のバイアス電圧ｖ_ｍｇ１を付加する。この第１のバイアス電圧ｖ_ｍｇ１を印加することによって、画素の電圧は初期電圧ｖ_ｇ１からより高い中間電圧ｖ_ｍへと上昇する。ここで、ｖ_ｍｇ１＜ｖ_ｃｇ１である。次に、時間ｔ_ｍから所定時間だけ遅れた時刻ｔ_ｇ３において、第２のバイアス電圧ｖ_ｇｍ３を付加する。それにより、画素の電圧が中間電圧ｖ_ｍからより高い目標電圧ｖ_ｇ３へと上昇する。時間ｔ_ｍと時間ｔ_ｇ３との間では、画素の電圧が一定の中間電圧ｖ_ｍに保たれる。

多段駆動技術において、期間ｔ_ｇ３−ｔ_ｍ（画素電圧が初期電圧から目標電圧ではなく中間電圧へと上昇する期間）は、例えば現フレーム期間（ｔ_ｆｏ）よりも短くすることができる。ここで、「フレーム」とは、一連の画像群における一枚の全体画像を意味している。「フレーム期間」には、アクティブ期間とブランキング期間とが含まれている。ここで、アクティブ期間とはＬＣＤパネルの全画素を駆動するのに要する期間であり、ブランキング期間はＣＲＴ（陰極線管）モニタにて行われるブランキング用の期間に整合させるための期間である。

先に説明したように、逆行バイアス電圧は、初期電圧に応じて変化する。そのことから、画素の電圧を中間電圧ｖ_ｍへと上昇させた後は、逆行バイアス電圧ｖ_ｃｍ（図示せず）が中間電圧に応じて定まることに留意されたい。時間ｔ_ｇ３に印加する第２のバイアス電圧ｖ_ｇ３ｍは、この逆行バイアス電圧ｖ_ｃｍより小さくなければならない。一般に、液晶分子の異常スイッチングや画素の応答時間が長くなるという問題は、初期電圧が低いときほど顕著となる。そのことから、第１のバイアス電圧ｖ_ｍｇ１の大きさは、中間電圧へと昇圧した後に付加する第２のバイアス電圧ｖ_ｇ３ｍよりも、小さくすることがより有効といえる。

図４Ｂは、図４Ａに示す電圧が印加されたときの画素の輝度の経時的変化を示すグラフである。時刻ｔ_ｍと時刻ｔ_ｇ３の間において逆行電圧よりも低い中間電圧ｖ_ｍへと電圧が上昇するのに応答して、画素の輝度は初期輝度ｂ_ｇ１から中間輝度ｂ_ｍへと上昇する。続いて中間電圧ｖ_ｍから目標電圧ｖ_ｇ３へと印加電圧が上昇するのに応答して、輝度は目標輝度ｂ_ｇ３へと続いて上昇する。この多段駆動技術によると、付加される第１のバイアス電圧ｖ_ｍｇ１が逆行バイアス電圧ｖ_ｃｇ１未満となるので、画素内の液晶分子が正常に回転することができ（換言すれば、液晶分子が誤った方向へ回転することがなく）、改善された応答時間で画素の輝度は所定の目標輝度ｂ_ｇ３へと上昇する。

図５は、多段駆動技術と従来の駆動技術を用いた垂直配向型の液晶ディスプレイについて、グレースケール差（横座標）（グレースケール差はゼログレースケールと目標グレースケールとの間の差分である）と応答時間（縦座標）との間の関係を示している。図６は、液晶ディスプレイのグレースケールと駆動電圧との間の関係を示している。グレースケールの変化が小さい（初期電圧と目標電圧の間の差が比較的小さい）領域では、応答時間はグレースケールに対して逆比例する。換言すれば、グレースケール差が大きいときほど、駆動電圧はより高くなり（図６参照）、液晶ディスプレイの応答時間はより短くなる。しかしながら、グレースケール差が所定の閾値を超える領域、例えば図５に示すように初期ゼログレースケールから２４４グレースケールを超えて変化する領域では、従来の駆動技術を用いると液晶分子に異常スイッチングが生じてしまい、グレースケール差が２４４グレースケールを超えて増大するほど、応答時間はより長くなってしまう（曲線４０２）。対照的に、本実施形態による多段駆動技術を使用する場合、グレースケール差が大きくなり続けても、応答時間は短くなり続けることから（曲線４０４）、液晶ディスプレイの品質（応答時間の点で）が維持される。

ここでは垂直配向型の液晶ディスプレイを例に挙げて説明したが、本実施形態で説明した技術は別種の液晶ディスプレイ、例えばツイステッド・ネマチック（ＴＮ）ディスプレイに適用することができる。ＴＮディスプレイにおいても、逆行バイアス電圧を超えるバイアス電圧が画素に瞬間的に付加されると、液晶分子は誤った方向へ回転することがある。

図７は、従来の駆動技術と多段駆動技術について、０から２５５までグレースケールを変化させるときの輝度と応答時間の間の関係、および駆動電圧と応答時間の間の関係を示すグラフである。図７の曲線１７０は、従来の電圧駆動技術を示しており、ゼロボルトから６．４ボルトまで昇圧するバイアス電圧を付加するものである。ゼロボルトから６．４ボルトまで昇圧することは、液晶分子の異常スイッチングを引き起こす画素の逆行バイアス電圧を超えて昇圧することに留意されたい。従って、曲線１７４が示すように、ゼログレースケールから２５５グレースケールまで上昇させるときの画素の応答時間はｔ_ｂｇ３となる。目標電圧を５．８ボルトに駆動（２５５グレースケールに対応）することで応答時間を改善できるが、到達する輝度は６．４ボルトでの輝度よりも低くなってしまう。

それに対して、本実施形態における多段駆動技術では、印加電圧に先ず中間電圧（図７の例では５．８ボルトであり、これは２４７グレースケールに対応する）へと昇圧（曲線１７２参照）するバイアス電圧を付加する。次いで、印加電圧を中間電圧に維持した後、印加電圧を２５５グレースケール（曲線１７２参照）に対応する６．４ボルトの目標電圧まで上昇させる。曲線１７６が示すように、画素の輝度は先ずゼロから２４７グレースケールまで上昇し、続いて目標とする２５５グレースケールまで上昇する。画素が目標とするグレースケールに到達するまでの応答時間はｔ_ｂｇｍとなる。この応答時間ｔ_ｂｇｍは、従来の駆動技術による応答時間ｔ_ｂｇ３よりも、十分に短いものとなる。さらに、所望する２５５グレースケールの輝度を、電圧を６．４ボルトまで昇圧することで達成することができる。

上記に説明した多段駆動技術は、過駆動技術と適宜選択的に組み合わせて実施することができる。選択された画素のグレースケール差（初期グレースケールと目標グレースケールの間の差分）が比較的小さいときは、選択された画素の駆動に過駆動技術を用いる。一方、そのグレースケール差が逆行バイアス電圧を超える場合には、選択された画素の駆動に多段駆動技術を用いる。さらにまた、ディスプレイ駆動装置１３０（図１）は、状況に応じて、二つの技術を選択的に切り替えながら用いることができる。

図８は、過駆動技術による駆動電圧の一例を経時的に示すグラフである。図８に示すように、画素の目標電圧ｖ_ｇ３は、逆行電圧Ｖ_{ｒｅｖｅｒｓｅｄ}よりも小さい。時刻ｔ_ｇｏｄにおいて、駆動電圧は、目標電圧Ｖ_ｇ３よりも大きく逆行電圧Ｖ_{ｒｅｖｅｒｓｅｄ}よりも小さい過駆動電圧Ｖ_ｏｄまで上昇される。その結果、画素の液晶分子は、目標電圧ｖ_ｇ３に対応する角度へとより短時間の間で回転することができる。液晶分子が時刻ｔ_ｇ３において対応する角度まで回転した後、駆動電圧を目標電圧ｖ_ｇ３へと変化させることによって、液晶分子の正常なスイッチング状態は維持される。

図９は、過駆動技術による駆動電圧の他の一例を経時的に示すグラフである。この過駆動技術は、目標電圧ｖ_ｇ３が逆行電圧Ｖ_{ｒｅｖｅｒｓｅｄ}を超える場合に適用することができる。先ず時刻ｔ_ｍにおいて、駆動電圧を中間電圧ｖ_ｍまで上昇させる。次に、時刻ｔ_ｇｏｄにおいて、駆動電圧を、中間電圧ｖ_ｍから目標電圧ｖ_ｇ３を上回る過駆動電圧ｖ_ｏｄまで上昇させる。そして、時刻ｔ_ｇ３において、駆動電圧を、過駆動電圧ｖ_ｏｄから目標電圧ｖ_ｇ３まで低下させる。図９に例示する駆動技術（「複合駆動技術」）は、液晶分子の正常なスイッチングと、より迅速な応答時間を維持するために、多段駆動技術に過駆動技術を複合したものである。

図１０は、過駆動技術（図８）と多段駆動技術（図４Ａ）を選択的に実行する手順の一例を示すフローチャートである。先行フレームのフレームデータは、データ補償装置１３２（図１）が記憶（８０１）する。フレームデータは、例えばデータ補償装置１３２のフレームメモリに記憶される。次に、先のフレームの画像データをフレームメモリから取得し、初期グレースケールＧ_ｉを取得（８０２）する。また、現フレームの画像データもデータ補償装置１３２により受信し、目標グレースケールＧ_ｔを取得（８０４）する。目標グレースケールＧ_ｔは、データ補償装置１３２によって初期グレースケールＧ_ｉと比較（８０６）される。｜Ｇ_ｔ−Ｇ_ｉ｜＞ΔＧ_ｌｉｍである場合、多段駆動技術が選択（８０８）される。他方、｜Ｇ_ｔ−Ｇ_ｉ｜＜ΔＧ_ｌｉｍである場合、過駆動技術が選択（８１０）される。ここで、初期グレースケールＧ_ｉと目標グレースケールＧ_ｔは、図４Ａの初期電圧ｖ_ｇ１と目標電圧ｖ_ｇ３に対応する所定のグレースケールを示し、ΔＧ_ｌｉｍは逆行バイアス電圧Ｖ_ｃｇ１に対応する所定のグレースケール差を示す。図５の曲線４０２に示すように、所定のグレースケール差ΔＧ_ｌｉｍは、例えば２４４グレースケールとなる。

図１１は、従来の駆動技術（曲線９０２）と多段駆動技術（曲線９０４）と過駆動技術（曲線９０６）と複合駆動技術（曲線９０８）について、グレースケール差と応答時間との間の関係を示している。図１１において、横軸はグレースケール差を示しており、縦軸は応答時間を示している。曲線９０６が示すように、過駆動技術を単独で用いる場合、グレースケール差が小さな液晶ディスプレイであれば、応答時間を効果的に短縮することができる。しかしながら、グレースケール差が比較的に大きいものでは、液晶分子は依然として誤った方向へと回転することになり、過駆動技術を単独で用いると応答時間が長くなってしまう。曲線９０８に示すように、複合駆動技術は、優れた応答時間性能をもたらす。上記のように、複合駆動技術では、グレースケール差が小さいときには過駆動技術を用い、グレースケール差が大きいときには多段駆動技術を用いる。その結果、グレースケールの範囲全体に亘って液晶ディスプレイの応答速度を向上することができる。

図１２は、データ補償装置１３２の構成の一例を示すブロック図である。データ補償装置１３２は、コントローラ１３２１と、記憶装置１３２３（例えば、フレームメモリ）と、下位駆動ルックアップテーブル（ＬＵＴ）１３２５を備えている。

データ補償装置１３２は、第１の期間中に第１の画像データＰＤＤを入力し、それを記憶装置１３２３に記憶させるとともに、第２の期間中に第２の画像データＣＤＤを入力する。ここで、第２の期間は、少なくとも１フレーム期間だけ、第１の期間から遅れるものである。第２の画像データＣＤＤは、第２の期間内に、記憶装置１３２３に記憶される。下位駆動ルックアップテーブル１３２５は、コントローラ１３２１の制御下で、第２の画像データＣＤＤに対応する目標グレースケールと第１の画像データＰＤＤに対応する初期グレースケールとの間の差分を判定する（図１０の処理８０６）。下位駆動ルックアップテーブル１３２５は、グレースケール差が所定のグレースケール差ΔＧ_ｌｉｍを上回る（画素に関する逆行バイアス電圧を上回る電圧幅に対応する）と判定した場合、初期グレースケールから所定のグレースケール差を超えない範囲で変化させた中間グレースケールに対応する補償データＬＤＤを出力する。ここで、補償データＬＤＤは、印加する電圧を上記で説明した多段駆動技術における中間電圧へと昇圧するものである。

他の条件（第２の画像データに関する目標グレースケールが、第１の画像データに関する初期グレースケールに対して、所定のグレースケール差ΔＧ_ｌｉｍ未満の分だけ異なる場合等）では、異なる補償データＬＤＤを出力して過駆動技術を実行することができる。過駆動技術では、補償データＬＤＤが、画素の駆動電圧をＶ_ｏｄまで上昇させる（図８又は図９）。

上記において、複数の駆動ルックアップテーブルを（一つの駆動ルックアップテーブルに代えて）用いるようにすることもできる。異なる駆動ルックアップテーブルは、例えば前述した二つの処理手順毎に用意されており、処理手順毎に異なるデータを出力する。即ち、（１）初期グレースケールと目標グレースケールとの差異がΔＧ_ｌｉｍ未満の場合と、（２）初期グレースケールと目標グレースケールとの差異がΔＧ_ｌｉｍを上回る場合と、において異なる駆動ルックアップテーブルからデータを出力する。

コントローラ１３２１は、ＣＬＫ（クロック）信号と、ライト／リード・イネーブル制御信号を出力し、記憶装置１３２３の入力動作や出力動作を制御する。記憶装置１３２３は、フレーム全体の画素グレースケール値を記憶する。下位駆動ルックアップテーブル１３２５は、記憶装置１３２３に接続されており、第２の画像データＣＤＤをデータ補償装置から入力し、第１の画像データＰＤＤを記憶装置１３２３から入力する。画像データＰＤＤとＣＤＤに従って、下位駆動ルックアップテーブル１３２５は、補償画像データＬＤＤを出力する。

多段駆動技術の実行時では、印加される電圧を、第１のステップにおいて初期電圧から中間電圧へ上昇させ、続いて第２のステップにおいて中間電圧から目標電圧へと上昇させる。このとき、この複数ステップが、１フレーム期間内に実行されることに留意されたい。多段駆動技術では、先ずデータ補償装置１３２が出力する補償データＬＤＤ（画素の中間電圧に対応）と、続いてデータ補償装置１３２が出力する第２の画像データＣＤＤによって、駆動制御が行われる。ＬＤＤとＣＤＤの両者は１フレーム期間内に出力され、１フレーム期間内で電圧を複数段階に分けて変化させる多段駆動技術が実行される。そのために、データ補償装置１３２は、２倍のクロックレートで動作する。

同様に、過駆動技術においても、ＬＤＤとＣＤＤを１フレーム期間内に順次出力する。それにより、先ずＬＤＤによって画素信号が過駆動電圧Ｖ_ｏｄへと上昇し、続いてＣＤＤによって画素信号が目標電圧へと上昇する。

上記した１フレーム期間中にＬＤＤとＣＤＤの両者を出力する方式にかえて、所定の画素において第２の画素データＣＤＤが第１の画素データＰＤＤから所定のグレースケール差を超えて変化するときに、そのフレームにおいて補償データＬＤＤを出力する方式を採用することもできる。例えば、ｎ−１番目のフレームに関する第１の画像データＰＤＤ中の画素Ｘに関するグレースケールレベルが０で、ｎ番目のフレームに関する第２の画像データＣＤＤ中の画素Ｘについてのグレースケールレベルが２５５である場合（２５５と０は、所定のグレースケール差を超えて相違している）、データ補償装置１３２が画素Ｘに関して２５５未満（例えば、２４８）のグレースケールを規定する補償データＬＤＤをｎ番目のフレームにおいて出力する。この方式によると、画素Ｘに関する目標電圧は、ＬＤＤが規定するより低いグレースケールレベルが適用されることによって、効果的に低減される。しかしながら、ｎ番目のフレームの画素Ｘに関する目標グレースケールを低減することで、改善された応答時間性能が見込める。より一般的には、所定の画素に関して、ｎ番目のフレーム中のＣＤＤ（データ補償装置１３２が入力）が、ｎ−１番目のフレーム中のＰＤＤに比して所定のグレースケールレベルを超えて相違する場合、データ補償装置１３２はｎ番目のフレームにおいてＬＤＤを出力し、ｎ番目のフレームにおける所定の画素の目標グレースケールレベルを低減する。補償画像データＬＤＤは、ｎ番目のフレームにおける現画像データＣＤＤと、ｎ−１番目のフレームにおける先の画像データＰＤＤとの比較に基づくものとなる。ここで、補償装置１３２がｎ番目のフレームに関するＬＤＤを計算する際に、後続のｎ＋１番目のフレーム等の画像データを考慮していない点に留意されたい。それにより、データ補償装置１３２は、ｎ番目のフレームの画像データを出力する際に、後続のｎ＋１番目のフレームの画像データを待つ必要がない。

各画素において、ｎ番目のフレームのＣＤＤ（データ補償装置１３２が入力する）が、ｎ−１番目のフレームのＰＤＤに対して、所定のグレースケールレベル未満だけ相違している場合、データ補償装置１３２はｎ番目のフレームにおいてＣＤＤを（ＬＤＤに代えて）出力する。

図１３に示すように、データ補償装置１３２とディスプレイ駆動装置１３０は、液晶表示モジュール１３４に組み込まれている。液晶表示モジュール１３４は、少なくとも、ＬＣＤパネル１４４と、ディスプレイ駆動装置１３０を備えている。ディスプレイ駆動装置１３０は、タイミングコントローラ１３８と、データ駆動器１４０と走査駆動器１４２を備えている。データ補償装置１３２は、ディスプレイ駆動装置１３０のタイミングコントローラ１３８に接続されており、下位駆動ルックアップテーブル１３２５から参照した補償画像データＬＤＤをタイミングコントローラ１３８へと出力する。補償画像データＬＤＤは、タイミングコントローラ１３８を介して、データ駆動器１４０へと入力される。データ駆動器１４０は、補償画像データＬＤＤを、液晶表示パネル１４４を駆動する対応グレースケール電圧信号へと変換する。

図１４に示すように、データ補償装置１３２は、計数器１５４とＬＶＤＳ送信器１５６とを含む表示システム回路基板１５０内に組み込むことができる。データ補償装置１３２は、計数器１５４の出力端１５２とＬＶＤＳ送信器１５６の入力端１５８との間に接続されている。データ補償装置１３２は、計数器１５４から出力される第２の画像データＣＤＤを受信する。データ補償装置１３２は、補償画像データＬＤＤ及び／又は第２の画像データＣＤＤをＬＶＤＳ送信器１５６へ出力し、ＬＶＤＳ送信器１５６が液晶表示モジュール（例えば、図１の１３０）を駆動する。

表示システム回路基板１５０には、ビデオデコーダや、マイクロプロセッサや、音声プロセッサや、チューナや、ＥＥＰＲＯＭや、デインタレーサや、ＳＤＲＡＭや、ＯＳＤや、ＤＶＩ受信器（Ｒｘ）や、ＡＤＣブロック等の他の様々な部品が設けられている。

図１５に示すように、データ補償装置１３２を、制御装置１６０、例えばＦＰＧＡ（使用時点でプログラム可能な論理回路）に実装することもできる。制御装置１６０は、ＭＰＥＧデコーダ１６４や、ディスプレイカード１６６等を備えている。データ補償装置１３２は、ＭＰＥＧデコーダ１６４の出力端１６２と、ディスプレイカード１６６の入力端１６８との間に接続されている。データ補償装置１３２は、ＭＰＥＧデコーダ１６４が出力する第２の画像データＣＤＤを入力し、入力した補償画像データＬＤＤをディスプレイカード１６６へと出力する。ディスプレイカード１６６は、液晶表示モジュールを駆動する。

限られた数の実施形態を挙げながら本発明について開示したが、当業者はそこから様々な改変や変形を理解することができるであろう。特許請求の範囲には、本発明の真の趣旨や技術範囲に含まれるそれらの改変や変形が包含されるものである。

実施形態の表示モジュールとデータ補償装置を示すブロック図。 従来の駆動技術による画素への駆動電圧を経時的に示すグラフ。 図２Ａの駆動電圧を用いたときの画素の輝度の経時的変化を示すグラフ。 従来の駆動技術による画素への駆動電圧を経時的に示すグラフ。 図３Ａの駆動電圧を用いたときの画素の輝度の経時的変化を示すグラフ。 多段駆動技術による画素への駆動電圧を経時的に示すグラフ。 図４Ａの駆動電圧を用いたときの画素の輝度の経時的変化を示すグラフ。 従来の駆動技術と多段駆動技術について、応答時間とグレースケールとの関係を示すグラフ。 駆動電圧とグレースケールレベルとの関係を示すグラフ。 従来の駆動技術と多段駆動技術による駆動時の画素の応答時間を比較して示すグラフ。 過駆動技術による画素への駆動電圧を経時的に示すグラフ。 多段駆動技術と過駆動技術とを複合した複合駆動技術による画素への駆動電圧を経時的に示すグラフ。 多段駆動技術と過駆動技術を適用する際の処理手順を示すフローチャート。 従来の駆動技術、過駆動技術、多段駆動技術、および過駆動技術と多段駆動技術を複合した複合駆動技術による応答時間を比較して示すグラフ。 データ補償装置の構成の一例を示すブロック図。 一体化したデータ補償装置とディスプレイ駆動装置を示すブロック図。 データ補償装置を備える表示システム回路基板を示すブロック図。 システム装置に実装されたデータ補償装置を示すブロック図。 従来のＭＶＡ型ＬＣＤの画素領域内の突起部とスリットの配置を示す図。 図１６ＡのＡ−Ａ線による断面図である。 図１６Ａに示す領域の液晶分子が、突起部とスリットの配置パターンによるフリンジフィールド効果の影響を受けてスイッチングする様子を示す図。 図１６Ａに示す領域の液晶分子が、突起部とスリットの配置パターンによるフリンジフィールド効果の影響を受けてスイッチングする様子を示す図。 図１６Ａに示す領域の液晶分子が、突起部とスリットの配置パターンによるフリンジフィールド効果の影響を受けてスイッチングする様子を示す図。 図１６Ａに示す領域の液晶分子が、突起部とスリットの配置パターンによるフリンジフィールド効果の影響を受けてスイッチングする様子を示す図。 図１６Ａに示す領域の液晶分子が、突起部とスリットの配置パターンによるフリンジフィールド効果の影響を受けてスイッチングする様子を示す図。

Claims (24)

1. ディスプレイの画素への画素信号であり、フレーム期間中に初期電圧を有する画素信号を制御する方法であって、
   前記フレーム期間中に、前記画素信号を初期電圧からその初期電圧よりも高い中間電圧へと昇圧する工程と、
   所定期間に亘って前記画素信号を前記中間電圧に維持する工程と、
   前記所定期間後の前記フレーム期間中に、前記画素信号を前記中間電圧から前記中間電圧よりも高い目標電圧へと昇圧する工程と、
   を備える画素信号の制御方法。
2. 前記画素には、液晶分子の異常スイッチングを引き起こす電圧昇圧幅を規定する逆行バイアス電圧が定められており、
   前記画素信号を初期電圧から中間電圧へと昇圧する工程では、電圧昇圧幅が前記逆行バイアス電圧よりも小さく制限されることを特徴とする請求項１の制御方法。
3. 前記画素信号を中間電圧から目標電圧へと昇圧する工程は、前記初期電圧よりも前記逆行バイアス電圧だけ高い目標電圧へと画素信号を昇圧する工程を含むことを特徴とする請求項２の制御方法。
4. 前記画素信号を所定期間に亘って中間電圧に維持する工程は、前記所定期間に亘って画素信号を一定の中間電圧に維持する工程を含むことを特徴とする請求項１の制御方法。
5. 前記フレーム期間中に現画像データを入力する工程と、
   その現画像データに基づいて、画素信号を前記中間電圧へと昇圧する補償画像データを生成する工程と、
   をさらに備える請求項１の制御方法。
6. 先のフレーム期間中に先の画像データを入力する工程をさらに備え、
   前記補償画像データが、現画像データと先の画像データとの比較に基づいて生成されることを特徴とする請求項５の制御方法。
7. 前記補償画像データは、前記現画像データによって特定される画素のグレースケールが、前記先の画像データによって特定される画素のグレースケールよりも、所定のグレースケール差を超えて大きいときに生成されることを特徴とする請求項６の制御方法。
8. 前記画素信号を目標電圧へ昇圧する前に前記所定期間に亘って画素信号を中間電圧に維持する工程により、前記画素の液晶分子が異常スイッチングする確率が低減されることを特徴とする請求項１の制御方法。
9. 前記画素信号を中間電圧へと昇圧した時点から前記所定期間後に、前記画素信号を中間電圧から目標電圧よりも高い過駆動電圧へと昇圧する工程と、
   前記画素信号を過駆動電圧へと昇圧した時点から第２の所定期間後に、前記画素信号を前記過駆動電圧から前記目標電圧へと低下させる工程と、
   をさらに備える請求項１の制御方法。
10. 前記画素信号を中間電圧から目標電圧へと昇圧する工程が続いて行われる、前記画素信号を初期電圧から中間電圧へと昇圧する工程は、前記画素に対する多段駆動技術の一部をなしており、
    その多段駆動技術は、前記目標電圧が前記初期電圧よりも所定電圧差を超えて高いときに実行されることを特徴とする請求項１の制御方法。
11. 後続フレーム期間の初期電圧と後続フレーム期間の目標電圧との差が前記所定電圧差未満であることを検出したときに、後続フレーム期間において画素に過駆動技術を実行する工程をさらに備えており、その過駆動技術を実行する工程は、
    後続フレーム期間における画素への画素信号を、後続フレーム期間の前記初期電圧から後続フレーム期間の目標電圧よりも高い過駆動電圧へと昇圧する工程と、
    所定期間後の後続フレーム期間中に、画素への画素信号を前記過駆動電圧から前記目標電圧へと低下させる工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１０の制御方法。
12. システムであって、
    画素列を有する表示パネルと、
    補償装置を備え、その補償装置は、
    第１のフレーム期間中に画像データを入力する処理と、
    入力した画像データを先のフレーム期間中に入力した画像データと比較する処理と、
    前記画素列の所定の画素について、第１のフレーム期間中に入力した画像データと先のフレーム期間中に入力した画像データとの間の差異が所定の閾値を超えているのか否かを判定する処理と、
    前記所定の画素に関する前記差異が前記所定の閾値を超えていると判定したときに前記第１のフレーム期間中に補償画像データを出力する処理を実行し、
    前記第１のフレーム期間中の前記補償画像データは、前記所定の画素に関して先のフレーム期間中に入力した画像データとの差異を低減したものであることを特徴とするシステム。
13. 前記補償装置は、前記第１のフレーム期間中に前記補償画像データと前記受信画像データの両者を出力し、前記所定の画素への画素信号を多段駆動するものであり、その多段駆動では、
    前記第１のフレーム期間中に、前記画素信号を初期電圧から中間電圧へと昇圧する工程と、
    所定期間に亘って前記画素信号を前記中間電圧に維持する工程と、
    前記所定期間後の前記第１のフレーム期間中に、前記画素信号を前記中間電圧からその中間電圧よりも高い目標電圧へと昇圧する工程と、
    が実施されることを特徴とする請求項１２のシステム。
14. 前記所定の画素には、逆行バイアス電圧が定められており、
    前記目標電圧は、逆行バイアス電圧よりも大きな差を持って、前記初期電圧よりも高いことを特徴とする請求項１３のシステム。
15. 前記所定の画素には、液晶分子の異常スイッチングを引き起こす電圧昇圧幅を規定する逆行バイアス電圧が定められていることを特徴とする請求項１４のシステム。
16. 前記補償装置と前記表示パネルとを有する表示モジュールをさらに備え、
    その表示モジュールがさらに前記表示パネルのデータ線路を駆動するデータ駆動器を有しており、
    そのデータ駆動器が、前記補償装置が出力する前記補償画像データと前記受信画像データに基づいて、前記多段駆動を実行することを特徴とする請求項１３のシステム。
17. 前記補償装置を有するシステム回路基板と、
    前記表示パネルと前記表示パネルのデータ線路を駆動するデータ駆動器とを有する表示モジュールとをさらに備え、
    そのデータ駆動器が、前記補償装置が出力する前記補償画像データと前記受信画像データに基づいて、前記多段駆動を実行することを特徴とする請求項１３のシステム。
18. 出力端に前記補償装置が接続されているＭＰＥＧデコーダと、
    入力端に前記補償装置が接続されているディスプレイカードと、
    前記表示パネルと前記表示パネルのデータ線路を駆動するデータ駆動器を有する表示モジュールとをさらに備え、
    そのデータ駆動器が、前記補償装置が出力する前記補償画像データと前記受信画像データに基づいて、前記多段駆動を実行することを特徴とする請求項１３のシステム。
19. 前記補償装置は、前記画素列内の第２の画素への画素信号を過駆動する信号を出力し、その画素信号の過駆動は、
    前記画素信号を第１の電圧からその第１の電圧よりも高い過駆動電圧へと昇圧する工程と、
    前記画素信号を前記過駆動電圧から前記過駆動電圧よりも低い第２の電圧へと低下させる工程と、
    を備えることを特徴とする請求項１３のシステム。
20. 画素列を有する表示パネルと共に用いる装置であって、
    先のフレーム期間中に入力した第１の画像データを記憶する記憶装置と、
    モジュールを備え、そのモジュールは、
    現フレーム期間中に第２の画像データを入力する処理と、
    所定の画素について前記第２の画像データに対応する目標グレースケールレベルと前記第１の画像データに対応する初期グレースケールレベルとの差異が所定のグレースケール差を超えているのか否かを判定する処理と、
    前記目標グレースケールレベルと前記初期グレースケールレベルとの差異が前記所定のグレーレスケールレベル差を超えていると判定したときに、前記現フレーム期間中に補償画像データを出力する処理を実行し、
    前記補償画像データは、前記所定の画素について前記初期グレースケールレベルから前記所定のグレースケール差よりも小さく異なるグレースケールレベル規定するものであることを特徴とする装置。
21. 前記補償画像データによって、前記所定の画素を現フレーム期間中に前記初期グレースケールレベルから中間グレースケールレベルへと上昇させ、所定期間に亘って前記中間グレースケールレベルに維持し、前記現フレーム期間中に前記中間グレースケールレベルからその中間グレースケールレベルよりも大きい前記目標グレースケールレベルへと上昇させることを特徴とする請求項２０の装置。
22. 前記モジュールはさらに、
    前記目標グレースケールレベルが前記初期グレースケールレベルに比して前記所定のグレースケール差未満だけ上回るのか否かを判定する処理と、
    前記目標グレースケールレベルが前記初期グレースケールレベルに比して前記所定のグレースケール差未満だけ上回ると判定したときに、第２の補償画像データを出力して過駆動する処理を実行し、
    前記第２の補償画像データは、前記所定の画素を前記初期グレースケールレベルから過駆動グレースケールレベルまで上昇させ、所定期間に亘って前記過駆動グレースケールレベルを維持し、過駆動グレースケールレベルから過駆動グレースケールレベルよりも小さい前記目標グレースケールレベルへと低下させるものであることを特徴とする請求項２１の装置。
23. 前記所定の画素へデータ線路を介して画素信号を出力するデータ駆動器をさらに備え、そのデータ駆動器は、前記補償画像データに応じて、前記画素信号を初期電圧から中間電圧へと昇圧し、所定期間に亘って前記画素信号を一定の前記中間電圧に維持し、前記期間後に前記画素信号を前記中間電圧から前記中間電圧よりも高い目標電圧へと昇圧するものであり、
    前記初期電圧が前記初期グレースケールレベルに対応し、前記中間電圧が前記中間グレースケールレベルに対応し、前記目標電圧が前記目標グレースケールレベルに対応することを特徴とする請求項２１の装置。
24. ディスプレイの画素への画素信号を制御する方法であって、
    ｎ−１番目のフレームに対する第１の画素信号を入力する工程と、
    ｎ番目のフレームに対する第２の画素信号を入力する工程と、
    前記第１の画素信号と前記第２の画素信号との間の差異が、逆行バイアス電圧を超えているのか否かを判定する工程と、
    前記第１の画素信号と前記第２の画素信号との間の差異が前記逆行バイアス電圧を超えていると判定したときに、前記ｎ番目のフレーム期間中に中間画素信号を出力する工程を備え、
    前記第１の画素信号と前記中間画素信号との間の差異が、前記逆行バイアス電圧未満であることを特徴とする制御方法。

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