JP2761128B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

液晶表示装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、液晶表示装置に関し、
詳しくは、フラットディスプレイパネルの分野に用いて
好適な、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置に関
する。近年、パーソナルコンピュータやワープロ等の情
報端末装置においては小型・高性能・高機能化が進み、
デスクトップ型と呼ばれる机上据置タイプのものからラ
ップトップ型と呼ばれる膝乗せタイプ、さらには、ラッ
プトップ型よりも小型のノート・ブックタイプやパーム
トップタイプといった小型の情報端末装置が多数市場に
出回っている。
【0002】これらの情報端末装置では、本体の小型・
軽量化のために、その表示装置にも軽量、かつ、薄いも
のが望まれ、このような表示装置として前述のデスクト
ップ型では一般的であるCRT(Cathode Ray Tube)に
代わって液晶表示装置が多用されている。液晶表示装置
としては、例えば、TN(Twisted Nematic )やSTN
(Super Twisted Nematic )といった単純マトリクスの
液晶表示装置に比べて、きめ細かい中間調の制御ができ
るとともに、高いコントラスト比が確保でき、さらに、
応答速度が速いことなどから、高画質で多階調のカラー
表示が求められる分野においては、例えば、TFT(Th
in Film Transistor)やMIM(MetalInsulator Metal
)等のアクティブマトリクスの液晶表示装置が数多く
利用されている。
【0003】ところが、アクティブマトリクスの液晶表
示装置において、現状では、複数の電圧レベルから一つ
を選んで出力できるといった階調表示用デジタルドライ
バICとして8階調のものしかなく、開発途上のもので
も16階調止まりという状況にあり、16階調以上の多
階調の表示を行なうためには、通常、データドライバに
高価なアナログドライバを用いなければならず、このこ
とは液晶表示装置の低コスト化の障害となる。
【0004】このため、デジタル方式のドライバICの
使い方で階調数を増やす検討が行われており、具体的に
は、8階調ドライバを使う場合を例に採って説明する
と、まず、8種類の電源電圧の組を何組か作り、これを
時間的に切り換えて組み合わせることにより、電源の数
より多い階調数を実現している(以下、フィールド電圧
変調法という)。
【0005】しかし、組み合わせる電圧の差があまり大
きくなると、組み合せた電圧の平均電圧を直接に印加し
たときの透過率からのずれや、階調の入れ替わりなどが
生じ、階調表示の品質が悪くなる。そこで、安価に、か
つ、高品位に多階調表示のできるデジタルデータドライ
バが必要となる。
【0006】
【従来の技術】従来のこの種の表示品質に優れたアクテ
ィブマトリクスの液晶表示装置としては、例えば、TF
Tを用いたアクティブマトリクス方式の液晶表示装置が
しられている。これは、2枚の電極層の間に多数の薄膜
トランジスタと画素容量とを形成して液晶パネルを構成
し、任意の選択薄膜トランジスタを介して表示電圧を容
量に書き込むものである。
【0007】画素の明暗は書き込み電圧の大きさに依存
し、例えば、n種の書き込み電圧を用意することによ
り、n階調の明暗が得られる。ここで、n種の書き込み
電圧の生成方法は、所定の定電圧をオペアンプで増幅
し、そのオペアンプの増幅度を多段階(この場合、n段
階)に可変とすることによって生成する方法(以下、第
1の生成方法という)と、2つの定電圧から抵抗分圧
によってn種の電圧を取り出し、そのうちの1つの電圧
をスイッチング素子で選択することによって生成する方
法(以下、第2の生成方法という)とがある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
第1の生成方法にあっては、所定の定電圧をオペアンプ
で増幅するという構成となっていたため、増幅度の最小
可変幅がオペアンプの精度で決まってしまうという問題
点があった。また、第2の生成方法にあっては、2つの
定電圧のうちの1つの電圧をスイッチング素子で選択す
るという構成となっていたため、分圧用抵抗やスイッチ
ング素子の数が増大して回路規模が大きくなってしまう
という問題点があった。
【0009】すなわち、上記した何れの方法であって
も、生成電圧の数(n)をそれほど大きくできず、一層
の多階調化を図ることができないといった問題点があ
る。さらに、近時、コンピュータの表示の多色化要求
は、GUI(Graphic User Interface)の発達に伴い、
従来の8,16色表示から16階調−4096色を越え
るマルチカラー表示、さらには64階調−26万色を越
えるフルカラー表示が求められており、現状では、前述
の理由により最大でも8階調−512色程度の階調表示
が限界となっており、多色化要求に応え難い。
【0010】[目的]そこで本発明は、回路規模の増大
を抑えつつ、一層の高品位な多階調表示を実現すること
を目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は上記目的達成のため、請求項1の発明では、複数の
フィールドから構成される1フレームの画像を表示する
液晶表示装置であって、マトリクス状に配置された液晶
画素中の任意の液晶画素を選択する画素選択手段と、該
画素選択手段により選択された液晶画素に対し、複数電
圧レベルの中から所定の電圧レベルを選択的に印加する
電圧印加手段とを備え、前記電圧印加手段は、前記複数
のフィールドの各フィールド単位で個別に電圧レベルを
印加する、該複数のフィールドの数以上の複数の電圧レ
ベル印加部を有し、該電圧レベル印加部をそれぞれフィ
ールド単位に切り換え、前記1フレーム中の各フィール
ドに印加する電圧レベルの平均実効電圧値に基づいて階
調表示を行なうように構成している。
【0012】請求項2の発明では、請求項1記載の液晶
表示装置について、前記複数の電圧レベル印加部がそれ
ぞれ供給可能な電圧レベルは、少なくともその一部が互
いに異なるように構成している。
【0013】請求項3の発明では、請求項1、2記載の
発明について、前記電圧印加手段により印加される電圧
レベルを変換テーブルを用いて予め設定された所定の階
調レベルに変換して入力するように構成している。
【0014】請求項4の発明では、請求項3記載の発明
について、前記変換テーブルはROMで構成している。
請求項5の発明では、請求項1、2記載の発明につい
て、液晶の透過率−電圧特性に基づいて、該液晶の作動
領域を複数に分割し、各分割領域毎に前記1フレーム中
の各フィールドに印加する電圧レベルの平均実効電圧値
に基づいて階調表示を行なうように構成している。
【0015】請求項6の発明では、請求項1、2、5
載の発明について、隣合う画素で前記電圧レベルの組み
合せを変更するように構成している。請求項7の発明で
は、請求項1、2、5記載の発明について、隣合う画素
で前記電圧レベルの位相を変更するように構成してい
る。請求項8の発明では、請求項1、2、5記載の発明
について、隣合う画素で前記電圧レベルの組み合せ、及
び位相を変更するように構成している。
【0016】請求項9の発明では、請求項5記載の発明
について、隣合う画素で前記電圧レベルの極性を変更す
るように構成している。請求項10の発明では、請求項
1、2、5記載の発明について、前記フレーム中のフィ
ールド数に基づいて走査周波数を上げるように構成して
いる。請求項11の発明では、請求項1、2記載の発明
について、前記複数フィールド単位に印加される各電圧
の差が、少なくとも白レベル側において所定の電圧差以
下となるように各印加電圧の組み合せを決定している。
【0017】請求項12の発明では、請求項1、2記載
の発明について、前記液晶画素に印加する印加電圧を該
液晶画素の透過率−電圧特性に基づいて透過率の変化が
ほぼ等間隔となるように設定する場合、前記複数のフィ
ールドそれぞれに対して設けられた複数レベルからなる
電圧の組の平均値が互いにほぼ同じとなるように決定し
ている。
【0018】請求項13の発明では、請求項12記載の
発明について、1フレームを2つのフィールドで構成
し、該各フィールドに対して設定する同数の複数電圧レ
ベルとして、組み合せによって作られる最大電圧をV
max 、最小電圧をVmin 、組み合せによって作る電圧の
数をnし、該各フィールドの電圧をV1m,V2m(mは
0,1,・・・,(n1/2 −1))とする場合、V1m
(Vmax +Vmin )/2−(Vmax −Vmin )/(n
1/2 +1)+(Vmax −Vmin )・2m/(n−1)、
2m=(Vmax +Vmin )/2−(Vmax −Vmin )・
1/2 /(n1/2 +1)+(Vmax +Vmin )・2m ・
1/2 /(n−1)としている。
【0019】請求項14の発明では、請求項12、13
記載の発明について、前記液晶画素の透過率−電圧特性
の透過率の変化に基づいて印加電圧領域を分割し、該各
領域ごとに印加電圧の設定している。
【0020】
【作用】本発明では、1フレーム中の各フィールドに印
加される電圧レベルの平均実効電圧値に基づいて階調表
示がなされ、回路規模の増大が抑えられつつ容易に多階
調の階調表示が実現される。また、隣合う画素での電圧
レベルの組み合せ、及び、または、位相を変更すること
により、フリッカが低減され、しかも、フレーム中のフ
ィールド数に基づいて走査周波数を上げることにより、
フリッカの一層の低減化が図られる。
【0021】さらに、フレーム毎に印加される電圧差を
所定電圧差以下に制限することにより、複数セル間での
フリッカが確実に低減される。そして、複数のフィール
ドそれぞれに対して設けられた複数レベルからなる電圧
の組の平均値が互いにほぼ同じとなるように決定され、
組み合せ電圧差が抑えられることにより、階調表示の品
質劣化が防止される。
【0022】
【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
1〜図12は本発明に係る液晶表示装置の第1実施例を
示す図であり、図1は本実施例の全体構成を示すブロッ
ク図である。まず、構成を説明する。
【0023】図1において、本実施例の液晶表示装置1
は、大別して、画素選択手段2、データ生成手段3、電
圧印加手段4、液晶表示手段5から構成され、画素選択
手段2は、タイミング発生部6、スキャンドライバ7、
データドライバ8からなり、データ生成手段3は、A/
D変換部9、データ変換部10、第1パラレル変換部1
1、第2パラレル変換部12、第1フィールド用フレー
ムメモリ13、第2フィールド用フレームメモリ14、
表示データ切替部15から構成されている。電圧印加手
段4は、電圧レベル印加部である第1フレーム用液晶駆
動電源16、同じく電圧レベル印加部である第2フレー
ム用液晶駆動電源17、駆動電源切替部18からなり、
液晶表示手段5は液晶表示パネル19から構成されてい
る。
【0024】なお、20は液晶表示装置1に表示すべき
データを出力する外部装置であるパソコンであり、パソ
コン20はアナログRGBのインターフェースにより液
晶表示装置1にアナログRGB信号、及び同期信号を出
力するものである。タイミング発生部6は、パソコン2
0から出力される同期信号、すなわち、水平同期信号と
垂直同期信号とから所定の処理に必要なタイミング信号
を発生させるものである。
【0025】A/D変換部9は、パソコン20からのア
ナログRGB信号をデジタル化するものであり、RGB
各色に対して2ビットに量子化するものである。データ
変換部10は、A/D変換部9から出力されるデジタル
の表示データを駆動方法に合わせて変換するものであ
る。第1パラレル変換部11、及び第2パラレル変換部
12は、データ変換部10を介して出力されたRGB各
1ビット、計3ビットのパラレルRGB信号を16ビッ
トパラレルの映像信号にそれぞれ変換するものである。
【0026】第1フィールド用フレームメモリ13、及
び第2フィールド用フレームメモリ14は、それぞれ容
量約1Mビット(640×480×3=900Kビッ
ト)のフレームメモリであり、その読み出しは書き込み
速度の2倍の速度で行なわれる。表示データ切替部15
は、第1フィールド用フレームメモリ13と第2フィー
ルド用フレームメモリ14とに記憶保持された表示デー
タの切り替えて、1フレームのデータを出力するもので
ある。
【0027】第1フレーム用液晶駆動電源16、及び第
2フレーム用液晶駆動電源17は、液晶を駆動するため
の電圧を発生させるものであり、本実施例における第1
フレーム用液晶駆動電源16はV1=14V、V2=1
0V、V3=6V、V4=2Vに設定され、第2フレー
ム用液晶駆動電源17はV1=12V、V2=10V、
V3=6V、V4=4Vに設定される。そして、コモン
電圧レベルは、寄生容量によるソース電位の変化分が約
−1Vであることを考慮して7Vに設定される。
【0028】駆動電源切替部18は、第1フレーム用液
晶駆動電源16と第2フレーム用液晶駆動電源17とか
ら出力される電圧レベルの切り替えを行なうものであ
る。液晶表示パネル19は、TFTによるアクティブマ
トリクス液晶パネルである。次に、図2に基づいて、使
用するデータドライバの表示可能な階調よりも多階調の
表示を行なう場合、例えば、同時に2値の電圧レベルを
出力できるSTN用ドライバを用いて4階調−64色の
多色表示を行なう原理について説明する。
【0029】まず、1フレームの画像が一旦第1フィー
ルド用フレームメモリ13、及び第2フィールド用フレ
ームメモリ14に書き込まれ、図3に示すように2倍の
速度で読み出され(倍速スキャン)て1フレームが第1
フィールドと第2フィールドとに分割される。そして、
例えば、図4に示すように、階調1を実現する場合、第
1フィールドで2V、第2フィールドで2Vが印加さ
れ、1フレーム中の平均実効電圧が2Vとなる。同様に
して、階調2を実現する場合、第1フィールドで2V、
第2フィールドで4Vが印加され、1フレーム中の平均
実効電圧が3Vにされ、階調3を実現する場合、第1フ
ィールドで6V、第2フィールドで2Vが印加され、1
フレーム中の平均実効電圧が4Vにされ、階調4を実現
する場合、第1フィールドで6V、第2フィールドで4
Vが印加され、1フレーム中の平均実効電圧が5Vにさ
れることで達成される。
【0030】このように、第1フィールドと第2フィー
ルドとで互いに異なる電圧レベルが印加され、1フレー
ム中の平均実効電圧の違いにより階調の表示がなされ
る。本実施例における各フィールドに対する駆動波形例
は図5〜図8に示される。なお、図5〜図8の説明を簡
単化するため、図5〜図8に対応する図9〜図12を参
照しつつ説明する。
【0031】図5の駆動波形例は、複数の電圧レベルの
組を2組用意し、各フィールドで電圧レベルの組を切り
替えて出力するものであり、図9に示すように、例とし
て階調2を実現しようとすると、第1フィールドでV3
とV2、第2フィールドでV4とV1が印加され、隣合
う液晶セルは白表示と黒表示とが繰り返されるが、フリ
ッカの位相は同じである。る。
【0032】すなわち、合成フリッカの周波数が各液晶
セルのフリッカ周波数と同じ60Hzになる。図6の駆
動波形例は、図5における複数の電圧レベルの組み合わ
せを変えたものであり、図10に示すように、階調2を
実現しようとすると、第1フィールドでV3とV1、第
2フィールドでV4とV2が印加され、隣合う液晶セル
は白表示と黒表示とが繰り返されるが、フリッカの位相
は180度異なったものとなる。
【0033】すなわち、合成フリッカの周波数が120
Hzとなり、図9の例と比較してフリッカを目立たなく
することができる。図7の駆動波形例は、図5における
複数の電圧レベルの位相を変えたものであり、図11に
示すように、階調2を実現しようとすると、第1フィー
ルドでV3とV4、第2フィールドでV4とV2が印加
され、もう一方のフレームの第1フィールドでV2とV
、第2フィールドでV1とV3が印加され、図10と
同様に、隣合う液晶セルは白表示と黒表示とが繰り返さ
れるが、フリッカの位相は180度異なる。 したがっ
て、合成フリッカの周波数が120Hzとなり、図9の
例と比較してフリッカを目立たなくすることができる。
【0034】図8の駆動波形例は、図5における複数の
電圧レベルの組み合せと位相とを変えたものであり、図
12に示すように、階調2を実現しようとすると、第1
フィールドでV3とV3、第2フィールドでV4とV1
が印加され、もう一方のフレームの第1フィールドで
2とV2、第2フィールドでV1とV4が印加され、図
9と同様に、隣合う液晶セルは白表示と黒表示とが繰り
返されるが、フリッカの位相は同じである。
【0035】すなわち、合成フリッカの周波数が各液晶
セルのフリッカ周波数と同じ60Hzとなる。図13〜
図16は本発明に係る液晶表示装置の第2実施例を示す
図であり、図13は本実施例の全体構成を示すブロック
図である。なお、図13において、図1に示した第1実
施例に付された番号と同一番号は同一部分を示す。
【0036】本実施例の画素選択手段2は、第1実施例
の画素選択手段2にコモン電源発生部21を追加して設
けており、電圧印加手段4は、電圧レベル印加部である
液晶駆動電源22から構成されている。また、23はス
リーステートインバータであり、スリーステートインバ
ータ23によって表示データをフレーム、あるいはライ
ン毎に反転させる。
【0037】次に、図14に基づいて、使用するデータ
ドライバの表示可能な階調よりも多階調の表示を行なう
場合、例えば、同時に2値の電圧レベルを出力できるS
TN用ドライバを1つ用いて4階調−64色の多色表示
を行なう原理について説明する。まず、第1実施例と同
様に、1フレームの画像が一旦第1フィールド用フレー
ムメモリ13、及び第2フィールド用フレームメモリ1
4に書き込まれ、図3に示すように2倍の速度で読み出
され(倍速スキャン)て1フレームが第1フィールドと
第2フィールドとに分割される。そして、例えば、図1
4に示すように、階調1を実現する場合、第1フィール
ドで1.5V、第2フィールドで2.5Vが印加され、
1フレーム中の平均実効電圧が2Vになる。同様にし
て、階調2を実現する場合、第1フィールドで1.5
V、第2フィールドで4.5Vが印加され、1フレーム
中の平均実効電圧が3Vにされ、階調3を実現する場
合、第1フィールドで5.5V、第2フィールドで2.
5Vが印加され、1フレーム中の平均実効電圧が4Vに
され、階調4を実現する場合、第1フィールドで5.5
V、第2フィールドで4.5Vが印加され、1フレーム
中の平均実効電圧が5Vにされることで達成される。
【0038】なお、ここで、正フレームで階調1を実現
する電圧レベルと負フレームで階調4を実現する電圧レ
ベルは同じであり、同様にして、負フレームで階調1を
実現する電圧レベルと正フレームで階調4を実現する電
圧レベル、正フレームで階調2を実現する電圧レベルと
負フレームで階調3を実現する電圧レベル、負フレーム
で階調2を実現する電圧レベルと正フレームで階調3を
実現する電圧レベルは同じである。
【0039】すなわち、電圧レベルはV1,V2,V
3,V4の4種類のみであり、1フレーム、あるいはラ
イン毎にコモン電圧レベルと表示データとを反転させる
ことで、少ない電圧レベルで第1フィールドと第2フィ
ールドとで互いに異なる電圧レベルが印加され、1フレ
ーム中の平均実効電圧の違いにより階調の表示がなされ
る。
【0040】なお、本実施例における各フィールドに対
する駆動波形例は図15に示される。図15の駆動波形
例は、液晶駆動電源22のV1〜V4をそれぞれ、V1
=6.5V、V2=3.5V、V3=2.5V、V4=
5.5V、に設定すると共に、コモン電圧レベルを、寄
生容量によるソース電位の変化分(約−1V)を考慮し
て7Vと0Vとに設定する。なお、図16は比較のため
の通常の駆動波形例である。また、ゲートパルスのオフ
電圧は−10V、オン電圧は15Vである。
【0041】本実施例の液晶表示装置は、第1実施例の
液晶表示装置と比較して電圧印加手段4の構成をより簡
単にすることができる。図17〜図24は本発明に係る
液晶表示装置の第3実施例を示す図であり、図17は本
実施例の全体構成を示すブロック図である。なお、図1
7において、図1に示した第1実施例に付された番号と
同一番号は同一部分を示す。
【0042】本実施例のデータ変換部10は、階調に対
応したデジタル入力の表示データを、例えば、ROM等
に格納した変換テーブルを用いて所定の階調レベルの値
を入れ換えるものである。ここで、前記第1,2実施例
に示すような、多値の電圧レベルの組み合せによる多階
調表示を行なった場合、階調特性がずれるという問題点
がある。
【0043】図18に8値のデジタルドライバ(図19
参照)による64階調表示を行なった場合の階調特性の
測定結果を示す。図18に示すように、32階調を越え
る位置に階調のズレ、すなわち、明るさの順序が逆転し
ている箇所がある。これは、図20に示すように、液晶
のT−V (透過率−電圧)特性が非直線であることに
よって、フィールド電圧VF1とVF2とから得られる
透過率T1とT2との平均の透過率が、平均電圧Va =
(V’+V2)/2から求められる透過率Ta と異なる
ためである。
【0044】そこで、本実施例では、ズレた階調レベル
の順序を並べ替えることにより正常な階調特性を得るも
のである。この原理を図21,図22に基づいて、4値
×4値=16階調の場合について説明する。まず、図2
1を見てみると、階調レベル12と13とがズレている
ことが一目で分かる。そこで、階調レベル12と13と
の入力データを入れ換える。
【0045】すなわち、図23に示すように、12〔1
011〕と13〔1100〕とを12〔1100〕と1
3〔1011〕とに変換することにより階調レベルが入
れ替わってズレが防止される。なお、図24に本実施例
の駆動波形例を示す。図25,図26は本発明に係る液
晶表示装置の第4実施例を示す図であり、図25は本実
施例の全体構成を示すブロック図である。
【0046】なお、図25において、図17に示した第
3実施例に付された番号と同一番号は同一部分を示す。
第3実施例の液晶表示装置1は、倍速スキャンにより表
示を行なっていたが、本実施例の液晶表示装置1は倍速
スキャンを行なわない構成となっており、図17におけ
る第3実施例の構成から第1フィールド用フレームメモ
リ13、及び第2フィールド用フレームメモリ14を除
いたものとなっている。
【0047】これによって、図26に示す本実施例の駆
動波形例は、図24の駆動波形例と比較して時間軸方向
が2倍に伸びた波形となっており、フリッカに対してや
や不利となっているが、フレームメモリが不要となる。
図27〜図36は本発明に係る液晶表示装置の第5実施
例を示す図であり、図27は本実施例の全体構成を示す
ブロック図である。
【0048】なお、図27において、図17に示した第
3実施例に付された番号と同一番号は同一部分を示す。
本実施例の液晶表示装置1は第3実施例のデータ変換部
10を除いたものであり、他の構成はほぼ同一である。
そして、本実施例では多値の電圧レベルの組み合せによ
る多階調表示を行なった場合、階調特性がずれるという
問題点に対して、図28に示すように、液晶のT−V
(透過率−電圧)特性に基づいて電圧レベルを印加する
領域を複数(例えば、本実施例の場合、4つ)の領域に
分割し、分割した各領域でフィールド電圧変調を行なう
ものである。
【0049】すなわち、複数の領域に分割することによ
って、各領域でT−V特性の非直線性が緩和され、直線
に近付けられるため、平均電圧から求められる透過率と
のズレを無くし、正常な階調特性を得ることができる。
ちなみに、図29に領域を4分割し、各領域で4つの電
圧レベルを4値×4値=16階調の場合について階調特
性の測定結果を示す。
【0050】具体例として、図30に液晶のTーV特性
を示す。この場合、2Vが白レベル、すなわち、階調0
であり、5.15Vが黒レベル、すなわち、階調63で
ある。そして、16値のデータドライバ8と4分割した
フィールド電圧変調を組み合せ、64階調−26万色表
示を行なう場合の階調レベル−デジタル入力信号と第1
フィールド電圧VF1と第2フィールド電圧VF2との
組み合せ電圧を図31に示す。
【0051】図32は本実施例の駆動電圧波形を示して
いる。この図において、正フレームでは、 第1フィールド:+V1〔2.0,2.1,2.2,
2.3,2.8,2.9,3.0,3.1,3.6,
3.7,3.8,3.9,4.4,4.5,4.6,
4.7 〕、 第2フィールド:+V2〔2.0,2.4,2.8,
3.2,3.6,4.0,3.6,4.0,4.4,
4.8,4.4,4.8,5.2,5.6 〕、負フレ
ームでは、 第1フィールド:−V1、 第2フィールド:−V2の電圧を切り替えてデータドラ
イバ8に入力し、この中から入力データに応じた電圧レ
ベルを選択して出力し、液晶表示パネル19を駆動す
る。
【0052】なお、1フレームは16.7ms、フィー
ルド期間は8.4 msで倍速スキャンするものであ
る。本実施例における各フィールドに対する駆動波形例
は図33〜図36に示す。これは、図5,図6で説明し
たように、隣合った液晶画素に電圧レベルの組み合せ、
及び、または、位相の異なった電圧レベル波形を印加す
ることにより、液晶セルの透過率の変動によるフリッカ
を低減できる。
【0053】図37,図38は本発明に係る液晶表示装
置の第6実施例を示す図であり、図37は本実施例の全
体構成を示すブロック図である。なお、図37におい
て、図27に示した第5実施例に付された番号と同一番
号は同一部分を示す。前記第5実施例の液晶表示装置1
は、倍速スキャンにより表示を行なっていたが、本実施
例の液晶表示装置1は倍速スキャンを行なわない構成と
なっており、図27における第5実施例の構成から第1
フィールド用フレームメモリ13、及び第2フィールド
用フレームメモリ14を除いたものとなっている。
【0054】これによって、図38に示す本実施例の駆
動波形例は図32の駆動波形例と比較して時間軸方向が
2倍に伸びた波形となっており、フリッカに対してやや
不利となっているが、フレームメモリを不要にできる利
点がある。図39〜図49は本発明に係る液晶表示装置
の第7実施例を示す図である。図39は本実施例のブロ
ック図であり、8階調ドライバによる16階調表示回路
の例である。
【0055】本実施例では、倍速スキャンを行わずに
(従ってフレームメモリ等を不要にして)、30Hzフ
リッカの抑制を意図する。図39において、パソコン2
0からのRGBデータは、A/D変換部9でR、G、B
それぞれが16階調に対応した4ビットデータ(D0〜
D3)に変換された後、データ変換部10によって、第
1フィールド、及び第2フィールドに対応した3ビット
データ(*D0〜*D2)に変換され、データドライバ
8で、この3ビットデータにより8レベルの電源電圧
(*V1〜*V8)が選択されて16階調表示が行われ
る。
【0056】図40はデータ変換部10のデータ入出力
関係を示す図であり、また、図41はデータ変換部10
の入力データ(階調)と選択電源電圧/出力平均電圧の
関係を示す図である。これらの関係は例えば図示しない
ROMに書き込まれた変換テーブルで表現できる。図4
1において、例えば階調1のときの入力データはオール
ゼロであり、第1フィールド電圧VF1及び第2フィー
ルド電圧VF2として共にV1が選択され、平均電圧は
(V1+V1)/2=V1で与えられる。
【0057】また、階調4のときの入力データは〔00
11〕であり、第1フィールド電圧VF1及び第2フィ
ールド電圧VF2としてそれぞれV2、V3が選択さ
れ、平均電圧は(V2+V3)/2で与えられる。さら
に、階調16のときの入力データはオール1であり、第
1フィールド電圧VF1及び第2フィールド電圧VF2
としてそれぞれV8、V9が選択され、平均電圧は(V
8+V9)/2で与えられる。
【0058】ここで、階調1を最も明るいレベル(すな
わち白レベル)にすると共に、階調16を最も暗いレベ
ル(すなわち黒レベル)にする。そして、図42に示す
ように、VF1、VF2間の電圧差を、黒レベル側の階
調15を除いて所定の電圧(好ましくは0.5V)以下
になるように設定する。これは、V1〜V9の各電圧
を、例えば2.0V、2.4V、2.8V、3.2V、
3.6V、4.0V、4.4V、4.8V、5.2Vと
することで達成できる(図43参照)。
【0059】30Hzフリッカは、図44に示すよう
に、フィールド単位に異なる電圧が与えられ、且つ隣接
フレームの極性が反転する場合に、30Hzの光変動
(チラツキ)となって観測される。30Hzフリッカ
は、フレームメモリを用いた倍速スキャンを行えば、光
変動の周波数を2倍の60Hzにして解決できる。しか
し、この方法では、少なくともフレーム分のメモリ容量
が必要であり、コスト及び回路規模が増大するので好ま
しくない。
【0060】そこで、本願発明者は、フィールド間電圧
の差と光応答周波数との関係に着目し、鋭意実験等を繰
り返した結果、所定の電圧差以下ではフリッカが目立た
ない領域(以下、フリッカレス領域)の存在を見い出し
た。すなわち、図45のハッチングで示す部分がそのフ
リッカレス領域であり、これは、第1、第2フィールド
の電圧差をおよそ0.5V以下(透過率fmの差では約
10%以下)にしたときの領域である。従って、複数フ
ィールド単位に印加される各電圧の差が、少なくとも白
レベル側において所定の電圧差以下となるように各印加
電圧の組み合せを決定すれば(具体的には、VF1とV
F2の差を0.5V以下にすれば)、30Hzフリッカ
を目立たなくすることができる。
【0061】さらに、本実施例では、図46に示すよう
に、任意の液晶セルとその隣接セルに印加する電圧を、
第1フィールド電圧VF1と第2フィールド電圧VF2
の組み合せ電圧にすると共に、セル間の電圧極性を異な
らせるようにしている。こうすることにより、面平均的
に異なる光応答波形を混在させることができ、複数セル
間でのフリッカを一層効果的に抑制できる。
【0062】このように、本実施例によれば、隣接セル
間の印加電圧の極性を逆にしたので、隣接セル間のフリ
ッカ位相を180度異ならせることができ、フリッカ周
波数を面平均的に2倍の60Hzにして30Hzフリッ
カを抑制できる。しかも、1フレーム間のフィールド電
圧差をおよそ0.5V以下にしたので、より確実に30
Hzフリッカを抑制できる。
【0063】なお、実施例では、階調15の電圧差が
0.8Vとなっており、好ましい電圧差(0.5V)を
越えているが、この階調15は黒レベル側でフリッカが
目立たないから、実用上支障がない。また、隣接セル間
の電圧波形は上記例示に限らず、例えば図47〜図49
に示すように様々な態様であってもよい。
【0064】すなわち、図47は、横方向(データライ
ン方向:m,m+1)でVF1とVF2の組み合せと極
性を変えると共に、縦方向(走査ライン方向:n,n+
1)で電圧の極性を変えた例であり、図48は、横方向
(データライン方向:m,m+1)で電圧の極性を変え
ると共に、縦方向(走査ライン方向:n,n+1)でV
F1とVF2の組み合せを変えた例であり、図49は、
横方向(データライン方向:m,m+1)でVF1とV
F2の組み合せを変えると共に、縦方向(走査ライン方
向:n,n+1)で電圧の極性を変えた例である。
【0065】何れの例でも、フリッカ周波数を面平均的
に2倍の60Hzにでき、30Hzフリッカを抑制でき
る。図50〜図55は本発明に係る液晶表示装置の第8
実施例を示す図である。図50は本実施例の全体構成を
示すブロック図であり、8階調ドライバによる16階調
表示回路の例である。
【0066】前述した実施例においては、16階調用の
デジタルドライバICを使って64階調表示を行う場
合、図28に示すように、透過率が変化している電圧範
囲を4つの領域に分けられるとともに、この16の電圧
レベルが第1フィールドと第2フィールドとにそれぞれ
用意され、16の電圧レベルがそれぞれ4つのグループ
に分けられて4つの領域に対応させられる。
【0067】この時、組み合わせた2つの電圧の平均値
を等間隔にするために、従来用いられていた電圧設定
は、次式による。 V1m' =Vmin +(Vmax −Vmin )・2m/(n−1) …… V2m' =Vmin +(Vmax −Vmin )・2m・n1/2 /(n−1)…… なお、Vmin は各領域での最小電圧、Vmax は各領域で
の最大電圧、nは各領域での階調数、mは0,1,・・
・,n/2−1である。
【0068】表1に式,により設定した電圧を示
す。
【0069】
【表1】 つまり、各フィールドで電圧の高い方から順に第1グル
ープ、第2グループとして2つのフィールドの同じ番号
のグループ同士の電圧が組み合わされる。したがって、
1つのグループ内での組み合せによって4×4の16の
電圧ができ、これが4グループあるので64の電圧、す
なわち、64階調の表示が実現できる。
【0070】図51,52はこの電圧設定により表示し
た時の階調と輝度の関係、及び電圧設定を示したもので
あり、この図から判るように、低輝度の領域では階調が
入れ替わる部分が生じているとともに、高輝度の領域で
は、階調の入れ替わりはないものの階調間の差が詰まっ
たところが生じている。これは、図53の輝度の変化量
−電圧差特性に示すように、電圧差が大きいほど顕著で
あり、このため、入力された画像データが忠実に再現出
来なくなり、品質の悪い表示となってしまうという問題
が生じる。
【0071】こうした階調の入替わりや詰まりの生じる
原因を説明したのが前述の図20であり、液晶パネルの
輝度−電圧特性は線形でないことや、輝度が各フィール
ドの電圧に追随して変化することから、組み合せる2つ
の電圧の差が余り大きくなると、両者の平均の電圧をか
けたときの輝度でなく、それぞれの電圧で得られる輝度
を平均した輝度が得られることになり、所望の輝度から
ズレてしまうといった点が原因である。
【0072】したがって、例えば、領域の境界等のよう
に、一方は同じ電圧の組み合せで所望の輝度に、他方は
電圧差の大きな組み合せで所望の値からの大きくズレた
輝度となるところで、階調の入れ替わりや詰まりが生じ
ることになる。本実施例では、このような表示品位の劣
化の抑制を意図する。ちなみに、図50中、30は書込
アドレスカウンタ、31は読出アドレスカウンタ、32
はアドレス切換回路、33はフレームメモリであり、I
NV1,2はインバータ、AND1〜4はアンドゲー
ト、NAND1,2はナンドゲートである。
【0073】以上の構成において、まず、第1フレーム
用液晶駆動電源16、及び第2フレーム用液晶駆動電源
17により、本実施例の電圧設定の考え方に基づいた第
1フィールド用電圧V1(16レベル)、第2フィール
ド用電圧V2(16レベル)が生成され、この2組の電
圧は、外部から入力された垂直同期信号VSYNCに基
づいて、タイミング発生部6において逓倍して作成され
たフレーム周波数の倍の周波数の信号1/2FLCLに
よって制御される駆動電源切替部18により、各フィー
ルドに対応して切り換えられ、16階調のデータドライ
バ8に入力される。
【0074】また、64階調表示のため6ビットからな
る外部から入力されたデータ信号は、タイミング発生部
6から出力される書込アドレス発生用クロックWCLK
の入力される書込アドレスカウンタ30の示すアドレス
に、書き込みを指示するタイミング信号W/Rによって
フレームメモリに逐次書き込まれると同時に、同じタイ
ミング発生部6から出力される読出アドレス発生用クロ
ックRCLKの入力される読出アドレスカウンタ31の
示す読み出しアドレスに、読み出しを指示するタイミン
グ信号*W/Rによって1画面分のデータが入力される
1フレームの期間に2回繰り返して読み出される。
【0075】この時、2フィールドでデータの示す階調
が得られるように電圧の選択を行うためには、上位2ビ
ットのデータb5,b4は第1,第2のフィールド共に
そのまま16階調データドライバ8の上位2ビットD
3,D2入力されるが、下位の4ビットのデータは、第
1フィールドではb3,b2が、第2フィールドではb
1,b0がデータ切換回路によって切り換えられ、16
階調データドライバの下位2ビットD1,D0に入力さ
れる。
【0076】一方、スキャンドライバ7は、外部から入
力された水平同期信号HSYNの約倍の周波数のクロッ
クSCLKにより、データドライバ8に入力されるデー
タに対応するスキャンラインを選択するため、データド
ライバ8との共動により、目的とする階調表示が実現で
きる。具体的には、表2に示すように、2つのフィール
ドで構成された1フレームの各フィールドに対して設定
する同数の複数電圧レベルとして、組み合せによって作
られる最大電圧をVmax 、最小電圧をVmin 、組み合せ
によって作る電圧の数をnとして、各フィールドの印加
電圧をV1m,V2m(mは0,1,・・・,(n 1/2
1))とする場合、 V1m=(Vmax +Vmin )/2−(Vmax −Vmin )/(n1/2 +1) +(Vmax −Vmin )・2m/(n−1) V2m=(Vmax +Vmin )/2−(Vmax −Vmin )・n1/2 /(n1/2 +1) +(Vmax +Vmin )・2m ・n1/2 /(n−1) となるように設定することにより、組み合わせる2つの
グループそれぞれの平均電圧をほぼ同じとすることによ
り、両グループの最大と最小の電圧差が最小とされるこ
とにより、図54,55に示すように、階調の入替わり
や詰まりのない表示が実現され、多階調時における表示
品質が高められる。
【0077】
【表2】 したがって、本実施例によれば、フィールド電圧変調法
などにより、データドライバの制御できる階調数を越え
る階調表示を行う場合、切り換える電圧の差を最小に抑
える電圧設定ができるために、階調の入れ替わりや詰ま
りのない表示が得られ、安いデータドライバで表示品質
の良い多階調表示が実現できる。
【0078】このように本発明中、倍速スキャンを行う
実施例においては、1フレーム中の各フィールドに印加
する電圧レベルの平均実効電圧値に基づいて階調表示す
ることによって、安価なドライバで多階調の階調表示が
できる。したがって、低コストで、高品位な多階調の表
示ができる。なお、上記実施例は、スキャン周波数を上
げて倍速スキャンするものを中心にして説明したが、こ
れに限らず、各フレーム毎に電圧の組み合せを切り替え
て駆動するだけでも構わない。
【0079】
【発明の効果】本発明では、1フレーム中の各フィール
ドに印加される電圧レベルの平均実効電圧値に基づいて
階調表示をするので、回路規模を増大することなく、容
易に多階調表示を実現できる。また、隣合う画素での電
圧レベルの組み合せ、及び、または、位相を変更するの
で、フリッカを低減でき、しかも、フレーム中のフィー
ルド数に基づいて走査周波数を上げるので、フリッカの
一層の低減が達成できる。
【0080】さらに、フレーム毎に印加される電圧差を
所定電圧差以下に制限したので、複数セル間でのフリッ
カをより確実に低減することができる。そして、液晶画
素に印加する印加電圧を複数のフィールドに対して設け
た複数レベルからなる電圧の組み合せの平均値とほぼ同
じとなるように決定でき、組み合せ電圧差を抑えられる
ことで、階調表示の品質劣化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図2】液晶のT−V特性を示す図である。
【図3】倍速スキャンの説明図である。
【図4】第1実施例の液晶セルの駆動波形図である。
【図5】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図6】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図7】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図8】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図9】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図10】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図11】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図12】第1実施例の駆動波形例を示す図である。
【図13】第2実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図14】第2実施例の液晶セルの駆動波形図である。
【図15】第2実施例の駆動波形例を示す図である。
【図16】第2実施例の駆動波形例を示す図である。
【図17】第3実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図18】64階調表示の階調特性を示す図である。
【図19】8階調デジタルドライバを示す図である。
【図20】階調ズレの原因の説明図である。
【図21】階調ズレの入れ替えの原理説明図である。
【図22】階調ズレの入れ替えの原理説明図である。
【図23】表示データの変換テーブルを示す図である。
【図24】第3実施例の駆動波形例を示す図である。
【図25】第4実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図26】第4実施例の駆動波形例を示す図である。
【図27】第5実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図28】T−V特性の分割を示す図である。
【図29】64階調表示の階調特性を示す図である。
【図30】液晶の透過率−電圧特性を示す図である。
【図31】階調−デジタル入力の組み合せを示す図であ
る。
【図32】第5実施例の駆動波形例を示す図である。
【図33】第5実施例の駆動波形例を示す図である。
【図34】第5実施例の駆動波形例を示す図である。
【図35】第5実施例の駆動波形例を示す図である。
【図36】第5実施例の駆動波形例を示す図である。
【図37】第6実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図38】第6実施例の駆動波形例を示す図である。
【図39】第7実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図40】データ変換回路の変換テーブル図である。
【図41】入力データ(階調)と選択電源電圧(第1、
第2フィールド)/出力平均電圧の関係図である。
【図42】16階調の電圧組合せとその平均電圧並びに
電圧差を示す図である。
【図43】第1、第2フィールド電圧の組み合せ例を示
す図である。
【図44】フィールド電圧変調法(倍速スキャンなし)
によるフリッカ説明図である。
【図45】電圧差(VF1−VF2)とフリッカの関係
を示す図である。
【図46】隣接セル間の電圧波形例を示す図である。
【図47】隣接セル間の電圧波形の他の例を示す図であ
る。
【図48】隣接セル間の電圧波形の他の例を示す図であ
る。
【図49】隣接セル間の電圧波形の他の例を示す図であ
る。
【図50】第8実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。
【図51】従来の電圧設定における平均電圧と輝度との
関係を示した図である。
【図52】従来の電圧設定を示した図である。
【図53】従来の電圧設定の問題点を説明するための図
である。
【図54】本実施例の電圧設定における平均電圧と輝度
の関係を示した図である。
【図55】本実施例の電圧設定を示した図である。
【符号の説明】
1 液晶表示装置 2 画素選択手段 3 データ生成手段 4 電圧印加手段 5 液晶表示手段 6 タイミング発生部 7 スキャンドライバ 8 データドライバ 9 A/D変換部 10 データ変換部 11 第1パラレル変換部 12 第2パラレル変換部 13 第1フィールド用フレームメモリ 14 第2フィールド用フレームメモリ 15 表示データ切替部 16 第1フレーム用液晶駆動電源(電圧レベル印加
部) 17 第2フレーム用液晶駆動電源(電圧レベル印加
部) 18 駆動電源切替部 19 液晶表示パネル 20 パソコン(外部装置) 21 コモン電源発生部 22 液晶駆動電源(電圧レベル印加部) 23 スリーステートインバータ 30 書込アドレスカウンタ 31 読出アドレスカウンタ 32 アドレス切換回路 33 フレームメモリ INV1,2 インバータ AND1〜4 アンドゲート NAND1,2 ナンドゲート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 雅美 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−182695(JP,A)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数のフィールドから構成される1フレー
    ムの画像を表示する液晶表示装置であって、 マトリクス状に配置された液晶画素中の任意の液晶画素
    を選択する画素選択手段と、 該画素選択手段により選択された液晶画素に対し、複数
    の電圧レベルの中から所定の電圧レベルを選択的に印加
    する電圧印加手段と、 を備え、 前記電圧印加手段は、前記複数のフィールドの各フィー
    ルド単位で個別に電圧レベルを印加する、該複数のフィ
    ールドの数以上の複数の電圧レベル印加部を有し、 該電圧レベル印加部をそれぞれフィールド単位に切り換
    え、前記1フレーム中の各フィールドに印加する電圧レ
    ベルの平均実効電圧値に基づいて階調表示を行なうこと
    を特徴とする液晶表示装置。
  2. 【請求項2】前記複数の電圧レベル印加部がそれぞれ供
    給可能な電圧レベルは、少なくともその一部が互いに異
    なることを特徴とする請求項1記載の液晶表示装置。
  3. 【請求項3】前記電圧印加手段により印加される電圧レ
    ベルを変換テーブルを用いて予め設定された所定の階調
    レベルに変換して入力することを特徴とする請求項1、
    または2記載の液晶表示装置。
  4. 【請求項4】前記変換テーブルはROMで構成されるこ
    とを特徴とする請求項3記載の液晶表示装置。
  5. 【請求項5】液晶の透過率−電圧特性に基づいて、該液
    晶の作動領域を複数に分割し、各分割領域毎に前記1フ
    レーム中の各フィールドに印加する電圧レベルの平均実
    効電圧値に基づいて階調表示を行なうことを特徴とする
    請求項1、または2記載の液 晶表示装置。
  6. 【請求項6】隣合う画素で前記電圧レベルの組み合せを
    変更することを特徴とする請求項1、2、または5記載
    の液晶表示装置。
  7. 【請求項7】隣合う画素で前記電圧レベルの位相を変更
    することを特徴とする請求項1、2、または5記載の液
    晶表示装置。
  8. 【請求項8】隣合う画素で前記電圧レベルの組み合せ、
    及び位相を変更することを特徴とする請求項1、2、ま
    たは5記載の液晶表示装置。
  9. 【請求項9】隣合う画素で前記電圧レベルの極性を変更
    することを特徴とする請求項5記載の液晶表示装置。
  10. 【請求項10】前記フレーム中のフィールド数に基づい
    て走査周波数を上げることを特徴とする請求項1、2、
    または5記載の液晶表示装置。
  11. 【請求項11】前記複数フィールド単位に印加される各
    電圧の差が、少なくとも白レベル側において所定の電圧
    差以下となるように各印加電圧の組み合せを決定するこ
    とを特徴とする請求項1、または2記載の液晶表示装
    置。
  12. 【請求項12】前記液晶画素に印加する印加電圧を該液
    晶画素の透過率−電圧特性に基づいて透過率の変化がほ
    ぼ等間隔となるように設定する場合、前記複数のフィー
    ルドそれぞれに対して設けられた複数レベルからなる電
    圧の組の平均値が互いにほぼ同じとなるように決定する
    ことを特徴とする請求項1、または2記載の液晶表示装
    置。
  13. 【請求項13】1フレームを2つのフィールドで構成
    し、該各フィールドに対して設定する同数の複数電圧レ
    ベルとして、組み合せによって作られる最大電圧をV
    max 、最小 電圧をV min 、組み合せによって作る電圧の
    数をnし、該各フィールドの電圧をV 1m ,V 2m (mは
    0,1,・・・,(n 1/2 −1))とする場合、 1m =(V max +V min )/2−(V max −V min )/(n 1/2 +1) +(V max −V min )・2m/(n−1) 2m =(V max +V min )/2−(V max −V min )・n 1/2 /(n 1/2 +1) +(V max +V min )・2m ・n 1/2 /(n−1) とすることを特徴とする請求項12記載の液晶表示装
    置。
  14. 【請求項14】前記液晶画素の透過率−電圧特性の透過
    率の変化に基づいて印加電圧領域を分割し、該各領域ご
    とに印加電圧の設定を行うことを特徴とする請求項1
    2、または13記載の液晶表示装置。
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