JP2501462B2 - 液晶階調表示を行なう装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、ワードプロセッサやパーソナルコンピュー
タなどにおいて取り扱われる静止画像を表示する液晶表
示装置を備える液晶階調表示を行なう装置に関する。

従来の技術 互いに交差する方向に配列した複数の走査側電極と複
数のデータ側電極との間に液晶層を介在させて、データ
側電極に表示データに対応する電圧を与えた状態で走査
側電極に順次的に書込み電圧を与えて駆動するようにし
た単純マトリックス型の液晶表示装置において、絵素を
オン駆動するかオフ駆動するかによって明暗の２値表示
を行うだけでなく、数段階に亘る中間の明るさも表示す
る中間階調表示を行うことが従来より試みられている。
この中間階調表示の方式として、データ側電極に与える
電圧のパルス幅を変調させる方式と、複数フレーム期間
を１周期とし、その周期内の各フレームにおいてデータ
側電極に与える電圧を選択的に表示に相当する電圧から
非表示に相当する電圧に切り替えるデータ間引き処理を
行うデータ間引き方式とが周知である。

２ⁿ（ｎは整数）段階の階調表示を行うものとする
と、パルス幅を変調させる方式では、データ側電極に表
示データに対応する電圧を与えるためのデータ側ドライ
バ内に、入力されてくるｎビットの階調データに応じ
て、データ側電極に与える電圧波形のパルス幅を変調さ
せる階調制御回路が組み込まれ、これによって階調表示
が行われる。一方、データ間引き方式では、大規模集積
回路（Large Scale Integration;以下、LSIと略称す
る）によって構成された液晶表示制御回路内に、表示メ
モリにストアされた１絵素あたりｎビットの階調データ
を読出し、読出した階調データ間引きに必要な信号処理
を施し、これらのデータを並列信号から直列信号に変換
して、その直列信号を表示データとしてデータ側ドライ
バへ送信するという一連の動作を行う階調制御回路が組
み込まれ、この階調制御回路から表示データとして出力
される直列信号によって階調表示が行われる。

発明が解決しようとする課題 ところで、上述したパルス幅変調方式の場合、階調制
御回路を内蔵したデータ側ドライバが必要であり、した
がって非階調表示に用いられる一般的な液晶ドライバを
そのまま使用して階調表示を実現することは不可能であ
る。

また、上述した従来のデータ間引き方式の場合、表示
メモリから階調データ読出し→階調データに間引き必要
な信号処理を施す→信号処理されたデータを並列信号か
ら直列信号に変換して表示データとして出力するという
一連の動作を行う階調制御回路を内蔵した液晶表示制御
回路LSIで構成したものが用いられており、非階調表示
に用いられる一般的な液晶表示制御回路をそのまま使用
して階調表示を実現することは不可能である。

したがって、本発明の目的は、非階調表示に用いられ
る一般的な液晶表示制御回路を用いて階調表示を行なう
ことのできる液晶階調表示を行なう装置を提供すること
である。

課題を解決するための手段 本発明は、マトリクス状に配列した絵素を有する液晶
表示素子を備える液晶表示装置と、 前記絵素に階調表示を行なわせるための階調データを
各絵素に対応付けて出力する液晶表示制御回路とを含
み、 前記液晶表示装置は、 前記液晶表示素子のほかにさらに、 複数のフレーム分の期間を１周期としてその周期内の
各フレームを弁別するフレーム弁別信号を出力するフレ
ーム弁別手段と、 前記フレーム弁別信号が弁別する各フレームにおける
絵素の表示データとして、前記階調データに応じて表示
に相当するデータまたは非表示に相当するデータのいず
れかを選択的に出力するデータ間引き手段と、 データ間引き手段からの出力に応答して、液晶表示素
子の絵素の列方向に配列した複数のデータ側電極に表示
データに対応する電位を与えた状態で、絵素の行方向に
配列した複数の走査側電極に順次的に書込み電位を与え
る液晶ドライバとを備えることを特徴とする液晶階調表
示を行なう装置である。

作用 本発明に従えば、予め定められた複数フレーム分から
なる１周期内の各フレームがフレーム弁別手段から出力
されるフレーム弁別信号によって弁別され、弁別された
各フレームにおける絵素の表示データは、データ間引き
手段によって、階調データに応じて選択的に表示に相当
するデータから非表示に相当するデータに切り替えら
れ、上記１周期によって１画面の階調表示が行なわれ
る。

特に本発明に従えば、本件液晶階調を行なう装置は、
基本的には、液晶表示装置と、液晶表示制御回路とを含
み、この液晶表示装置は、液晶表示素子と、フレーム弁
別手段と、データ間引き手段と、液晶ドライバとを備
え、このようにして液晶表示装置を１つのブロックと
し、また液晶表示制御回路をもう１つのブロックとして
合計２つのブロックにまとめて構成することができる。
したがって在来の一般的な液晶表示制御回路をそのまま
用い、各種の構成を有する、たとえば階調データを入力
するだけで階調表示が可能なパルス幅変調方式による単
純マトリクス液晶表示装置およびアクティブマトリクス
液晶表示装置などを用いて、階調表示を容易に行なうこ
とができる。

実施例 第１図は本発明の表示装置の一実施例である液晶表示
装置のデータ間引き回路の構成を示す回路図である。こ
の液晶表示装置は、液晶表示素子のデータ側電極が１画
面のうち上半部と下半部に分割されていない単純マトリ
ックス型液晶表示装置であって、上記液晶表示素子と、
この液晶表示素子のデータ側電極に表示データに対応す
る電圧を与える一方、液晶表示素子の走査側電極に書込
み電圧を与える液晶ドライバと、第１図に示すデータ間
引き回路とで液晶表示装置が構成されている。この液晶
表示装置と、第１図に併せて示されている液晶表示制御
回路である階調データ出力回路１とによって、本件の液
晶階調表示を行なう装置が実現される。

上記液晶ドライバとして、この実施例では非階調表示
に用いられる一般的な液晶ドライバが採用されている。
また、この液晶表示装置では、走査側電極に一方の極性
の書込み電圧を与える第１フィールドの表示と、走査側
電極に他方の極性の書込み電圧を与える第２フィールド
の表示とによって１フレームの表示を完了する交流駆動
方式が用いられ、第１フィールドと第２フィールドの切
換えを制御する交流化反転信号Ｍを発生する回路（図示
せず）が設けられている。

なお、第１図では、説明を簡単にするため、液晶表示
素子の任意の１走査ラインの４個の絵素に対応する４ビ
ットの表示データを得る場合のデータ間引き回路につい
て示している。

第１図において、階調データ出力回路１は絵素に４階
調の表示を行わせるための階調データを各絵素に対応付
けて出力する回路である。この階調データ出力回路１
は、液晶表示素子のデータ側電極が１画面のうち上半部
と下半部に分割されて、上半部の１本の走査電極と下半
部の１本の走査電極とを同時に走査することによって液
晶表示素子を駆動する液晶表示装置に用いられる非階調
表示用の液晶表示制御回路によって構成されている。

すなわち、この液晶表示制御回路は１つの書込みに対
して、同じデータ側電極上にあり、かつ互いに異なる走
査側電極上にある２つの絵素の表示データを同時に表示
メモリ（図示せず）から読出す機能を持っており、この
機能が４階調表示のための２ビットの階調データの上位
ビットと下位ビットを同時に読出すのに用いられる。こ
こでは、上記階調データ出力回路１によって読出される
階調データとして、４つの絵素に対応するデータ
［Ｄ_U0,D_L0］，［Ｄ_U1,D_L1］，［Ｄ_U2,D_L2］，［Ｄ_U3,D
_L3］が示されている。ここで、Ｄ_U0,D_U1,D_U2,D_U3は各階
調データの上位ビットを示し、Ｄ_L0,D_L1,D_L2,D_L3は各階
調データの下位ビットを示す。

フレーム弁別回路２は、前記した交流化反転信号Ｍに
基づき、この液晶表示装置の３フレーム分の駆動期間を
１周期としてその周期内の各フレームを弁別するための
回路であり、２つのJKフリップフロップ3,4を組合せた
３進カウンタによって構成されている。２つのJKフリッ
プフロップ3,4の各々のクロック入力端子には、交流化
反転信号Ｍがクロックパルスとして与えられ、各々の入
力端子Ｋは電源Vccに接続され、JKフリップフロップ３
の出力端子はJKフリップフロップ４の入力端子Ｊに接
続され、JKフリップフロップ４の出力端子ＱはJKフリッ
プフロップ３の入力端子Ｊに接続されており、JKフリッ
プフロップ３の出力端子からの出力SEL1とJKフリップ
フロップ４の出力端子からの出力SEL2の組合せによっ
て上記３つのフレームが弁別される。すなわち、２つの
出力SEL1,SEL2はフレームを弁別するフレーム弁別信号
となる。

データセレクト回路５は、上記したフレーム弁別信号
によって弁別された各フレームにおける絵素の表示デー
タとして、上記した階調データに応じて選択的に非階調
表示の場合の表示に相当するデータまたは非階調表示の
場合の非表示に相当するデータを出力する回路であり、
ここでは階調データ出力回路１から出力される４組の階
調データ［Ｄ_U0,D_L0］，［Ｄ_U1,D_L1］，［Ｄ_U2,D_L2］，
［Ｄ_U3,D_L3］に対応する４組の回路部が示されている。

すなわち、第１の回路部は、階調データ［Ｄ_U0,D_L0］
の上位ビットＤ_U0と下位ビットし_L0を２入力とするAND
ゲート6aと、同じ上位ビットＤ_U0と下位ビットＤ_L0を２
入力とするORゲート7aと、２つのインバータ12,13を介
して得られるJKフリップフロップ３の出力SEL1とANDゲ
ート6aの出力と２つのインバータ14,15を介して得られ
るJKフリップフロップ４の出力SEL2とを３入力するNAND
ゲート8aと、上記下位ビットＤ_L0とインバータ12を介し
て得られるJKフリップフロップ３の出力SEL1の反転信号
とインバータ14,15を介して得られるJKフリップフロッ
プ４の出力SEL2と３入力とするNANDゲート9aと、ORゲー
ト7aの出力とインバータ12,13を介して得られるJKフリ
ップフロップ３の出力SEL1とインバータ14を介して得ら
れるJKフリップフロップ４の反転信号とを入力するNAND
ゲート10aと、１つのＬ信号とインバータ12を介して得
られるJKフリップフロップ３の出力SEL1の反転信号とイ
ンバータ14を介して得られるJKフリップフロップ４の出
力SEL2の反転信号とを３入力とするNANDゲート11aと、
上記４つのNANDゲート8a〜11aの出力を入力とするNAND
ゲート12aと、このNANDゲート12aの出力を反転して、そ
の反転出力Ｄ₀を表示データとして液晶ドライバに与え
るインバータ13aとで構成されている。

同様に、階調データ［Ｄ_U1,D_L1］に対応する第２の回
路部は、ANDゲート6b、ORゲート7b、NANDゲート8b,9b,1
0b,11b,12b、インバータ13bによって構成され、階調デ
ータ［Ｄ_U2,D_L2］に対応する第３の回路部は、ANDゲー
ト6c、ORゲート7c、NANDゲート8c,9c,10c,11c,12c、イ
ンバータ13cによって構成され、階調データ［Ｄ_U3,
D_L3］に対応する第４の回路部は、ANDゲート6d、ORゲー
ト7d、NANDゲート8d,9d,10d,11d,12d、インバータ13dに
よって構成されており、第２の回路部からは信号Ｄ
₁が、第３の回路部からは信号Ｄ₂が、第４の回路部から
は信号Ｄ₃がそれぞれ表示データとして出力される。

第１図に示すデータ間引き回路の入出力の真理値表を
第１表に示す。ただし第１表において、Ｔ_3m,T_3m+1,T
_3m+2は上記３フレームの各フレーム期間を示し、ｎは０
〜３の数値が当てはまる。

次に上述した液晶表示装置の動作を、第２図に示すタ
イミングチャートと第１表を参照して説明する。

フレーム弁別回路２の２つの出力SEL1,SEL2は、第２
図（ａ）に示すように各フレームを周期とする交流化反
転信号Ｍの立下り時点に、第２図（ｂ），（ｃ）に示す
ように変化し、フレームＴ_3mでは出力SEL1,SEL2はそれ
ぞれH,L、フレームＴ_3m+1ではそれぞれL,H、フレームＴ
_3m+2ではそれぞれH,Hの組合せとなり、以後のフレーム
では上記と同様の組合せが繰り返される。すなわち、３
フレームを１周期として上記組合せが繰り返される。上
記３つの組合せはそれぞれ異なり、各組合せは１周期内
の各フレームを弁別することになる。

階調データ出力回路１から出力される階調データ［Ｄ
_U0,D_L0］を受けるデータセレクタ回路５の第１の回路部
についてみてみると、第１フレームＴ_3mにおいてはORゲ
ート7aの出力Ｄ_Un＋Ｄ_Ln（ｎ＝０）が、第２フレームＴ
_3m+1においては下位ビットＤ_Lu（ｎ＝０）が、また第３
フレームＴ_3m+2においてはANDゲート6aの出力Ｄ_Un・Ｄ
_Ln（ｎ＝０）が表示データＤ₀として出力される。ここ
で階調データ［Ｄ_U0,D_L0］が［H,H］であるとすると、
第１表から明らかなように、表示データＤ₀は第１フレ
ームＴ_3mにおいてＨ、第２フレームＴ_3m+1においてＨ、
第３フレームＴ_3m+2においてＨとなり、上記階調データ
［Ｄ_U0,D_L0］に対応する絵素に印加される電圧波形は第
２図（ｄ）のようになる。すなわち、第１フレームＴ_3m
の第１フィールドにおいてはオン（表示）に相当する瞬
時電圧−Vopが印加され、第１フレームＴ_3mの第２フィ
ールドにおいてはオンに相当する瞬時電圧＋Vopが印加
され、第2,第３フレームＴ_3m+1,T_3m+2においても同じ波
形となる。つまり、３フレームのすべてに亘って非階調
表示の場合の表示に相当する駆動状態となり、３フレー
ムによって最大コントラストの表示が行われることにな
る。

次に、上述した階調データ［Ｄ_U0,D_L0］が［L,H］で
あるとすると、表示データＤ₀は第１フレームＴ_3mにお
いてＨ、第２フレームＴ_3m+1においてＨ、第３フレーム
Ｔ_3m+2においてＬとなり、この階調データ［Ｄ_U0,D_L0］
に対応する絵素に印加される電圧波形は第２図（ｅ）の
ようになる。すなわち、第１フレームＴ_3mの第１フィー
ルドにおいてはオンに相当する瞬時電圧−Vopが印加さ
れ、同じフレームＴ_3mの第２フィールドにおいてはオン
に相当する瞬時電圧＋Vopが印加され、第２フレームＴ
_3m+1においても同じ波形となり、第３フレームＴ_3m+2に
おいてはその第１フィールドにおいてオフ（非表示）に
相当する（ただしａは表示絵素の非選択時の印加電圧の
比）瞬時電圧−Vop｛１−（2/a）｝が印加され、同じフ
レームＴ_3m+2の第２フィールドにおいてオフに相当する
瞬時電圧＋Vop｛１−（2/a）｝が印加される。つまり、
３フレームのうち、第３フレームＴ_3m+2だけが非階調表
示の場合の非表示に相当する駆動状態となり、３フレー
ムによって前記した場合より１段コントラストの小さい
表示が行われることになる。

次に、上記した階調データ［Ｄ_U0,D_L0］が［H,L］で
あるとすると、表示データＤ₀は、第１フレームＴ_3mに
おいてＨ、第２フレームＴ_3m+1においてＬ、第３フレー
ムＴ_3m+2においてＬとなり、この階調データ［Ｄ_U0,
D_L0］に対応する絵素に印加される電圧波形は第２図
（ｆ）のようになる。すなわち、第１フレームＴ_3mの第
１フィールドにおいてはオフに相当する瞬時電圧−Vop
が印加され、同じフレームＴ_3mの第２フィールドにおい
てはオンに相当する瞬時電圧＋Vopが印加され、第２フ
レームＴ_3m+1においてはその第１フィールドにおいてオ
フに相当する瞬時電圧−Vop｛１−（2/a）｝が印加さ
れ、同じフレームＴ_3m+1の第２フィールドにおいてオフ
に相当する瞬時電圧＋Vop｛１−（2/a）｝が印加され、
第３フレームＴ_3m+2においても第２フレームＴ_3m+1と同
じ波形となる。つまり、この場合は３フレームのうち第
１フレームＴ_3mだけが非階調表示の場合の表示に相当す
る駆動状態となり、３フレームによって上述した場合よ
りさらに１段コントラストの小さい表示が行われること
になる。

さらに、上述した階調データ［Ｄ_U0,D_L0］が［L,L］
であるとすると、表示データＤ₀は第１〜第３フレーム
Ｔ_3m〜Ｔ_3m+2のすべてにおいてＬとなり、この階調デー
タ［Ｄ_U0,D_L0］に対応する絵素に印加される電圧波形は
第２図（ｇ）のようになる。

すなわち、第１フレームＴ_3mの第１フィールドにおい
てはオフに相当する瞬時電圧−Vop｛１−（2/a）｝が印
加され、同じフレームＴ_3mの第２フィールドにおいては
オフに相当する瞬時電圧＋Vop｛１−（2/a）｝が印加さ
れ、第2,第３フレームＴ_3m+1,T_3m+2においても同じ波形
となる。つまり、この場合は３フレームのすべてに亘っ
て非階調表示の場合の非表示に相当する駆動状態とな
り、３フレームによって最小コントラストの表示が行わ
れることになる。なお、第２図（ｄ）〜（ｇ）において
電位Vop×（1/a）の電圧波形は、上述した絵素の非選択
時（その絵素が含まれる走査側電極に書込み電圧が印加
されないとき）の印加電圧波形を示している。

上記実施例では、階調データ出力回路１として、デー
タ側電極が画面の上半部と下半部に分割される液晶表示
装置に用いられる液晶表示制御回路を流用しているた
め、従来の非階調表示に用いられる回路の外に新たに製
作の必要な回路は、第１図に示すデータ間引き回路のう
ち、フレーム弁別回路２とデータセレクト回路５だけで
よいことになる。

発明の効果 以上のように本発明の液晶階調表示を行なう装置によ
れば、階調データを各絵素に対応付けて出力する在来の
一般的な液晶表示制御回路をそのまま用い、液晶表示装
置にその階調データを与えることによって、液晶階調表
示を行なうことが容易に可能になるという優れた効果が
達成される。

特に本発明によれば、液晶表示装置は、マトリクス状
に配列した絵素を有する液晶表示素子とそれを駆動する
液晶ドライバのほかに、フレーム弁別手段とデータ間引
き手段とを在来の構成に比べて追加して構成され、この
液晶表示装置は上述のようにフレーム弁別手段とデータ
間引き手段とを内蔵する構成とすることによって、液晶
表示素子の絵素構成およびその特性に応じて階調演算の
ための構成が設定されており、変更することはなく、こ
のような液晶表示装置に、液晶表示制御回路からの階調
データを単純に伝送することによって、階調表示を行な
うことができ、したがってこの液晶表示装置として、階
調データを入力するだけで階調表示が可能なパルス幅変
調方式による単純マトリクス液晶表示装置およびアクテ
ィブマトリクス液晶表示装置を使用することができると
いう優れた効果が達成される。

もしも仮に、本発明の１つの構成要素である液晶表示
装置を用いることなく、液晶モジュールとディスプレイ
コントローラと液晶用メモリと中央処理装置CPUとをば
らばらに構成して、表示用メモリからの階調データを、
ディスプレイコントローラによって液晶モジュールに適
切な階調データを送るように構成すれば、そのようなデ
ィスプレイコントローラは、階調データを入力するだけ
で階調表示が可能なパルス幅変調方式による単純マトリ
クス液晶モジュールおよびアクティブマトリクス液晶モ
ジュールには、使用することができず、しかもディスプ
レイコントローラを、液晶モジュールの絵素構成および
特性に応じて階調演算方法を変更しようとすれば、その
ようなディスプレイコントローラの回路自体を作り直す
必要があり、そうすれば多大な開発費用と期間が必要に
なってしまう。本発明はこのような問題を一挙に解決す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である表示装置のデータ間引
き回路の構成を示す回路図、第２図はその表示装置の動
作を示すタイミングチャートである。 １……階調データ出力回路、２……フレーム弁別回路、
５……データセレクト回路（データ間引き手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マトリクス状に配列した絵素を有する液晶
   表示素子を備える液晶表示装置と、 前記絵素に階調表示を行なわせるための階調データを各
   絵素に対応付けて出力する液晶表示制御回路とを含み、 前記液晶表示装置は、 前記液晶表示素子のほかにさらに、 複数のフレーム分の期間を１周期としてその周期内の各
   フレームを弁別するフレーム弁別信号を出力するフレー
   ム弁別手段と、 前記フレーム弁別信号が弁別する各フレームにおける絵
   素の表示データとして、前記階調データに応じて表示に
   相当するデータまたは非表示に相当するデータのいずれ
   かを選択的に出力するデータ間引き手段と、 データ間引き手段からの出力に応答して、液晶表示素子
   の絵素の列方向に配列した複数のデータ側電極に表示デ
   ータに対応する電位を与えた状態で、絵素の行方向に配
   列した複数の走査側電極に順次的に書込み電位を与える
   液晶ドライバとを備えることを特徴とする液晶階調表示
   を行なう装置。