JP3811250B2

JP3811250B2 - 液晶表示装置の駆動方法

Info

Publication number: JP3811250B2
Application number: JP06838897A
Authority: JP
Inventors: 真永井; 良典平井; 昌和北村; 智弘高野
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd; Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp; AGC Inc
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1997-03-21
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2017-03-21
Also published as: JPH10268836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マルチプレックス駆動される単純マトリクス型液晶表示装置の階調駆動法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単純マトリクス型液晶表示素子の基本的な駆動方式（マルチプレックス駆動）としては、１ライン順次選択法（例えばＡＰＴ：Alt Pleshko Technique やそれを改良したＩＡＰＴ：Improved Alt Pleshko Technique）が従来からよく知られている。この手法はオン／オフレベルを簡単に駆動できるため、マルチプレックス駆動方式として非常に有効である。しかし、単純マトリクス型液晶表示素子はＴＦＴなどの能動素子を用いないため、高速応答性の液晶表示素子を駆動した場合には、フレーム応答によるコントラスト低下が生じる問題があった。
【０００３】
これを解決するために提案された手法が、複数ライン同時選択（Multi Line Selection）法であり、これにより高速で高コントラストの表示が可能となってきている。また、同様の目的で全ライン同時選択するタイプ（ＡＡ：Active Addressing ）を用いた試みも報告されている。このように新しいアドレッシング技術が進展し、表示の品位が向上してきている。
【０００４】
ところで、近年のパーソナルコンピュータやＴＶなどのディスプレイにおいて、多階調表示することへの要求が高まってきており、液晶表示素子においても例外ではない。階調表示にはいくつかの方法が用いられている。
【０００５】
トランジスタ、ダイオードなどを用いた能動型（アクティブタイプ）駆動方式においては、表示データの濃度レベルに応じて高さが変化するような電圧パルスを用いて、比較的単純に振幅変調ができる。これは、液晶に加えられる電圧が基本的にスタティック波形であるためである。
【０００６】
しかし、ＳＴＮ（スーパーツイステッドネマティック）素子などに代表される非能動型（パッシブタイプ）のマルチプレックス駆動方式においては、単純に表示データの濃度レベルに応じて高さが変化するような電圧パルスを印加すると、非選択時の電圧が変動してしまう。このような状況下で、非能動型マルチプレックス駆動方式において、階調を表示する方式として、いくつかの方式が用いられ、または提案されてきている。
【０００７】
従来のＳＴＮ素子の駆動においては、階調表示を行うために、フレーム変調（ＦＲＣ：Frame Rate Control）法やパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）法が提案され、かつ用いられている。また、最近、振幅変調（ＡＭ：Amplitude Modulation）法も提案された。以下、簡単にその説明をし、続いて、これらの手法を複数ライン同時選択に適用した場合の問題を説明する。
【０００８】
（１）フレーム変調（ＦＲＣ）法
複数の表示フレームを用いて階調を表示する方式である。つまり、２値状態であるオン状態とオフ状態の数により中間調を構成する。例えば、３フレームを用いた場合、オン／オン／オン、オン／オフ／オン、オフ／オン／オフ、オフ／オフ／オフの４つの状態が表示できる。
【０００９】
しかし、この方式で多階調化すると、フリッカ（ちらつき）の発生につながる問題がある。フレーム数が増えるので表示が完結するまでの時間が長くなるためである。そのため、実際には、空間的に位相をずらす空間変調をＦＲＣ法に組合せて、このようなちらつきを見えにくくすることが多い。しかしこれでも、１６階調程度が限界と考えられている。
【００１０】
もう一つの重要な問題は、ビデオ表示への対応が困難な点にある。例えば動画を表示させるためには、動画の切り替わる周期で表示が完結する必要がある。このため、多くのフレームを用いえず、多階調表示が困難となる。
【００１１】
具体的には、例えば、フレーム周波数が１２０Ｈｚ（一般的な周波数であり、１フレーム長は８．３ｍｓ）の場合、毎秒３０画面（３０Ｈｚ）の動画を表示するためには、４フレームで表示を完結させる必要がある。この場合、表示できる階調数はたかだか５〜８階調程度である。このように、動画表示においてはＦＲＣでは充分な多階調表示ができなかった。
【００１２】
（２）パルス幅変調（ＰＷＭ）法
１選択期間を例えば２ⁿ 個に分割し、オン状態の期間とオフ状態の期間を振り分ける手法である。ＦＲＣをフレーム内で行う手法と考えてもよい。しかし、この手法は、分割数に比例して駆動周波数が増大するため、高密度、多階調の表示になるほど表示むらが大きくなる欠点がある。
【００１３】
（３）振幅変調（ＡＭ）法
前述のように、単純マトリクスのマルチプレックス型の液晶表示装置では、単純に表示データの濃度レベルに応じて高さが変化するような電圧パルスを印加できず、非選択画素の実効値電圧の変動を防ぐための工夫が必要である。このために、複数種類の電圧を印加する手法と、仮想電極を用いる手法の２つが提案されている。
【００１４】
前者は、２つ以上のフレームで異なるデータ（カラム）電圧を印加するか、１選択期間を２つ以上に分け、異なるデータ電圧を印加する手法である。複数の電圧印加により非選択時の電圧実効値が一定となり、正しい階調表示が実現できる。具体的には、例えば、数２の２種のデータｘ、ｙに対応する電圧を、フレームごとまたは１選択期間中に切り替えて印加すればよい。
【００１５】
【数２】
ｘ＝ｄ＋（１−ｄ² ）^0.5
ｙ＝ｄ−（１−ｄ² ）^0.5
【００１６】
ここで、ｄは表示データ（オンを−１とし、オフを１としたデータ）である。以後、数２に示したような複数のデータｘ、ｙを分割データと呼び、特に数２のｘをｘデータ、ｙをｙデータと呼ぶことにする。このような分割データの一部のみを印加した時点では、電圧実効値が所望の値に一定にならず、アドレッシングが完了していない。このため、これらの分割データをフレームごとに分けて印加する場合、このフレームを通常のフレームと区別して、サブフレームと呼ぶことにする。特にｘデータが印加されるサブフレームをｘサブフレーム、ｙデータが印加されるサブフレームをｙサブフレームと呼ぶ。
【００１７】
分割データは、データの濃度レベルに応じて変化する成分（ｄ）を含む。また、それぞれの分割データは、補正項（±（１−ｄ² ）^0.5 ）も含むため、非選択画素の電圧実効値を一定に保つことができる。なお、それぞれの分割データに基づいてさらに新しい分割データを生成することにより、２種を超える分割データを使用できる。
【００１８】
この手法には、複数の電圧レベルを供給できるような装置が必要である。Ｋ階調を表示するために、（２Ｋ−２）個のレベルの電圧が必要になる。つまり、８階調の場合なら、１４レベルである。階調数が増えるほどレベル数は増大する。レベル数の増大は、大きなコストアップ要因である。また、基本的に２つのレベルでの電圧印加で１つの状態が決まるので、電圧パルス幅を一定にすると表示完結のフレーム長が従来の２倍になる。
【００１９】
非選択画素の実効値変動を防ぐ手法の他の一つは、１行以上の仮想行を設け、そこに、非選択時の電圧を補正するための仮想データを表示するように駆動するか、または仮想的に決められた電圧レベルを印加する手法である。この手法はフレーム長を２倍にしないので、周波数はほとんど変わらない利点がある。しかし、全てのラインデータを用いた演算が必要であること、供給する電圧のレベル数が階調数と補正レベル数との和になって、著しく増大することが欠点である。特に、電圧レベル数が多くなる点は重大で、ＡＭ法が広く用いられていない最大の理由である。
【００２０】
これらの２つの手法には、特開平６−１３８８５４号公報、特開平６−２３６１６７号公報に開示された方法や、同様の考え方で特開平６−８９０８２号公報（ＥＰ５６９９７４）にＰＨＭ（Pulse Hight Modulation）と称して開示された手法をも含むことができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ＡＭ法、ＰＷＭ法で任意の中間調を実現しうるが、実際には回路が複雑になりすぎるのを防ぐために、１単位時間（１フレームすなわち１回のアドレスが終了するまでの時間）で実現できる階調数は限られる。すなわち、１単位時間中に表示する階調数を増やすと単位時間中に処理する情報量が増え回路構成が困難になるのに加え、クロストークの増大など表示品位上の問題をも生じる。
【００２２】
このような問題に対処するためには、ＡＭ法またはＰＷＭ法に、ＦＲＣ（フレーム間引き）法を併用して階調数を増やすことが有効である。通常のＦＲＣ法では、１単位時間ではオン、オフ表示のみを用い、数単位時間にわたり、オン、オフを混ぜて表示することにより、平均で中間調を得る。これに対して、ＡＭ法やＰＷＭ法に併用する場合には、１単位時間内でオン、オフ以外の中間調も表示する。こうして、回路構成上も実現しやすい、より効率的な多階調が得られる。
【００２３】
この場合、最終的に得る１つの中間調に対して、１単位時間でどのような中間調を表示するか、およびどのような順序で表示するか（時系列）に関して、様々な組み合せがある。本発明者らの研究によると、同じ中間調を表示するのにも、きわめてフリッカがめだつ場合と、そうでない場合があることがわかってきた。特に、回路が複雑になりがちな複数ライン同時選択法との組み合せにおいて、この問題を解決し簡易で高品位の達成できる階調化手法を得ることは重要である。
【００２４】
最終的に得たい階調レベルが同一レベルでも、第１の階調（ＡＭ法またはＰＷＭ法によって得られる階調）をどのように組み合せるか、およびその時間的な並べ方によって、フリッカが強く出たり、弱く出たりする。第１の階調によって得られる中間調の自由度、第１の階調によって得る中間調の数、および最終的な中間調を得るために使用する単位時間（フレーム）が増加すると、組み合せ方は増加する。すなわち、階調の適切な手法を決めることが困難になる。
【００２５】
一方で所望の階調レベルを得るために第１の階調のレベルの数を最小限にして、かつ中間調を実現するための単位時間の数（第２の階調法であるＦＲＣ法に要するフレーム数）を最小限にすれば、回路構成的にも表示品位的にも有効である。したがって、上記条件の最適化は非常に重要である。これまで、単純マトリクス液晶における駆動方式においては、上記の２種類の階調手法を併用し高品位な画像を提供する手法の条件の最適化に対する指針は提案されていない。
【００２６】
すなわち、本発明の目的はまとめると以下のようになる。
（１）より少ない第１の階調レベルで多くの最終階調を達成する。
（２）フリッカの少ない第１の階調、第２の階調の手法を提供する。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、先述の課題を克服し、階調情報を適切に表示し、かつ実現可能なハード構成を提供する階調表示を可能とするものである。
【００２８】
すなわち、１フレーム内で中間調を含む第１の階調レベルが表示されるとともに、該フレームを時系列的に複数連続して表示することにより平均の輝度として第１の階調レベルより多いレベル数を持つ所望の階調レベルを表示する液晶表示装置の駆動方法であって、低周波成分を減らすように第１の階調の値および第１の階調の時系列上の配置を選択することを特徴とする駆動方法である。
【００２９】
特に、以下の（１）〜（５）の手順にしたがった条件を満足するように、第１の階調の値および第１の階調の時系列上の配置を選択する。
【００３０】
（１）以下の（ａ）または（ｂ）の条件を満たして反転周期２ⁱ （ｉは０からｋまでの整数）を持つ２ｋ個の数列を準備する。ここで、所望の階調レベルを得るために使用するフレームの数をｍ（ｍは２以上の自然数）とすると、ｋは２^k-1 ＜ｍ≦２^k を満たす整数として定義される。
（ａ）０からｋまでのｉに対して、まず連続した２ⁱ 個の１とそれに続く連続した２ⁱ 個の−１を並べ、続いて連続した２ⁱ 個の１と連続した２ⁱ 個の−１とを交互に並べた要素数が２^k 個の数列。これをＡ（ｉ）という。
（ｂ）１からｋ−１までのｉに対して、まず連続した２^i-1 個の１とそれに続く連続した２ⁱ 個の−１を並べ、続いて連続した２ⁱ 個の１と連続した２ⁱ 個の−１とを交互に並べ、最後に連続した２^i-1 個の１を並べた要素数が２^k 個の数列。これをＡ_s(ｉ）という。
【００３１】
（２）各数列と、階調レベルの時系列上の配列との相関性を以下の（ｃ）および（ｄ）にしたがって求める。
（ｃ）ｉ＝０およびｋに対しては式１で規定されるＣ_i を前記相関性とする。
（ｄ）ｉ＝１〜ｋ−１に対しては式２で規定されるＣ_i を前記相関性とする。
【００３２】
【数３】
Ｃ_i ＝ＡＢＳ（Σ₁(Ｄ_j ・Ａ_ij' ））・・式１
Ｃ_i ＝（（Σ₁(Ｄ_j ・Ａ_ij' ））² ＋（Σ₁(Ｄ_j ・Ａ_sij'））² ）^0.5 ・・式２
【００３３】
ここで、ＡＢＳ（）は括弧内の絶対値をとることを示し、Σ₁( ）は括弧内の式についてｊ＝１〜ｍ（ｊは整数）の総和をとることを示す。また、ｊ’はｊ・２^k ／ｍの整数部分であり、Ａ_ij' は数列Ａ（ｉ）のｊ’番目の要素であり、Ａ_sij'は数列Ａ_s(ｉ）のｊ’番目の要素である。さらに、Ｄ_j はｊ番目のフレームの階調レベルをオンを−１、オフを１として表した値である。
【００３４】
（３）階調レベルと数列との相関性ファクタＣ_s を式３にしたがって求める。
Ｃ_s ＝Σ₂(Ｃ_i ）・・式３
ここで、Σ₂( ）は括弧内の式についてｉ＝０〜ｋの総和をとることを示す。
【００３５】
（４）フリッカ生成ファクタＦ_s を式４にしたがって求める。
Ｆ_s ＝Σ₃(Ｃ_i ）・・式４
ここで、Σ₃( ）は括弧内の式についてｉ＝ｐ〜ｋ−１の総和をとることを示し、ｐはＴ（ｍｓ）をフレーム周期として、以下の条件を満たす整数である。
３０（ｍｓ）＜ｍＴ／２^p ≦６０（ｍｓ）
ただし、ｐが負になる場合は、Ｆ_s ＝０とする。
【００３６】
（５）Ｆ_s ／Ｃ_s が０．３以下になるように第１の階調の値および第１の階調の時系列上の配置を選択する。
【００３７】
本発明ではこれらの最適化のアルゴリズムを説明するために、まず第１の階調化手法おいて任意の中間調を得る方法について説明し、次にフリッカ量を定義するために導入される関数とフリッカ低減のための方法について説明する。
【００３８】
第１の階調レベルを実現するためには主に２つの方法がある。一般的なＡＭ法（ＰＨＭ法を含む）、ＰＷＭ法があり、それらの方法と中間調を表すｄとの関係を説明する。
【００３９】
第１の階調化において、中間調を表す変数をｄとする。ここで、ｄは−１と１との間の値を持つものとし、オンは−１、オフは１であるとする。上記２方法とｄの関係は下記の通りになる。
【００４０】
（１）ＡＭスプリットインターバル法を用いた場合
数２に示す２つのデータｘ、ｙを適当に選ぶことによって、任意のｄが得られる。ここでｄ＝（ｘ＋ｙ）／２である。
【００４１】
（２）ＰＷＭを用いた場合
ｄ＝ｗ＋（１−ｗ）・（−１）ただし０≦ｗ≦１
すなわち、ｗを適当に選ぶことによって、任意のｄが得られる。
【００４２】
ｄを多く選びすぎると回路が実現困難になる。一方、レベル数を固定して考えると、さまざまなレベルが選択可能であり、そのうちのあるものについては、ＦＲＣとの組み合せで表示できる階調レベル数を飛躍的に増大させる。特に第１の階調の階調レベルを不均等間隔に選ぶことは最終の階調数の増大に有効である。
【００４３】
人間の目に感じるちらつきと第１の階調レベルの時系列上の配列との関係は、表示が完結する周期と相関がある。表示として完結する周期が短いと、その中でどのような周波数の成分を持つものであれ、人間の目にちらつきとしては視認されない。この周波数の下限は３０Ｈｚといわれている。一方表示の完結する周期が長い場合は、フリッカ量は階調レベル系列の周波数成分による。表示が完結する周波数が３０Ｈｚより低いものを持つものでも、相対的に３０Ｈｚより高い周波数成分を多く持つものは、あまりちらつきが見えない。すなわち、階調レベル系列の周波数成分に対して一定の基準を設けることが重要である。
【００４４】
一般に周波数成分の解析にはフーリエ解析などの方法が用いられる。しかし階調レベル系列は値が離散的に存在するため、不必要な成分が重畳し、フーリエ解析などの方法では、一定の基準を設けるのがきわめて困難である。
【００４５】
本発明の好ましい実施態様では、各周波数を代表する数列をあらかじめ用意し、それと階調レベル系列の相関性から人間の目に感ずるちらつきを定量化する。この方法を以下に説明する。
【００４６】
ＦＲＣ法によって時系列に展開される第１の階調レベル系列により発生するフリッカレベルを定義するために、まず、基準となる数列を導入する。この基準数列と階調レベル系列とから演算される値を用い、最適な第１の階調レベル系列を提供できるようにする。
【００４７】
すなわち、以下の（ａ）または（ｂ）の条件を満たして反転周期２ⁱ （ｉは０からｋまでの整数）を持つ２ｋ個の数列を準備する。ここで、所望の階調レベルを得るために使用するフレームの数をｍ（ｍは２以上の自然数）とすると、ｋは２^k-1 ＜ｍ≦２^k を満たす整数として定義される。
【００４８】
（ａ）０からｋまでのｉに対して、まず連続した２ⁱ 個の１とそれに続く連続した２ⁱ 個の−１を並べ、続いて連続した２ⁱ 個の１と連続した２ⁱ 個の−１とを交互に並べた要素数が２^k 個の数列。これをＡ（ｉ）という。
【００４９】
（ｂ）１からｋ−１までのｉに対して、まず連続した２^i-1 個の１とそれに続く連続した２ⁱ 個の−１を並べ、続いて連続した２ⁱ 個の１と連続した２ⁱ 個の−１とを交互に並べ、最後に連続した２^i-1 個の１を並べた要素数が２^k 個の数列。これをＡ_s(ｉ）という。
【００５０】
生成される数列は図５のようになる。図５にはｋ＝２のときとｋ＝３のときについて記載した。ｋ＝２の数列はｍ＝３，４のときに使用し、ｋ＝３の数列はｍ＝５，６，７，８のときに使用する。
【００５１】
このように定義される各数列が代表する周期は、フレーム周期をＴとして、ｉ＝０〜ｋ−１の範囲ではＡ（ｉ）およびＡ_s(ｉ）について、ｍＴ／２^k-i-1 である。Ａ（ｋ）は変位がない。また、Ａ_s(ｉ）とＡ（ｉ）とは代表する周期は等しいが、位相が１８０度ずれている。
【００５２】
上記数列はｉが小さいほど高周波特性を有することを意味し、したがってｉの大きい数列と階調レベル系列との相関が高いと、フリッカが視認される確率が高くなる。ただしｉ＝ｋは変位がないので、フリッカとは関係がない。上記で準備した数列の要素と階調レベル系列の相関性を求めることによって、人間の目のちらつき度（フリッカ成分）を見積もりうる。
【００５３】
次に数列の要素と階調レベル系列の相関性の求め方について説明する。
各数列の要素と階調レベル系列との相関性は、その２つのベクトルの内積により表現されるが、要素数が互いに異なる場合があるため、単純に内積をとれない場合がある。このことを考慮すると、各数列と、階調レベルの時系列上の配列との相関性は以下の（ｃ）および（ｄ）にしたがって求めうる。
（ｃ）ｉ＝０およびｋに対しては式１で規定されるＣ_i を前記相関性とする。
（ｄ）ｉ＝１〜ｋ−１に対しては式２で規定されるＣ_i を前記相関性とする。
【００５４】
【数４】
Ｃ_i ＝ＡＢＳ（Σ₁(Ｄ_j ・Ａ_ij' ））・・式１
Ｃ_i ＝（（Σ₁(Ｄ_j ・Ａ_ij' ））² ＋（Σ₁(Ｄ_j ・Ａ_sij'））² ）^0.5 ・・式２
ここで、ＡＢＳ（）は括弧内の絶対値をとることを示し、Σ₁( ）は括弧内の式についてｊ＝１〜ｍ（ｊは整数）の総和をとることを示す。また、ｊ’はｊ・２^k ／ｍの整数部分であり、Ａ_ij' は数列Ａ（ｉ）のｊ’番目の要素であり、Ａ_sij'は数列Ａ_s(ｉ）のｊ’番目の要素である。さらに、Ｄ_j はｊ番目のフレームの階調レベルをオンを−１、オフを１として表した値である。
【００５５】
ここでは、数列のＡ（ｉ）およびＡ_s(ｉ）の各要素のうちそれぞれｍ個を取り出して、内積演算に使用する。すなわち、ｊ’をｊ・２^k ／ｍの整数部分とする。
【００５６】
さらに、ｉ＝１〜ｋ−１については、１８０度位相のずれている数列でそれぞれ階調レベル系列と相関をとり、その相乗平均をとっている。これは、これらの２つの数列が互いに直交性を有するという事実に基づく。
【００５７】
階調レベルと数列との相関性ファクタＣ_s は式３にしたがって求めうる。
Ｃ_s ＝Σ₂(Ｃ_i ）・・式３
ここで、Σ₂( ）は括弧内の式についてｉ＝０〜ｋの総和をとることを示す。
【００５８】
一方、フリッカ生成ファクタＦ_s は式４にしたがって求めうる。
【００５９】
Ｆ_s ＝Σ₃(Ｃ_i ）・・式４
ここで、Σ₃( ）は括弧内の式についてｉ＝ｐ〜ｋ−１の総和をとることを示し、ｐはＴ（ｍｓ）をフレーム周期として、以下の条件を満たす整数である。
３０（ｍｓ）＜ｍＴ／２^p ≦６０（ｍｓ）
ただし、ｐが負になる場合は、Ｆ_s ＝０とする。ｉ＝ｐ〜ｋ−１の範囲の数列と階調レベル系列との相関がフリッカの発生に関与すると考えられる。
【００６０】
上記のｐの定義式は、通常用いられる４×４の空間変調の位相テーブル用いた場合に最も適当に適用される。空間変調を併用しない場合は、より、フリッカがめだつ傾向があるので、ｐの値は、上の式で定められるものよりも１または２小さい値を採用することが好ましい。
【００６１】
このように求められた、Ｆ_s とＣ_s との比（Ｆ_s ／Ｃ_s ）が基準指標となる。この基準指標が大きいほど、フリッカ発生強度が強いことを意味する。
本発明者は、種々の液晶表示素子を用いて検討した結果、基準指標としては、０．３以下が望ましく、０．２以下がさらに望ましいことを見いだした。
【００６２】
本発明の階調化手法においては、第１の階調（ＡＭ法またはＰＷＭ法）と、ＦＲＣ法という異なる２つの手法を併用して、表示すべき階調を生成している。第１の階調レベルを少なくし、ＦＲＣ法のフレーム数を少なくすることが、回路構成の簡単化と表示品位向上の両面で望ましいことは既述したが、この点は、上記の基準指標により階調化手法を決定するプロセスとも密接に関連する。
【００６３】
第１の階調として、均等な間隔を持つ階調レベルを設けた場合、ＦＲＣ法により増大する階調数は、基本的に比例関係であり多くの第１の階調レベルと多くの第２階調フレームを用いない限り、６４階調表示のような多階調は達成できない。ところが、第１の階調レベルの間隔を不均等とした場合、ＦＲＣ法によりレベルが重なり合うことを抑制でき、最終的に多くの階調を得ることができる。
【００６４】
例えば、第１の階調として、４階調、１、２／３、１／３、０をとった場合と、第１の階調として、１、０．８、０．３、０をとった場合で説明する。第１の階調に２フレームのＦＲＣ法を併用した場合、達成できる階調は、前者の場合、２、５／３、４／３、１、２／３、１／３、０の７階調である。一方、後者においては、同様に、２、１．８、１．６、１．３、１．１、１、０．８、０．６、０．３、０の１０階調となる。
【００６５】
前者では一般的に式５で定まる階調数が得られ、一方、後者では一般的に式６で定まる階調数が得られる。つまり、後者では、フレーム数に対し指数的に階調数が増大する。上記の例の場合、階調の線形性はよくないが、適切な第１の階調のレベルと、ＦＲＣ法を用いることにより、線形性のよい多階調を実現することも可能である。
階調数＝（第１の階調のレベル数）×ｍ＋１・・式５
階調数＝（第１の階調のレベル数）^m ＋１・・式６
【００６６】
このように、第１の階調を不均等分割とした場合、多くの階調が得られるが、逆に、これは、多くの時間系列を持つことを意味し、その系列によりフリッカ発生の度合いが大きく異なることをも意味する。したがって、本発明は、このような第１の階調を不均等分割とした場合に特に有効であり、フリッカの少ない多階調を、簡略なハード構成で実現しうる。
【００６７】
本発明の階調化手法は、従来から公知の空間変調との併用が有効である。空間変調とは、隣接する画素間で階調表示データの時間系列の位相を変えることによりよりフリッカ成分を抑制するものであり、本発明の階調化手法ときわめてよく適合する。
【００６８】
また、１表示フレーム期間中に複数回のスキャンを実施するパルス分散型の複数ライン同時選択法を導入することは望ましい。これは、従来の１表示期間中に１回スキャンされる（すなわち１回選択される）場合に比べて高周波でスキャンされることになるため、光学的な低周波成分をより抑制できるからである。なお、本発明はこれに限定されない。
【００６９】
本発明は以下のような回路を用いて実現できる。なお、以下の説明は、本発明に複数ライン同時選択法を適用した場合である。
【００７０】
図１は、本発明の実施例に用いた回路のブロック図である。画像信号処理回路は、振幅変調・フレーム変調回路、メモリ書き込みバッファ、メモリ読み出しバッファ、階調データ変換回路、列電圧演算回路、パネルドライバ信号発生回路およびメモリを備えている。
【００７１】
入力信号は、デジタル化された赤、緑、青信号であり、これにはビデオ信号またはグラフィックス信号をアナログデジタル変換した信号も含まれる。
振幅変調・フレーム変調回路では、入力された複数ビットの階調データを複数フレームの振幅変調に対応した階調データに変換する。本例では、４フレームを使う。振幅変調・フレーム変調回路でのデータ変換は、１フレームから４フレームまでのそれぞれに対応したルックアップテーブルを用意して、それを参照することにより行う。
【００７２】
メモリ書き込みバッファは、振幅変調・フレーム変調回路から転送された複数フレームの振幅変調に対応した階調データを例えばＫピクセル分の並列データに変換し、一度に大量のデータを後段のメモリに転送する。本例では、メモリ書き込みバッファとして、シフトレジスタおよびラッチ回路を用いた。
【００７３】
メモリは、後段の列信号形成のための演算に必要なビット数を持つ１画面分のデータを読み書きできる容量を備えたものを用いた。
メモリ読み出しバッファは、メモリから転送されたデータを並べ替え、階調データ変換回路に転送する。本例では、メモリ書き込みバッファと同様にシフトレジスタとラッチ回路を用いる。
【００７４】
階調データ変換回路では、あらかじめｘサブフレームおよびｙサブフレーム用にそれぞれ用意した論理を用いて分割データｘデータ、ｙデータを出力する。階調データ変換回路は、セレクタと論理回路により構成する。
【００７５】
列電圧演算回路では、複数ライン選択法により、列信号を演算し、出力する。すなわち、選択行列を用いて直交変換の演算をする。このデータは、表示データとして液晶表示用の列ドライバへ送られる。
パネルドライバ信号発生回路では、選択行列に基づく行選択パターンに対応した行ドライバおよび、列ドライバの制御信号を発生し、各ドライバに供給し、液晶パネルを駆動する。
【００７６】
図２は、画像信号処理部をＩＣ化した実施例である。この信号処理部は、振幅変調・フレーム変調回路、メモリ書き込みバッファ、メモリ、メモリ読み出しバッファ、階調データ変換回路、列電圧演算回路のデータパス系回路と入力タイミング信号発生回路、メモリ制御信号発生回路、行パターン発生回路、パネルドライバ信号発生回路のタイミング制御系回路で構成される。
【００７７】
データパス系回路については図１と同様である。入力タイミング信号発生回路は、データ信号の同期をとるＡＣＬＫ信号、ＨＳＹＮＣ信号、ＶＳＹＮＣ信号を入力し、振幅変調・フレーム変調回路のクロック、フレームのカウント、メモリ制御信号発生回路のラインのカウント、フレームのカウントなどの制御を行う。
【００７８】
メモリ制御信号発生回路では、入力タイミングに同期して、メモリ書き込みバッファ、メモリ、メモリ読み出しバッファを制御する。
行パターン信号発生回路では、メモリ読み出しのタイミングに同期して、選択行列に基づく行選択パターンを発生する。この行選択パターンに対応してパネルドライバ信号発生回路で各ドライバの制御信号を発生する。
【００７９】
以下に、入力信号がビデオ信号のようなインターレス（飛び越し走査）信号と、カーナビゲーション画像信号のようなノンインターレス（順次走査）信号の場合の共存できるメモリ制御について説明する。
メモリは、フレーム変調をかけない振幅変調だけの階調データの１画面分のデータを格納できる容量を１バンクとする。本例のメモリを３バンクとする。
【００８０】
図３は、ノンインターレス信号入力の場合のメモリの書き込み、読み出しブロックを概念的に示した説明図である。バンクを図の上からバンク１、バンク２、バンク３と定義すると、フレーム番号１のときには、フレーム１の画像の階調データをバンク１に書き込み、フレーム０の画像の階調データをバンク３から読み出す。フレーム番号２のときには、フレーム２の画像の階調データをバンク２に書き込み、フレーム１の画像の階調データをバンク１から読み出す。同様に順次、書き込みバンクと読み出しバンクをシフトしていく。その結果、３フレーム周期で、バンクの切換を順送りすることにより、ノンインターレス信号を書き込み・読み出しすることができる。
【００８１】
図４は、インターレス信号入力の場合のメモリの書き込み、読み出しブロックを示した説明図である。図３のときと同様に図の上からバンク１、２、３と定義する。フレーム番号１のときには、フレーム１の画像のフレーム変調１番目の階調データをバンク１に書き込み（１−１）、フレーム１の画像のフレーム変調２番目の階調データをバンク２に書き込み（１−２）、フレーム０の画像のフレーム変調２番目の階調データをバンク３から読み出す（０−２）。フレーム番号２のときには、書き込みは行わず、フレーム１の画像のフレーム変調１番目の階調データをバンク１から読み出す（１−１）。
【００８２】
続いて、フレーム番号３のときには、フレーム３の画像のフレーム変調１番目の階調データをバンク３に書き込み（３−１）、フレーム３の画像のフレーム変調２番目の階調データをバンク１に書き込み（３−２）、フレーム１の画像のフレーム変調２番目の階調データをバンク２から読み出す（１−２）。フレーム番号４のときには、書き込みは行わず、フレーム３の画像のフレーム変調１番目の階調データをバンク３から読み出す（３−１）。
【００８３】
同様に順次、書き込みバンクと読み出しバンクをシフトしていく。その結果、６フレーム周期で、バンクの切換を順送りすることにより、ノンインターレス信号を書き込み・読み出しできる。
【００８４】
このようなメモリ制御を行うことにより、インターレス信号入力における複数ライン選択との干渉を避けることが可能となり、インターレス信号とノンインターレス信号の共存できる液晶ディスプレイを実現できる。
【００８５】
【実施例】
２４０×３２０×ＲＧＢの１／４ＶＧＡサイズの液晶表示パネルを用意した。液晶パネルは、２４０度ツイストのＳＴＮで、２枚の位相フィルムで位相補償を行い、内面カラーフィルターと組み合せてカラー化したものであり、蛍光管バックライトを裏面に配置して、表示モジュールを構成した。
【００８６】
駆動は、選択ラインを３ラインずつ選択する複数ライン同時選択を行った。したがって、２４０選択ラインは、８０個のサブグループに分割され、さらに仮想的なサブグループを３つ追加し、サブグループの数を８３とした。各サブグループが、４回選択されたときに電圧実効値が確定するように図６に示す４×４の直交行列により選択パルス系列を規定した。ここで、各サブグループ単位に仮想ラインを１行設け、仮想的に４ライン選択として駆動した。
【００８７】
階調方式は、ＡＭ（振幅変調）法とＦＲＣ（フレーム変調）法を併用し、６４階調の表示を行った。６ビット（６４階調）のデータを入力し、ガンマ補正後６４階調を振幅変調による７階調と４フレームを用いたフレーム変調とに割り振った。振幅変調で表示する７階調は、±１、±０．８８４、±０．４６７、０（オンを−１、オフを１として階調を表現）を選択した。ＦＲＣ法における各フレームでは、図７に示すような表示データの分配をした。それぞれのＦ_s ／Ｃ_s を図に併記する。すべて０．２以下であり、フリッカに強いものになっている。
【００８８】
一方、階調４５／６３にフレームごとに−１、０．８８４、０．８８４、０．８８４という順序の第１の階調レベルを採用すると、Ｆ_s ／Ｃ_s は０．４４となり、フリッカがめだつ。また、階調２２／６３にフレームごとに−１、０、−０．４６７、０．４６７という順序の第１の階調レベルを採用すると、Ｆ_s ／Ｃ_s は０．４４となり、フリッカが若干見える。
【００８９】
ＡＭ変調の７階調は、ｘサブフレームとｙサブフレームに分けて表示した。振幅変調データの分割データｘ、ｙに対応する値は、図８を用いた。分割データｘ、ｙに対応する電圧がカラム電圧として印加される。分割データの切換は、７選択パルスごとに切り換えた。また、１１選択パルスごとに信号電圧の極性を反転した。駆動周波数は、選択パルス幅が２５μｓｅｃとなるようにし、バイアス比は１／１８とした。カラムドライバは６レベルドライバ、ロードライバは３レベルを用いた。
【００９０】
信号入力として、デジタルＲＧＢ信号を用い駆動したところ、細やかな階調の表示が行われた。また、ビデオ信号をデジタルＲＧＢ信号に変換し、表示したところ、階調に優れた動画表示が得られた。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、比較的簡単な回路構成で、フリッカの少ない多階調液晶表示装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に使用した回路のブロック図。
【図２】画像信号処理部をＩＣ化した実施例のブロック図。
【図３】ノンインターレス信号入力の場合のメモリの書き込み、読み出しブロックを示した説明図。
【図４】インターレス信号入力の場合のメモリの書き込み、読み出しブロックを示した説明図。
【図５】本発明の方法で用いる数列の例を示す説明図。
【図６】選択行列の例を示す説明図。
【図７】各フレームへの第１の階調レベルの分配の仕方を示す説明図。
【図８】分割データｘ、ｙを示す説明図。

Claims

１フレーム内で中間調を含む複数の第１の階調レベルのうちの一つの第１の階調レベルが表示されるとともに、フレーム変調法により該フレームを時系列的に複数連続して表示することにより平均の輝度として第１の階調レベルより多いレベル数を持つ所望の階調レベルを表示する液晶表示装置の駆動方法であって、
以下の（１）〜（５）の手順にしたがった条件を満足するように、第１の階調の値および第１の階調の時系列上の配置を選択することを特徴とする駆動方法。
（１）以下の（ａ）または（ｂ）の条件を満たして反転周期２ ⁱ （ｉは０からｋまでの整数）を持つ２ｋ個の数列を準備する。ここで、所望の階調レベルを得るために使用するフレームの数をｍ（ｍは２以上の自然数）とすると、ｋは２ ^k-1 ＜ｍ≦２ ^k を満たす整数として定義される。
（ａ）０からｋまでのｉに対して、まず連続した２ ⁱ 個の１とそれに続く連続した２ ⁱ 個の−１を並べ、続いて連続した２ ⁱ 個の１と連続した２ ⁱ 個の−１とを交互に並べた要素数が２ ^k 個の数列。これをＡ（ｉ）という。
（ｂ）１からｋ−１までのｉに対して、まず連続した２ ^i-1 個の１とそれに続く連続した２ ⁱ 個の−１を並べ、続いて連続した２ ⁱ 個の１と連続した２ ⁱ 個の−１とを交互に並べ、最後に連続した２ ^i-1 個の１を並べた要素数が２ ^k 個の数列。これをＡ _s ( ｉ）という。
（２）各数列と、階調レベルの時系列上の配列との相関性を以下の（ｃ）および（ｄ）にしたがって求める。
（ｃ）ｉ＝０およびｋに対しては式１で規定されるＣ _i を前記相関性とする。
（ｄ）ｉ＝１〜ｋ−１に対しては式２で規定されるＣ _i を前記相関性とする。
Ｃ _ｉ＝ＡＢＳ（Σ _１（Ｄ _ｊ・Ａ _ｉｊ’ ））・・式１
Ｃ _ｉ＝（（Σ _１（Ｄ _ｊ・Ａ _ｉｊ’ ）） ^２＋（Σ _１（Ｄ _ｊ・Ａ _ｓｉｊ’ ）） ^２） ^０．５・・式２
ここで、ＡＢＳ（）は括弧内の絶対値をとることを示し、Σ ₁ （）は括弧内の式についてｊ＝１〜ｍ（ｊは整数）の総和をとることを示す。また、ｊ’はｊ・２ ^ｋ／ｍの整数部分であり、Ａ _ｉｊ’ は数列Ａ（ｉ）のｊ’番目の要素であり、Ａ _ｓｉｊ’ は数列Ａ _ｓ（ｉ）のｊ’番目の要素である。さらに、Ｄ _ｊはｊ番目のフレームの階調レベルをオンを−１、オフを１として表した値である。
（３）階調レベルと数列との相関性ファクタＣ _s を式３にしたがって求める。
Ｃ _s ＝Σ ₂ （Ｃ _ｉ）・・式３
ここで、Σ ₂ （）は括弧内の式についてｉ＝０〜ｋの総和をとることを示す。
（４）フリッカ生成ファクタＦ _ｓを式４にしたがって求める。
Ｆ _ｓ＝Σ ₃ （Ｃ _ｉ）・・式４
ここで、Σ ₃ （）は括弧内の式についてｉ＝ｐ〜ｋ−１の総和をとることを示し、ｐはＴ（ｍｓ）をフレーム周期として、以下の条件を満たす整数である。
３０（ｍｓ）＜ｍＴ／２ ^ｐ ≦６０（ｍｓ）
ただし、ｐが負になる場合は、Ｆ _ｓ＝０とする。
（５）Ｆ _ｓ／Ｃ _ｓが０．３以下になるように第１の階調の値および第１の階調の時系列上の配置を選択する。
第１の階調レベルは振幅変調方式またはパルス幅変調方式によって生成される請求項１記載の駆動方法。
第１の階調レベルは不均等な間隔を持つ請求項１または２記載の駆動方法。