JP2008197163A - Tn型とstn型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】TN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法の提供。
【解決手段】TN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法の一種は、赤緑青の三原色を入力するデータバス後方を経過する動態画面の判断システムが、異なる動態画面データに対し、弾性的に各データバスの更新時間内に、当初の出力ポテンシャルより高い、或いは低い、定められたN回のオーバードライブ補償ポテンシャルを与える。これにより、さらに短い時間内に液晶を回転させ、我々が希望する目標輝度を達成し、TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの反応時間が遅過ぎて、移動映像のブレが生じる問題を大幅に改善するものである。
【選択図】図6
【解決手段】TN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法の一種は、赤緑青の三原色を入力するデータバス後方を経過する動態画面の判断システムが、異なる動態画面データに対し、弾性的に各データバスの更新時間内に、当初の出力ポテンシャルより高い、或いは低い、定められたN回のオーバードライブ補償ポテンシャルを与える。これにより、さらに短い時間内に液晶を回転させ、我々が希望する目標輝度を達成し、TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの反応時間が遅過ぎて、移動映像のブレが生じる問題を大幅に改善するものである。
【選択図】図6
Description
本発明のパッシブマトリックス型LCDの駆動技術の一種は、特にTN型とSTN型パッシブマトリックス型LCD上で、確実で効果的に液晶反応時間を短縮でき、動態画面のブレ(Blurring)現象を改善できるものを指す。
LCDの軽薄短小の特性、且つ従来のCRTディスプレイに比べてより低い電力消耗により、近年来LCDがCRTディスプレイに取って代わっている。
液晶平面ディスプレイを駆動表示方式に基づくと、パッシブマトリックス型(PM−LCD)とアクティブマトリックス型(AM−LCD)の2種に分けられる。PM−LCDの駆動方式は上下2つのガラスパネル上の1つのパネル上のX方向に透明ITO (Indium Tin Oxide)電極を設置し、もう1つのパネル上のY方向に透明ITO電極を設置する。両パネルを貼り合わせた後(中間に液晶を充填する)、上下パネルは電極が交差する格子状部位、すなわち表示パネルの画素を形成する。画素の電位差は外部から提供される駆動電圧によりX、Y両方向上の電極を制御し、駆動画素中の液晶の回転を達成する移を招く結果、キャパシタの変化を生じ、画面表示の一致性に影響を及ぼしている。
AM−LCDの駆動方式はパネル上の各画素の位置ポイント上にスイッチングパーツ(すなわち薄膜トランジスタ(TFT))及び信号保存の補助コンデンサ(Cst)が設置され、各画素の駆動は画素上のエレメントで独立制御する。AM−LCDはTFTをパネル上に置くため通常TFT−LCDと呼ばれる。
図1に示すのは、パッシブマトリックス型LCD (m×n)の構造図である。よく見かけるTN型とSTN型はどちらもPM−LCD製品に属し、本体には液晶画素の操作を制御する、非線性エレメント(スイッチング素子のような)がないため、各画素1の形成は水平のコモン(Common)電極2の走査線と垂直のセグメント(Segment)電極3の走査線の重なる区域である。PM−LCDの基本操作原理は液晶材料にかけられる電圧の実効値(Root Mean Squre Value;RMS)に対し生じる電光効果を利用する。液晶材料の反応時間は必ず駆動パルスのスキャンサイクルよりはるかに大きくなければならない。フレームレート(Frame Rate)を60Hzとし、各水平スキャンライン(すなわちコモン電極2)ごとに選択される時間間隔を16.67msとすると、必要な液晶材料の反応時間は一般に200msとなり、これは液晶の実効値(RMS)に対する反応の必要条件である。
しかし、従来の振幅選択駆動(Alt&Pleshko Theory;APT)方式は、動態画面を表示する時、液晶材料の反応時間が遅すぎると、移動画面の残像現象をもたらし、急速に反応する液晶材料を使用すると、画面のひどいちらつき(Flicker)現象が起こると同時に画面のコントラストが大幅に低下する。
図2は一般のオーバードライブ(Over−Driving)回路のルックアップテーブルのブロック図を示す。前記の問題に対し、一般的な解決方法では、異なる画面に対し、定められた異なるオーバードライブ電圧V’の値を与える。やり方は画面判断回路10を利用し、新たに入ってきたカレントフィールド(Current Field)と事前に駆動装置内部(或いは外部)の保存装置11に保存されたその1つ前のフレームデータ(Previous Field)が、比較装置12を経過して相互に比較され、異なる表示であれば動態画面である。一般的には動態画面のデータに対し、ルックアップテーブル(LUT)回路13を通り、対照表の方式を利用して検査した後、互いに対応するオーバードライブの出力電圧値を送出する。これがすなわちオーバードライブ(Over−Driving)回路の操作原理である。
ルックアップテーブル(LUT)は索引のアレイを新しいオーバードライブ電圧V’値表として使用し、いくつかの非線性及び複雑な演算を整合し常数で概括させて、全演算過程中、複雑な計算を省略し、実質的な映像処理効率を高める。そして送出された出力電圧値は直ちに対応するセグメント電極3の正確な出力オーバードライブ電圧V’を出すことができる。このように従来のパッシブマトリックス型LCD(TN型とSTN型)に用いる駆動方法を振幅選択駆動(APT)の反応時間とし、効果的に短縮することができ、動態画面放映中の残像現象が低下する。
パッシブマトリックス型LCD(TN型とSTN型)はパッシブ型構造であり、各画素内にまたスイッチング素子がなく、液晶保存コンデンサ充電後の電荷をロックすることができないため、セグメント電極が電圧を出力した後、液晶コンデンサ内の電荷は漂遊容量(Cgd)或いはその充電経路を経て漏電する。そのため液晶コンデンサは固定レベルを維持することができず、そのためセグメント電極が1フレーム時間充電された後、液晶画素コンデンサの本当の有効ポテンシャルはセグメント電極の出力と比べ非常に小さく、動態画面を表示する周辺にブレ(Blurring)現象をもたらす。
上記の欠点を解決し、欠点の存在を防ぐため、本発明はTN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの振幅選択駆動(APT)に対し、オーバードライブ(Over driving)補償法と高周波更新率の概念を利用し、TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDに応用する。これにより、効果的に反応時間を短縮し、確実に動態画面のブレ(Blurring)現象を改善する。
上記の目的を達成するため、本発明はオーバードライブの操作原理を利用し、赤緑青(RGB)三原色を入力するデータバス後方を経過する動態画面の判断システムは、現在のデータと1つ前の画面データが異なるだけで、出力プログレッシブスキャン回路を通して、弾性的に各データバスの更新時間(refresh time)内に定められたN回、当初の出力ポテンシャルと比べてさらに高い、或いはさらに低いオーバードライブ(OV)補償ポテンシャルを与える。且つそのNは2より大きいか等しく、8より小さいか等しい、正の整数(2≦N≦8)とする。一般状況下では、1フレーム(FrAMe)時間内に一回だけデータ電圧を液晶コンデンサに対し充電する。パッシブマトリックス型LCD (TN型とSTN型)は各画素内にスイッチング素子がないため、液晶コンデンサ内の電荷は漂遊容量(Cgd)或いはその充電経路を経て漏電する。そのため1フレーム時間後、液晶コンデンサ上の電圧は入力データバスが予期する電圧レベルを達成するには不足する。我々は1フレーム(frame)時間内にN回重複出力し(すなわち1フレーム時間内に画素コンデンサに対しN回充電する)、またさらに高い、或いはさらに低いオーバードライブ補償電圧を与える。それゆえ、より短い時間内に液晶を回転させ、我々が希望する目標輝度を達成することができ、TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの反応時間が遅すぎて移動映像のブレ(Blurring)を起こす問題を大幅に改善することができる。
そして、その補償ポテンシャルV’は当初の出力ポテンシャルVがルックアップテーブル(LUT)を経て対応した値で、互いに対応するオーバードライブの出力電圧値を送出し、その電圧範囲は0≦V’≦液晶駆動の最高電圧とする。
このほか、我々は映像データの三原色RGBデータをYCbCrデータに変換することができ、ビデオ圧縮標準に基づきサンプリングを圧縮し結合する。その中で、そのサンプリングの圧縮はY:Cb:Cr=4:2:0及びY:Cb:Cr=4:1:1の中のサンプリング演算規則から選択され、これにより、半分の保存データ量を効果的に下げることができる。
請求項1の発明は、オーバードライブの操作原理を利用し、赤緑青三原色を入力するデータバス後方の動態画面判断システムを経て、現在のデータと1つ前の画面データが異なるだけで、プログレッシブスキャン回路を通して、弾性的に各データバスの更新時間内に、定められたN回の元の出力ポテンシャルと比べさらに高い、或いはさらに低いオーバードライブ補償ポテンシャルを与える、且つそのNは2より大きいか等しく、8より小さいか等しい、正の整数とすることを特徴とするTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法としている。
請求項2の発明は、さらに、そのオーバードライブ補償ポテンシャルがルックアップテーブルを通し、オーバードライブ回路がルックアップテーブルの方式を利用して、互いに対応する異なる画面が定める異なるオーバードライブ補償ポテンシャルを送出し、そのオーバードライブ補償ポテンシャルの範囲を0より大きいか等しく、液晶駆動の最高電圧より小さいか等しいとすることを特徴とする請求項1記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法としている。
請求項3の発明は、さらに、赤緑青の三原色データをYCbCrデータに変換し、ビデオ圧縮標準によってサンプリングを圧縮することを特徴とする請求項1記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法としている。
請求項4の発明は、当該圧縮サンプリングがY:Cb:Cr=4:2:0及びY:Cb:Cr=4:1:1の中の1つのサンプリング演算規則から選択されることを特徴とする請求項3記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法としている。
請求項2の発明は、さらに、そのオーバードライブ補償ポテンシャルがルックアップテーブルを通し、オーバードライブ回路がルックアップテーブルの方式を利用して、互いに対応する異なる画面が定める異なるオーバードライブ補償ポテンシャルを送出し、そのオーバードライブ補償ポテンシャルの範囲を0より大きいか等しく、液晶駆動の最高電圧より小さいか等しいとすることを特徴とする請求項1記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法としている。
請求項3の発明は、さらに、赤緑青の三原色データをYCbCrデータに変換し、ビデオ圧縮標準によってサンプリングを圧縮することを特徴とする請求項1記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法としている。
請求項4の発明は、当該圧縮サンプリングがY:Cb:Cr=4:2:0及びY:Cb:Cr=4:1:1の中の1つのサンプリング演算規則から選択されることを特徴とする請求項3記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法としている。
本発明はTN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの振幅選択駆動(APT)に対し、オーバードライブ(Over driving)補償法と高周波更新率の概念を利用し、TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDに応用する。これにより、効果的に反応時間を短縮し、確実に動態画面のブレ(Blurring)現象を改善する。
TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDが用いる駆動法は、駆動装置のセグメント(Segment)が、各フレーム(FrAMe)に入力するデジタル赤緑青(RGB)三原色データの違いを根拠に、異なる出力グレースケール電圧(光学上対応するのは某グレースケールの輝度)への転換による。TN型とSTN型は白黒二種だけの状態であるため、グレースケールの発生は1スキャンライン(1 line)時間内のパルス幅変調(Pulse Width Modulation; PWM)方式で区別する。図3に示すのは、セグメント電極信号SEGが1スキャンフレーム(Frame)の時間内に出力する波形図である。1フレーム時間内にm本のスキャンライン(m×nマトリックス型LCD)があると仮定すると、1リード/ライト(WR)サイクルは1スキャンラインの時間(1 line time)を表し、図3からわかるように、セグメント電極信号SEGはデータ中の異なる出力グレースケール電圧に基づき、異なるパルス幅変調波形を出力する。
図4に示すのは、1スキャンラインの充電時間を16等分に分割すると仮定した時、セグメント電極信号SEG0の某ライン時間内に全黒の占める等分が6/16で、次のラインでは12/16である。そして、セグメント電極信号SEG1のこのライン時間内に全黒の占める等分が13/16で、次のラインは10/16である。
但し、パッシブマトリックス型LCD(TN型とSTN型)は一種パッシブ式構造であるため、各画素内にはまたスイッチング素子がなく、そのため、セグメント電極が電圧を出力した後、液晶コンデンサ内の電荷は漂遊容量(Cgd)或いはその充電経路を経て漏電する。そのため液晶コンデンサは固定レベルを維持することができず、セグメント電極が1フレーム時間充電した後、液晶画素コンデンサでの真の有効ポテンシャルはセグメント電極の出力と比べ非常に小さい。
図5に示すのは、1画素内の液晶のイニシャル輝度から目標輝度への位置図である。セグメント電極は多くのフレーム時間を経た充電の後、画素内の液晶がイニシャル輝度から目標輝度への有効電圧Veffにようやく到達する。そのためTN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの反応時間がこのように遅い。図5中に示すのは、第1フレーム時間のセグメント電極対、液晶コンデンサ内の充電電圧をV1とした時、漂遊容量或いはその充電経路を経て漏電(d1)するため、最後に第1フレーム時間のセグメント電極対、液晶コンデンサの有効電圧をV1−d1=Veff1とする;これで類推すると、第2フレーム時間のセグメント電極対、液晶コンデンサの有効電圧もV1−d1=Veff2となる。セグメント電極を経て12回等しい電圧が送出された後、やっと目標輝度に到達すると仮定すると、LCDの反応時間は各フレームの時間16.67ms×12、200msに近くになる。
図6に示すのは、本発明のオーバードライブ回路のブロック図である。一般のオーバードライブ(Over−Driving)と同じで、異なる画面に対し定められた一定の異なるオーバードライブ電圧V’の値は、画面判断回路20を利用し、新たに入るカレントフィールドデータ(Current Field)と事前に駆動装置内部(或いは外部)に設置された保存装置21に保存された、1つ前のフレームデータ(Previous Field)を、比較装置22を経て相互に比較し、異なる表示であれば動態画面とする。一般的には動態画面のデータに対し、ルックアップテーブル(LUT)回路23を通し、対照表の方式を利用して検査した後、互いに対応するオーバードライブ電圧V’の値を送出する。
本発明はオーバードライブの操作原理を利用し、赤緑青(RGB)三原色を入力するデータバス後方で動態画面を判断する比較装置22を経過させ、現在のデータと1つ前の画面データが異なることを発見するだけで、そのルックアップテーブル(LUT)回路23の後に位置する出力プログレッシブスキャン回路24を通って、弾性的に各データバスの更新時間(refresh time)内に、定められたN回、元の出力ポテンシャルVと比べてさらに高い、或いはさらに低いオーバードライブ補償ポテンシャルV’を与える。且つそのNを2より大きいか等しく、8より小さいか等しい、正の整数(2≦N≦8)とする。そしてその補償ポテンシャルV’は元の出力ポテンシャルVがルックアップテーブル(LUT)を経た対応値で、互いに対応するオーバードライブの出力電圧値を送出する。その電圧範囲は0≦V’≦液晶起動の最高電圧とする。そのため駆動パーツのセグメント電極が表示パネルに書き込む周波数は赤緑青(RGB)三原色を入力するデータバスの更新周波数のN倍である。
図7に示すのは、駆動パーツのセグメント電極がパネルに書き込む周波数を描写し、データバスに入力する更新周波数のN倍(6倍)と元の更新周波数の比較図である。右側に示すのは1画素内の液晶のイニシャルの0レベルから目標輝度までの電圧レベル(Target Voltage)とし、セグメント電極は6フレーム時間の同じ出力電圧V1の送出を経る必要があり、その後ようやく目標輝度が達成できる。そのため反応時間は各フレーム(frame)時間16.6ms×6となり、100msに近い。その中のd1は画素の漏電経路により引き下げられる電圧レベルである。そして図7の左側は、セグメント電極の元の出力ポテンシャルV1を1データ更新時間(すなわち1フレーム時間)内に、その出力プログレッシブスキャン回路24を通して、その出力電圧V1を6回重複出力させることで、1フレーム時間内に液晶を回転させ、希望する目標輝度を達成させる。それにより反応時間を1フレーム時間=16.6msに短縮させることができる。
図8に示すのは、駆動パーツのセグメント電極がオーバードライブ電圧でパネルに書き込むのを描写し、且つ周波数がデータバスに入力する更新周波数のN倍(6倍)であることと、元の電圧の元の更新周波数との比較図である。図中の左側は、セグメント電極の出力電圧V1をオーバードライブ電圧V’に代替して、反応時間をさらに短縮し(反応時間を1フレーム時間以下にすることができる)、TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの反応時間が遅すぎるのを改善し、効果をさらに良くしている。
この方法により、セグメント電極の出力を元の出力ポテンシャルVと比べさらに大きい(或いはさらに小さい)有効電圧とするだけでなく、また1データ更新時間内に何回も重複出力させ、さらに短い時間内に液晶を回転させ、希望する目標輝度を達成させ、TN型とSTN型等パッシブマトリックス型LCDの反応時間が遅過ぎて移動映像のブレ(Blurring)の問題を大幅に改善することができる。
図9に示すのは、オーバードライブ(Over Driving)がセグメント電極レベル波形を補償する図であり(図4の出力レベル波形オーバードライブ)、オーバードライブ後のセグメント電極SEG0の某ライン時間内の全黒の等分が全スキャンラインタイム(1 line time)の13/16を占め、次のラインでは14/16である。そしてセグメント電極SEG1の某ライン時間内での全黒の等分が15/16を占め、次のラインでは12/16である。
各データの更新時間内にセグメント電極SEGをN回オーバードライブ出力させ、画素内の液晶がさらに短い時間内に(1フレーム時間に近い)、1画素内の液晶をイニシャル位置から目標位置へ到達或いは接近させる有効電圧Veffの目標輝度が得られることを補償する。それにより移動画面のブレ現象を大幅に改善することができる。且つTN型とSTN型の基本駆動方法を振幅選択駆動(APT)とし、その操作原理は液晶材料が加えられる電圧の実効値(RMS)に対し生じる電光効果を利用する。そのため本発明のオーバードライブ電圧補償法は実効値(RMS)を経た後、ひどいチラツキ現象がない。
コスト節約上、元のオーバードライブ(Over Driving)補償法は別途グラフィックメモリ(GRAM)を増加し、前の1画面のデータを保存し、現在入ってきた画面データとの比較に用いる必要がある。我々は映像データの三原色RGBデータをYCbCrデータに変換し、ビデオ圧縮標準によってサンプリングを圧縮し結合することができる。図10に示すのは、本発明のオーバードライブ回路のもう1つの実施例のブロック図である。そのため1つ前のフレームデータはまず第1変換ユニット25を経て、その第1変換ユニット25は、1つ前のフレームの三原色RGBの映像データを受け入れ、且つ三原色RGBデータをYCbCrデータへ変換する。図11に示すように、その中の圧縮サンプリングはY:Cb:Cr=4:2:0及びY:Cb:Cr=4:1:1の中の1つのサンプリング演算規則から選択される。さらに、YCbCrデータを駆動装置内部(或いは外部)の保存装置21に保存する。そして第2変換ユニット26はさらにYCbCrデータを三原色RGBデータへ変換し、且つデータをその比較装置22へ送る。Yが代表する意義は輝度(luminance)信号で、CbとCrが代表する意義は色差信号であるため、人類の目に対する影響が最大なのはY成分である。サンプリング比例を通してサンプリング圧縮の後、さらにメモリ内に保存することで、駆動装置が必要とするメモリサイズが減少する。これにより、効果的に半分の保存データ量を減らすことができ、こうすると1つ前の画面と現在の画面の駆動補償処理を経た後のデータは、全て直接元の駆動装置内部のグラフィックメモリに一緒に保存することができ、別途グラフィックメモリは必要でない。
2 コモン(Common)電極
3 セグメント(Segment)電極
10、20 画面判断回路
11、21 保存装置
12、22 比較装置
13、23 ルックアップテーブル(LUT)回路
24 出力プログレッシブスキャン回路
25 第1変換ユニット
26 第2変換ユニット
3 セグメント(Segment)電極
10、20 画面判断回路
11、21 保存装置
12、22 比較装置
13、23 ルックアップテーブル(LUT)回路
24 出力プログレッシブスキャン回路
25 第1変換ユニット
26 第2変換ユニット
Claims (4)
- オーバードライブの操作原理を利用し、赤緑青三原色を入力するデータバス後方の動態画面判断システムを経て、現在のデータと1つ前の画面データが異なるだけで、プログレッシブスキャン回路を通して、弾性的に各データバスの更新時間内に、定められたN回の元の出力ポテンシャルと比べさらに高い、或いはさらに低いオーバードライブ補償ポテンシャルを与える、且つそのNは2より大きいか等しく、8より小さいか等しい、正の整数とすることを特徴とするTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法。
- さらに、そのオーバードライブ補償ポテンシャルがルックアップテーブルを通し、オーバードライブ回路がルックアップテーブルの方式を利用して、互いに対応する異なる画面が定める異なるオーバードライブ補償ポテンシャルを送出し、そのオーバードライブ補償ポテンシャルの範囲を0より大きいか等しく、液晶駆動の最高電圧より小さいか等しいとすることを特徴とする請求項1記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法。
- さらに、赤緑青の三原色データをYCbCrデータに変換し、ビデオ圧縮標準によってサンプリングを圧縮することを特徴とする請求項1記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法。
- 当該圧縮サンプリングがY:Cb:Cr=4:2:0及びY:Cb:Cr=4:1:1の中の1つのサンプリング演算規則から選択されることを特徴とする請求項3記載のTN型とSTN型液晶ディスプレイの反応時間を減少するドライブ方法。
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