JP4431951B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、各画素にＴＦＴを用いたアクティブマトリクス型表示装置に関し、特に、各画素へ安定した充電(プリチャージ)を図ることで表示品質の優れた表示装置を提供することを目的とする。

マトリックス状に配置された各画素にＴＦＴ（Thin Film Transistor）等のアクティブ素子を備え、各アクティブ素子のゲート電極は行方向に共通なゲート線と接続し、ドレイン電極は列方向に共通なドレイン線と接続したアクティブマトリックス液晶パネルの駆動方法としては、各画素の共通電極（又はコモン電極）に与える電圧は一定とし、ドレイン線に与える電圧を変えることで階調表示を実現する方法がある。このドレイン線に与える電圧値を階調電圧と呼び、この階調電圧はドレインドライバによって表示データに基づき生成されており、表示データと階調電圧は１対１に対応していた。

従来のＴＦＴ液晶ディスプレイでは、表示データに基づく階調電圧をドレインドライバによって変換し、ドレイン線に印加していた。したがって、ドレイン線の負荷が増大するにつれ、目標とする電圧と実際に画素部のドレイン線に書き込まれる電圧のずれが発生するという課題があった。

これを解決する手段としては、階調電圧が低電圧側から高電圧側に移行する場合、目標とする電圧よりもさらに高い電圧（プリチャージ電圧）を１水平走査期間の前半で与え、その後半に目標とする階調電圧を与えることで高速な書き込みを実現するプリチャージ方式と呼ばれる方法(下記特許文献１を参照)があった。また、下記特許文献２、３には、画像信号のレベル又は１水平走査期間の画像信号のレベルの平均値に基づきプリチャージ電圧を決定するものが記載されている。

特に、下記特許文献３に記載された従来のプリチャージ方式は、Ｎ(Ｎ：Ｎ＞１である整数)番目の走査信号配線に対する水平走査期間と、Ｎ＋１番目の走査信号配線に対する水平走査期間との間に、Ｎ＋１番目の走査信号配線に出力される画像信号の極性と同極性であって、所定のレベルを有するプリチャージ信号を、Ｎ＋１番目の走査信号配線に対し出力し、Ｎ＋１番目の走査信号配線に対する画像信号のレベルの平均値に基づき、そのプリチャージ信号の所定のレベルを決定していた。また、Ｎ−ｍ番目またはＮ＋ｎ番目(ｍ：Ｎ＞ｍ＞0を満たす整数、ｎ：ｎ＞1である整数)の走査信号配線に対する、それぞれの画像信号配線に出力される画像信号のレベルの平均値に基づき、プリチャージ信号の前記所定のレベルを決定していた。
特開２００３−１３１６３７号公報 特開２００２−３５１４２７号公報 特開２００２−３５１４２８号公報

従来のプリチャージ方式においては、表示位置に関わらずプリチャージ信号のレベルを決定しているため、ドレインドライバの近端で高速な書き込みを実現しようとすると遠端では効果が薄く、遠端にあわせようとすると近端ではプリチャージ電圧をかけすぎてしまう。

また、従来のプリチャージ方式においては、１つの走査信号配線の画像信号のレベルの平均値に基づきプリチャージ信号のレベルを決定しているため、ある画素では画像信号のレベルよりも高レベルのプリチャージ信号が印加されるが、同一走査信号配線上の他の画素では画像信号のレベルよりも低レベルのプリチャージ信号が印加されることとなり、同一走査信号配線上の他の画素ではプリチャージが逆効果となり、応答性を低下させる恐れがある。

さらに、表示位置に関わらずプリチャージ電圧は一定であったため、前の走査期間における階調電圧と現走査期間における階調電圧の差が大きい場合は効果が少なく、小さい場合はかけすぎた状態となり、結果として表示むらが発生する要因となっていた。

そこで、本発明は、適切なレベルのプリチャージ電圧を画素に印加することにより、表示むらを低減する表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の表示装置においては、１水平走査期間を２段階の期間に分割し、前半と後半でのドレイン線を介して液晶表示素子に印加する電圧を変える。

前半の期間では１水平走査期間前の走査期間における表示データと現水平走査期間の表示データとに基づき印加電圧を決定し、後半の期間では現水平走査期間の表示データに基づき印加電圧を決定する。前半の期間で与える電圧(所定電圧)は、信号線駆動回路であるドレインドライバの内部負荷及び表示パネルの書き込みを行う画素までの負荷に基づき決定する。

ここで、１段ｃｒ回路に対して電圧がV1からV2に変化する場合、時間ｔでの電圧ｖは下記に示す式(1)となる。

v=V2*(1-exp(-t/rc))+V1*exp(-t/rc) ・・・(1)

したがって、ドレインドライバの内部負荷を合わせた表示パネルの１ライン(１水平走査線)までの負荷を1段ｃｒ回路に近似し、１水平走査期間の前半で印加される電圧が目標電圧Vと合致すべく、下記に示す式(2)となる電圧を前半に印加すればよい。

V2=(V-V1*exp(-t/rc))/(1-exp(-t/rc)) ・・・(2)

例えば、ドレインドライバを含めた1ラインまでを1段ｃｒ回路に近似した負荷を15kΩ/20pF、最終ラインまでを1段ｃｒ回路に近似した負荷を50kΩ/80pFとし、水平走査周波数が速い１水平走査期間20μsに対して前半10μs、後半10μsとした場合、1ライン前の印加電圧が1V、現ラインの目標電圧が10Vである場合には、1ライン目走査時における前半では式(2)から10V、後半10Vを印加し、最終ライン走査時における前半は同じく式(2)から9.92/0.918=10.8V、後半では10Vを印加すればよい。

同様に1ライン前の印加電圧が5V、現ラインの目標電圧が10Vである場合には、1ライン目走査時における前半では式(2)から10V、後半では10Vを印加し、最終ライン走査時における前半は同じく式(2)から9.59/0.918=10.4V、後半では10Vを印加すればよい。このような電圧を生成するための変換はTFTコントローラにおいて表示データに基づき生成することが可能となる。

なお、式(2)で与えたドレインドライバとドレイン線を非常に簡単な式としたものであり、実際に適用する場合は前半・後半の階調電圧印加期間と各期間の階調電圧を変化させつつ最も表示むらの発生することのない電圧を印加する場合が適していることはいうまでもない。

本発明によれば、表示データの表示位置に応じてプリチャージ電圧（前半期間の電圧）を決定するため、表示パネル中の画素部の応答性を平等に向上することができ、表示むらを低減できる。

また、本発明によれば、前ラインの表示データ(階調電圧)と現ラインの表示データ（階調電圧）の差分に応じてプリチャージ電圧(前半期間の電圧)を決定するため、プリチャージ電圧が画素ごとに過大となったり過小となったりすることなく、表示パネル中の画素部の応答性を平等に向上することができ、表示むらを低減できる。

さらに、本発明によれば、画素ごとにプリチャージ電圧を決定するため、プリチャージ電圧が画素ごとに過大となったり過小となったりすることなく、表示パネル中の画素部の応答性を平等に向上することができ、表示むらを低減できる。

また、本発明によれば、表示データを変換することによってプリチャージ電圧を生成するため、プリチャージ電圧生成回路等を付加する必要がなく、構成を簡素化できる。

以上で説明したように、本発明によれば、１水平期間の前半において前水平走査期間に走査したラインの表示データと走査すべきラインの表示データに基づき決定された階調電圧を印加し、１水平走査期間の後半において本来印加すべき階調電圧と対応した表示データを印加することが可能となる。

これによって、大画面高精細な表示パネルや水平走査周波数が速い液晶表示パネルにおいても、ドレイン線に書き込む電圧値を高速に充電できるようになり、表示パターンや表示位置によらず高画質な表示装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の一実施例である液晶表示装置は、外部からRGB各8ビットの表示データが入力されるものとした実施例を図１〜６に示す。

図１は本発明におけるドレイン線電圧波形と従来の電圧波形の違いを示す図であり、また、図２は本発明の一実施例である液晶表示装置の構成を示す図であり、201はRGB各8ビットからなる入力表示データ、202は制御信号群であり、201、202は図示しない外部システムから入力される。

203はTFTコントロール回路であり、TFTコントロール回路203は入力表示データ201、制御信号群202に基づき、複数の画素がマトリックス状に配置された液晶表示パネルを駆動するための適切な出力表示データ及び制御信号群を生成する。204は出力表示データ、205はドレインドライバ制御信号群、206はゲートドライバ制御信号群であり、204〜206はTFTコントロール回路203で生成される。

207は液晶表示パネルのドレイン線に対して表示データに基づく階調電圧を印加する信号線駆動回路としてのドレインドライバ、208は液晶表示パネルのゲート線に対して走査ラインの選択・非選択電圧を印加する走査線駆動回路としてのゲートドライバである。209はドレインドライバ207、ゲートドライバ208から印加される電圧値に基づき階調表示を行う液晶表示パネルであり、本実施例では説明を容易にするために1280×RGB×768のWXGAと呼ばれる解像度を有するものとする。

図３はTFTコントロール回路203の構成を示す図であり、300はタイミング調整回路であり、制御信号群202に基づき、ラインメモリA制御信号301、ラインメモリB制御信号302、演算回路A制御信号304、演算回路B制御信号305、データ選択信号306、及び、ドレインドライバ制御信号群205、ゲートドライバ制御信号群206を生成する。

307はラインメモリA、308はラインメモリBであり、各ラインメモリA、Bは各々2ライン分の表示データを格納する容量を有し、各々のラインメモリA、Bは、ラインメモリA制御信号301、ラインメモリB制御信号302に基づき書き込み及び読み出し動作を行う。また、309はラインメモリAからの読み出しデータA、310はラインメモリBからの読み出しデータBである。

311は演算回路A、312は演算回路Bであり、読み出しデータA309は演算回路A311とラインメモリB308に転送され、読み出しデータB310は演算回路A311と演算回路B312に転送される。演算回路A311は読み出しデータA309、読み出しデータB310、及び、演算回路A制御信号304に基づき表示データの変換が行われ、変換表示データA313を生成し、演算回路B312は読み出しデータB310及び演算回路B制御信号305に基づき表示データの変換が行われ、変換表示データB314を生成する。

315は選択回路であり、データ選択信号306に基づき変換表示データA312と変換表示データB313の何れか一方の表示データを選択し、出力表示データ204を生成する。

図４は本発明の動作タイミングを示す図であり、図中Nと示しているデータはNライン目の入力表示データを、(N)'で示したデータは演算回路A311で生成された変換表示データ313を、(N)"で示したデータは演算回路B312で生成された変換表示データ314を、それぞれ示す。また、両端矢印で１水平走査期間を表す範囲のデータは、TFTコントロール回路203での動作を、両端矢印で１水平表示期間を表す範囲の信号及び電圧は、ドレインドライバ207での動作を示す。なお、斜線は無効データの領域である。

図５はドレインドライバ単体（負荷として液晶表示パネルを接続しない状態）における表示パターンによる電圧波形の違いを示す図である。図６はドレインドライバ単体（負荷として液晶表示パネルを接続しない状態）における表示位置による電圧波形の違いを示す図である。なお、図５と図６では液晶印加電圧が低い場合に黒表示となるノーマリーブラック液晶を前提としている。

図７は変換表示データ313を生成する際に、走査ライン計数値を反映しない場合の本発明におけるドレイン線電圧波形を示す図である。

以上の図面に基づき本実施例について説明する。初めに本実施例の動作について詳細に説明する。図２に示す液晶表示装置において、外部から入力する表示データ201及び制御信号群202はTFTコントロール回路203に入力され、液晶表示パネル209の動作に適したタイミングでドレインドライバ制御信号群205、ゲートドライバ制御信号群206を生成する。

図３に示すTFTコントロール回路において、入力された表示データ201はラインメモリA制御信号301に基づき、２ライン分の容量を有するラインメモリA307の一方に書き込まれると共に、他方のラインメモリA307から書き込まれているラインの１ライン（１水平走査期間）前の表示データ309が図４に示すように２倍の速度でラインメモリA読み出しデータ309として読み出される。

このようにして読み出された読み出しデータ309は演算回路A311とラインメモリB308に転送される。ラインメモリB308はラインメモリA307と同様に２ライン分の容量を有し、ラインメモリB制御信号302に基づき１ライン分の容量に対して読み出しデータ309の書き込みが行われると共に、他方のメモリから図４のタイミング図に示すように読み出し動作が行われ、ラインメモリBから読み出しデータ310を生成する。

以上の動作によって、外部システムから入力されてくる連続した表示データ201がN(N=1,2,3,…,768)ライン目のM(M=1,2,3…,3840)カラム目である場合、ラインメモリAからの読み出しデータ309は、M=<1920である場合は(N-1)ライン目の(2×M-1)若しくは(2×M)カラム目の(2倍の速度で読み出す)表示データ、M>1920である場合は(N-1)ライン目の(2×M-1921)若しくは(2×M-1920)カラム目の(2倍の速度で読み出す)表示データとなる。

また、ラインメモリBの読み出しデータ310は、M=<1920である場合は(N-2)ライン目の(2×M-1)若しくは(2×M)カラム目の表示データ、M>1920である場合は(N-2)ライン目の(2×M-1921)若しくは(2×M-1920)カラム目の表示データとなる。このように、ラインメモリBの読み出しデータ310はラインメモリAの読み出しデータ309に対して1水平走査期間分位相の遅れた表示データとなる。

このように生成されたラインメモリAの読み出しデータ309、ラインメモリBの読み出しデータ310は演算回路Aへの制御信号304と共に演算回路A311に転送され、入力された表示データ201の変換を行う。

ここで、演算回路Aの制御信号304は、走査ライン番号を判別するための順次計数した値を含むと共に、演算回路Aは、例えば、ルックアップテーブルの構成を有しており、ラインメモリBの読み出しデータ310から１ライン前の表示データが入力され、また、ラインメモリAの読み出しデータ309から走査すべきライン(現ライン)の表示データが入力され、さらに、演算回路Aへの制御信号304から走査すべきライン番号が判別されるために、これらに基づきそれぞれ、１ライン前の表示データからは１ライン前の階調電圧、走査すべきラインの表示データからは走査すべきラインの階調電圧、走査すべきライン番号からはドレインドライバから走査すべきラインまでの負荷を判別することが可能となる。例えば、垂直同期信号(フレーム同期信号)を基準に、水平同期信号(水平走査同期信号)のタイミングをカウントすることによって、ライン番号を判別してもよい。

演算回路Aの構成としては、例えば、ルックアップテーブルを有しており、前記入力される３つの値に基づき、走査すべきラインのドレイン線に対して1ラインの前半の期間でドレイン線に印加する階調電圧に相当する表示データが選択される。但し、１ライン前の表示データと、現ラインの表示データから前半期間の表示データをルックアップテーブルから読み出してもよいし、ライン番号(表示位置)から前半期間の表示データをルックアップテーブルから読み出してもよい。また、ルックアップテーブルに代えて、１ライン前の表示データと現ラインの表示データとの差分を求め、この差分に応じたデータを出力してもよいし、現ラインの表示データに現ラインのライン番号に対応したデータを加算又は減算してもよい。

ここで、8ビットの入力表示データから8ビットの出力表示データに変換する場合は、プリチャージのためのビット数が考慮されていないために出力表示データの表示のためのビット数が実質的に削減されることになる。そのため、変換表示データA313は、例えば、10ビットに相当する表示データに変換し、ドレインドライバ207が10ビットの表示データに対応していれば直接10ビットのデータを、対応していなければFRC(フレーム・レート・コントロール)やディザによって擬似的に10ビット相当の表示データを転送するほうがよい。

同様に演算回路B312はラインメモリB読み出しデータ310と制御信号305に基づき変換表示データB314を生成する。変換表示データB314は変換表示データA313と同様に10ビット相当のデータからなり、ドレイン線に書き込むべき階調電圧と１対１に対応している。

このようにして生成された変換表示データA313、変換表示データB314は、選択回路315に転送される。選択回路315は図４に示すデータ選択信号306に基づき、１水平走査期間の前半に対応すべき期間では変換表示データA313を選択し、後半に相当する期間では変換表示データB314を選択する。前半の期間と後半の期間の長さの比率は、可変であることが好ましい。

このように選択された出力表示データ204は、ドレインドライバに転送され、ドレインドライバは転送されてくる出力表示データ204に基づき、１水平走査期間の前半では表示すべきラインの負荷に応じた階調電圧をドレイン線に印加し、後半では外部システムから転送されてくる入力表示データと同じ階調に相当する階調電圧を液晶表示パネルに印加する。

その結果、ドレインドライバに液晶表示パネルを接続しない場合の波形を観測すると、図５に示すように、例えば、同じ白表示を行う場合でも、前ラインの表示色に応じて前半の期間における階調電圧の電圧レベルが異なることとなり、電圧の変化量が大きければ、より変化が大きくなる方向に前半の階調電圧を印加し、後半の期間では表示色に応じた階調電圧を印加する。また、同じ黒表示を行う場合でも、同様である。

さらに、図６に示すように前ラインの水平走査期間と現ラインの水平走査期間の表示色が互いに同じ場合であっても（例えば、黒表示）、ドレインドライバの近端側を走査する場合と遠端側を走査する場合では前半の階調電圧が異なり、また、相対的に負荷が大きくなる遠端側では近端側と比較して電圧の変化量が大きければ、より変化が大きくなるような階調電圧を印加する。

以上の結果、液晶表示パネルの表示位置までの負荷に関わらず最適な階調電圧を１水平走査期間の前半で印加することで、図１に示すようにドレインドライバからみた近端・遠端に相当するドレイン線に対して同等の電圧波形を与えることが可能となり、これによって表示むらのない液晶表示装置を提供することが可能となる。

以上の説明においては、TFTコントロール回路203において、１水平走査期間を前半と後半の期間に分割し、前半の期間にプリチャージ電圧(所定電圧)を表示位置に応じて変化させていたが、これをドレインドライバ(信号線駆動回路)207で行わせてもよい。また、その際に、TFTコントロール回路203は、表示パネルの表示位置に応じたデータを現表示データに加算又は減算した後の表示データをドレインドライバ(信号線駆動回路)207に出力し、このドレインドライバ(信号線駆動回路)207は、加算又は減算後の表示データに応じた階調電圧を表示パネルの各画素に印加してもよい。

ここで、１水平走査期間の前半でドレイン線に印加する階調電圧は表示ラインの位置情報に基づき演算を行うことで図１に示すようにドライバ近端・遠端によらず同等に書き込むことが可能となるが、表示ラインの位置情報を含まない場合は、図7に示すように前半で書き込む階調電圧がドライバ近端と遠端で目標電圧と階調電圧との差電圧が同じようにΔvdだけ異なっていればその後時定数に基づき書き込みが行われるため最も高速に書き込むことが可能となる。この場合は表示ラインの位置情報を参照する必要がないため演算回路Aの回路規模を低減することが可能となる。

従来の１ラインの表示データの平均値に応じてプリチャージ電圧を決定していたのに対して、本発明は、前ラインと現ラインの差分に応じてプリチャージ電圧（前半期間の電圧）を決定している。また、従来の１ライン分のプリチャージ電圧を決定していたのに対して、本発明は、画素ごとにプリチャージ電圧（前半期間の電圧）決定している。また、本発明は、ライン番号(垂直方向の表示位置)に応じてプリチャージ電圧を決定している。

本発明におけるドレイン線電圧波形図と従来のドレイン線電圧波形図 本発明の一実施例である液晶表示装置の構成図 TFTコントロール回路203の構成図 本発明の動作タイミング図 ドレインドライバ単体における表示パターンによる出力電圧波形図 ドレインドライバ単体における表示位置による出力電圧波形図 走査ライン計数値を反映しない場合のドレイン線電圧波形図

符号の説明

201…入力表示データ、202…制御信号群、203…TFTコントロール回路、204…出力表示データ、205…ドレインドライバ制御信号群、206…ゲートドライバ制御信号群、207…ドレインドライバ(信号線駆動回路)、208…ゲートドライバ(走査線駆動回路)、209…液晶表示パネル、
300…タイミング調整回路、301…ラインメモリAへの制御信号、302…ラインメモリBへの制御信号、304…演算回路Aへの制御信号、305…演算回路Bへの制御信号、306…データ選択信号、307…ラインメモリA、308…ラインメモリB、309…ラインメモリAからの読み出しデータ、310…ラインメモリBからの読み出しデータ、311…演算回路A、312…演算回路B、313…変換表示データA、314…変換表示データB、315…選択回路。

Claims (1)

1. 複数の画素がマトリックス状に配置された表示パネルと、外部から表示データを入力するコントロール回路と、前記表示データに応じた階調電圧を前記画素へ印加する信号線駆動回路と、前記階調電圧を印加すべき画素を選択する走査線駆動回路とを備えた表示装置において、
   前記コントロール回路は、タイミング制御回路と、各々２走査線分の表示データを格納する２つのラインメモリＡ及びＢと、２つの演算回路Ａ及びＢと、前記２つの演算回路Ａ及びＢから出力される表示データの何れかを選択する選択回路を有し、
   前記タイミング制御回路の制御信号出力により前記２つのラインメモリＡ及びＢに格納された１水平走査期間前の表示データと現水平走査期間の表示データを２倍の速度で読み出して前記２つの演算回路Ａ及びＢで１水平走査期間を前半と後半の期間の表示データを生成し、
   前記２つの演算回路Ａ及びＢは、前記前半の期間の表示データを１水平走査期間前の表示データと現水平走査期間の表示データと、前記信号線駆動回路の内部負荷及び表示パネルの書き込みを行う画素までの負荷との３つの値によって決定し、前記後半の期間の表示データを現水平走査期間の表示データとし、
   前記信号線駆動回路は、１水平走査期間内における前記後半の期間で前記表示データに応じた階調電圧を前記各画素へ印加する前に、前記１水平走査期間前の表示データと現水平走査期間の表示データと、前記信号線駆動回路の内部負荷及び表示パネルの書込みを行う画素までの負荷との３つの値によって決定される前記表示データに対応する電圧を当該画素に印加するものであることを特徴とした表示装置。
   
   
   

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