JP4564747B2

JP4564747B2 - パルス幅変調駆動方式を利用した多階調の画像表示装置

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Publication number: JP4564747B2
Application number: JP2003435939A
Authority: JP
Inventors: 正熙崔
Original assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Current assignee: MagnaChip Semiconductor Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005043859A; US7218333B2; KR100542686B1; KR20050012455A; US20050017993A1

Description

本発明は、多チャンネルパルス幅変調（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ；以下「ＰＷＭ」と記す）駆動方式の回路の構成に関し、特に、ＰＷＭ駆動方式を利用した多階調の画像表示装置に関する。

ＰＷＭ駆動方式はＣＲＴ、液晶表示装置等の画像表示装置の駆動に広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
画像表示装置として広く用いられている液晶表示装置（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ；以下、「ＬＣＤ」と記す）は、基本的にその表示装置の走査線を制御する走査電極と各走査線が選択された時、各画素上のデータ表示を制御するデータ電極から構成されるが、このような単純マトリックスＬＣＤの駆動方式ではマルチプレックシングによる線順次駆動方式を用いた電圧平均化法が標準的な駆動方式として用いられている。しかし、この方式は、基本的に液晶の応答速度が遅い場合、即ちＬＣＤの反応時間が４００ｍｓｅｃ程度である場合にのみ画像のコントラストが維持されるので、使用可能である。

ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ；以下「ＳＴＮ」と記す）ＬＣＤのように、コンピュータのマウス移動速度に対応でき、動画像表示速度にも対応できる等の高速応答特性を要求する分野では、多重−線走査（Ｍｕｌｔｉ−ＬｉｎｅＳｃａｎｎｉｎｇ；以下「ＭＬＳ」と記す）方式が用いられており、この場合の階調表示にはＰＷＭ方式が主に用いられる。ＰＷＭ駆動方式はＬＣＤのみならずＣＲＴ等の画像表示装置の駆動に広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

一方、階調を表示する方式にはこのようなＰＷＭ方式以外にＦＲＣ（ＦｒａｍｅＲａｔｅＣｏｎｔｒｏｌ）などの方式がある。ＦＲＣ方式はＬＣＤ素子で一般的に用いられている方式であって、複数個のサブフレームを一つの画面の表示単位として駆動する方式で、製造する費用が少ないという長所がある。しかし、ＦＲＣ方式は表示階調が増加するに従い、１つの画面の表示周波数が低くなって、動画像のような動きの速い画像を表示するのは困難であるという問題点がある。

図１は、ＰＷＭ方式を利用した従来の階調表示方式を示す構成図である。
図１に示すように、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などのメモリに格納されている４ビットのＮ個（Ｎは自然数）の画像データＤＩＮ１＜３：０＞〜ＤＩＮｎ＜３：０＞を、各々印加してデータを出力するＮ個の復号器１１０＿１〜１１０＿ｎを備える。データは該当チャネルを駆動するための階調値を有する。

ＰＷＭ信号発生部１００は、４ビットのデータに対応するようにＰＷＭ方式により互いに異なる幅を有する１６（２^４）個のパルス信号Ｐ＜０＞〜Ｐ＜１５＞を出力し、パルス信号Ｐ＜０＞〜Ｐ＜１５＞はバッファ１３０によりバッファリングされる。選択部１２０ａ〜１２０ｐは、復号器１１０＿１〜１１０＿ｎを通して出力されたデータとパルス信号Ｐ＜０＞〜Ｐ＜１５＞のパルス幅を比較して、パルス信号Ｐ＜０＞〜Ｐ＜１５＞のうち、データと一致するいずれかを選択して出力する。このように選択されたパルス信号Ｐ＜０＞〜Ｐ＜１５＞は、各チャネルに伝達されて該当チャネルを駆動する。

ここで、チャネル１〜チャネルｎは、例えば、ＬＣＤ駆動セルのカラム（Ｃｏｌｕｍｎ）に対応する。したがって、各チャネルは選択部１２０ａ〜１２０ｐを通して選択されたパルス信号Ｐ＜０＞〜Ｐ＜１５＞に応答して、該当する階調値（Ｇｒａｙｓｃａｌｅ）によって駆動する。

一方、ここでは画像データが４ビットである場合を例にしたが、複数のビットである場合も適用可能である。

図２は、図１のＰＷＭ方式を利用した従来の階調表示方式の動作を説明するためのタイミング図であって、この図を用いて従来の階調表示動作を説明する。
ＰＷＭ信号発生部１００を通して互いに幅が異なる１６個のパルス信号Ｐ＜０＞〜Ｐ＜１５＞が出力され、復号器１１０＿１から出力された４ビットのデータは００１１の値を有するので、これに該当するパルス幅を有するＰ＜２＞が選択される。また、復号器１１０＿（ｎ−１）から出力された４ビットのデータは０１１０の値を有するので、これに該当するパルス幅を有するＰ＜５＞が選択され、復号器１１０＿ｎから出力された４ビットのデータは１１１１の値を有するので、これに該当するパルス幅を有するＰ＜１５＞が選択される。

上述したＰＷＭ方式を利用した従来の階調表示方式では、画像データのビット数に対応する個数のＰＷＭ波形が必要となる。すなわち、上述した４ビットの画像データでは２^４個である１６個のＰＷＭ信号が必要であり、もし画像データが１２ビットである場合には２^１２個のＰＷＭ信号が必要となる。

図３は、図１のＰＷＭ方式を実際にＲＧＢインターフェスに適用した従来の階調表示方式を示す構成図である。
図３に示すように、メモリに格納されている４ビットのＲＧＢ画像データＲ１＜０＞〜Ｂ１＜２＞を各々印加して該当チャネルを駆動するための階調値を有するデータを出力する復号器３１０ａ〜３１０ｃを備える。

ＰＷＭ信号発生部３００ａ〜３００ｃは４ビットのデータに対応するように、ＰＷＭ方式によりＲＧＢ各々に対して互いに異なる幅を有する１６（２^４）個のパルス信号ＰＲ＜０：１５＞、ＰＧ＜０：１５＞、ＰＢ＜０：１５＞を出力する。パルス信号ＰＲ＜０：１５＞、ＰＧ＜０：１５＞、ＰＢ＜０：１５＞はバッファ３３０によりバッファリングされる。選択部３２０ａ〜３２０ｃは、復号器３１０ａ〜３１０ｃを通して出力されたデータとパルス信号ＰＲ＜０：１５＞、ＰＧ＜０：１５＞、ＰＢ＜０：１５＞とのパルス幅を比較して、パルス信号ＰＲ＜０：１５＞、ＰＧ＜０：１５＞、ＰＢ＜０：１５＞のうち、データと一致するいずれか一つを選択して出力する。

このように選択されたパルス信号ＰＲ＜０：１５＞、ＰＧ＜０：１５＞、ＰＢ＜０：１５＞は、各チャネルＲ＜０＞〜Ｂ＜２＞に伝達されて該当チャネルを駆動する。

ここで、チャネルＲ＜０＞〜Ｂ＜２＞は、例えば、ＬＣＤ駆動セルのカラムに対応する。したがって、各チャネルは選択部３２０ａ〜３２０ｃを通して選択されたパルス信号ＰＲ＜０：１５＞、ＰＧ＜０：１５＞、ＰＢ＜０：１５＞に応答して、該当する階調値によって駆動する。ここで、画像データが４ビットである場合を例にした。

上述したように、ＰＷＭ方式を利用した従来の階調表示方式は、画像データのビット数に対応する個数のＰＷＭ波形を必要とし、４ビットの画像データでは２^４個である１６個のＰＷＭ信号を必要とする。

また、実際に画像を表示するのために用いられるＲＧＢインターフェスの場合は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々に対して２^ｎ（ｎはデータのビット数）個のＰＷＭパルスが必要であるため、全体ではＰＷＭパルスの数は３×２^ｎ個が必要である。

このように構成すると、各々のチャネル上部を経由すべき配線の数が３×２^ｎ本必要であり、これらの配線を集積化するのが困難であるため、集積度が顕著に低下する。また、各配線を駆動しなければならないため、これによる電流消費が増加するという問題点もある。
特開平５−２３２８９３号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、データのビット数の増加によるＰＷＭ信号の増加を防止して、集積度及び電流消費特性を向上させ得るＰＷＭ駆動方式を利用した多階調の画像表示装置を提供することをその目的とする。

前記目的を達成するため、本発明のパルス幅変調駆動方式を利用した多階調の画像表示装置は、複数のチャネルと、該当チャネルを駆動するための階調値を有するＮビット（Ｎは自然数）の複数の画像データを出力する複数個の入力手段と、パルス幅変調方式による互いに異なる幅を有する２^Ｎ個のパルス信号の全ての遷移点を有する第１パルス、及び前記第１パルスと位相が反転した第２パルスを出力するパルス幅変調信号の発生手段と、
前記各Ｎビットの画像データの最下位ビットの値が０である場合は、前記第１パルスを選択し、１である場合は前記第２パルスを選択し、前記第１パルスを選択したか前記第２パルスを選択したかによって、カウントの初期値を所定値に設定するカウント初期値設定手段と、選択された前記第１パルスまたは前記第２パルスのエッジをカウントし、カウントした値が前記各Ｎビットの画像データの値と等しくなったときに、前記各Ｎビットの画像データに対応する幅を有するパルスを各チャネルに出力するカウント手段と
を含むことを特徴とする。

本発明は、従来の選択部をカウント部に代替し、ＰＷＭ信号発生部から出力されるパルスを前記カウント部からカウントできるように、相補的な第１パルス及び第２パルスの二つのパルスのみを出力する。この場合、第１パルスは、ＰＷＭ信号発生器の２^ｎ個パルスの波形を全て足したことと同じ波形である。したがって、第１パルスの各立ち上り及び立下りエッジは、ＰＷＭの２^ｎ個の全てのパルスの幅を示す。この場合、第１パルスの逆である第２パルスを第１パルスと同時に使用することによって、第１及び第２パルスの全ての立ち上りエッジ、または第１及び第２パルスの全ての立下りエッジに統一させて、立下りまたは立ち上りのみをカウント部を通してカウントする。復号器の出力と一致する幅ほどカウント部を通してカウントしたパルスを出力することによって、従来と同じ出力波形を得る。この場合、入力されるデータのＬＳＢを通して第１パルスまたは第２パルスが先に選択されるので、選択された第１パルスまたは第２パルスを利用してカウントしながら、この中でデータの幅と一致するカウント数に該当するＰＷＭパルスを出力する。したがって、画像データのビット数の増加にともなうＰＷＭ信号の増加を防止できる。

上述したように本発明は、ＰＷＭ駆動方式を利用した多階調の画像表示装置において、チャネル駆動のための配線数を画期的に減少できるので、集積度を向上させることができる効果がある。
また、配線数を減少することによって、電流消費を減少し得る効果もある。

以下、本発明の最も好ましい実施の形態を添付する図面を参照しながら説明する。
図４は、ＰＷＭ方式を利用した本発明の一実施の形態に係る階調表示方式を示す構成図である。
図４に示すように、ＲＡＭなどのメモリに格納されている４ビットのＮ個（Ｎは自然数）の画像データＤＩＮ１＜３：０＞〜ＤＩＮｎ＜３：０＞を各々印加されて、該当チャネルを駆動するための階調値を有するデータを出力するＮ個の入力部４１０＿１〜４１０＿ｎと、４ビットのデータに対応するようにＰＷＭ方式により互いに異なる幅を有する１６（２^４）個のパルス信号の波形を全て足したことと同様な波形を有する第１パルスＰ＜ａ＞と、第１パルスＰ＜ａ＞と相補的な第２パルスＰ＜ｂ＞を出力するＰＷＭ信号発生部４００と、入力されるデータのＬＳＢ（ＬｅａｓｔＳｉｇｎｉｆｉｃａｎｔＢｉｔ）を通して選択された第１パルスＰ＜ａ＞または第２パルスＰ＜ｂ＞を入力部４１０＿１〜４１０＿ｎの出力と一致する幅ほどカウントしたパルスを出力し、これによってチャネル１〜チャネルｎを駆動するためのカウント部４２０＿１〜４２０＿ｎを備えて構成される。ここでパルスの信号波形を全て足したことと同様な波形とは、４ビットデータに対応される立下り及び立ち上りエッジを足して１６個を有することを意味し、これは各々の全ての信号をＸＯＲ演算することによって得られる。

第１及び第２パルスＰ＜ａ＞、Ｐ＜ｂ＞は、各々のバッファ４３０ａ、４３０ｂによりバッファリングされる。カウント部４２０＿１〜４２０＿ｎにより生成されたＰＷＭ信号は、各チャネルに伝達されて該当チャネルを駆動する。ここで、チャネル１〜チャネルｎは、例えば、ＬＣＤ駆動セルのカラムに対応する。したがって、各チャネルはカウント部４２０＿１〜４２０＿ｎを通して出力されたパルス信号に応答して該当する階調値によって駆動される。

一方、ここでは画像データが４ビットである場合を例にしたが、この他にも複数のビットである場合も適用可能である。

図４の構成から分かるように、本発明は従来の選択部をカウント部に替えてし、ＰＷＭ信号発生部４００から出力されるパルスをカウント部４２０＿１〜４２０＿ｎでカウントできるように、相補的な第１パルスＰ＜ａ＞及び第２パルスＰ＜ｂ＞の二つのパルスのみを出力する。この場合、第１パルスＰ＜ａ＞は、ＰＷＭ信号発生器４００の２^４個パルスの波形を全て足したことと同様な波形である。

従って、第１パルスＰ＜０＞の各立ち上り及び立下りエッジはＰＷＭの２^４個の全てのパルスの幅を示す。この場合、第１パルスＰ＜ａ＞の逆である第２パルスＰ＜ｂ＞を第１パルスＰ＜ａ＞と同時に使用することによって、第１及び第２パルスＰ＜ａ＞、Ｐ＜ｂ＞の全ての立ち上りエッジまたは第１及び第２パルスＰ＜ａ＞、Ｐ＜ｂ＞の全ての立下りエッジに統一させて、立下りまたは立ち上りのみをカウント部４２０＿１〜４２０＿ｎを通してカウントする。

入力部４１０＿１〜４１０＿ｎの出力と一致する幅だけカウント部４２０＿１〜４２０＿ｎを通してカウントしたパルスを出力することによって、従来と同じ出力波形を得る。この場合、入力されるデータのＬＳＢを通して第１パルスまたは第２パルスが先に選択されるため、選択された第１パルスまたは第２パルスを利用してカウントし、この中でデータの幅と一致するカウント数に該当するＰＷＭパルスを出力する。

図５は、図４のＰＷＭ方式を利用した本発明の一実施の形態に係る階調表示方式の動作を説明するためのタイミング図であって、これを参照して本発明の階調表示動作を説明する。

ＰＷＭ信号発生部４００を通して互いに相補的ながら互いに異なる１６個のパルス信号の幅を全て有する第１及び第２パルスＰ＜ａ＞、Ｐ＜ｂ＞が出力される。
入力部４１０＿１から出力された４ビットのデータは００１１の値を有するためＬＳＢが１であり、これによって第２パルスＰ＜ｂ＞が選択される。従って、従来のようにＰＷＭ信号がＰ＜０＞〜Ｐ＜１５＞の１６個である場合、これに該当することがＰ＜０＞、Ｐ＜２＞、Ｐ＜４＞〜Ｐ＜１５＞である。この場合、第２パルスＰ＜ｂ＞の立ち上りエッジをカウントして２番目の立ち上りエッジ（２）でデータＤＩＮ１＜３：０＞幅と一致するので、これに該当するパルス（すなわち、従来の場合Ｐ＜２＞）をチャネル１に出力する。

入力部４１０＿（ｎ−１）から出力された４ビットのデータは０１１０の値を有するのでＬＳＢが０であり、これによって第１パルスＰ＜ａ＞が選択される。したがって、従来のようにＰＷＭ信号がＰ＜０＞〜Ｐ＜１５＞の１６個である場合、これに該当することがＰ＜１＞、Ｐ＜３＞、Ｐ＜５＞〜Ｐ＜１４＞である。この場合、第１パルスＰ＜ａ＞の立ち上りエッジをカウントして３番目の立ち上りエッジ（３）においてデータＤＩＮ（ｎ−１）＜３：０＞）幅と一致するので、これに該当するパルス（すなわち、従来の場合Ｐ＜５＞）をチャネル（ｎ−１）に出力する。

また、入力部４１０＿ｎから出力された４ビットのデータは１１１１の値を有するため、ＬＳＢが１であり、これによって第２パルスＰ＜ｂ＞が選択される。この場合、第２パルスＰ＜ｂ＞の立ち上りエッジをカウントして、そのカウント回数の立ち上りエッジでデータＤＩＮ１＜３：０＞幅と一致するパルス（すなわち、従来の場合Ｐ＜１５＞）をチャネル１に出力する。

上述したＰＷＭ方式を利用した本発明の階調表示方式は画像データのビット数に対応する個数のＰＷＭ波形が不要であり、単に２つのパルスのみが必要となる。すなわち、従来の場合には４ビットの画像データでは２^４個である１６個のＰＷＭ信号が必要であったが、本発明の場合には１６個のＰＷＭ信号の全ての立ち上りエッジを含む相補的な２つのパルスのみが必要となる。

ここでは２パルスの立ち上りエッジでカウントすることを例にしたが、立下りエッジでカウントする場合にも適用可能である。
また、別の回路を追加すると、２つのパルスでなく１つのパルスのみを使用してそのパルスの立ち上りと立下りエッジを全てカウントする方式も適用可能である。

図６は、図４のＰＷＭ方式を実際ＲＧＢインターフェスに適用した本発明の階調表示方式を示す構成図である。
図６を参照すると、メモリに格納されている４ビットのＲＧＢ画像データＲ１＜０＞〜Ｂ１＜２＞を各々印加されて該当チャネルを駆動するための階調値を有するデータを出力する入力部６１０ａ＿１〜６１０ｃ＿３と、４ビットのデータに対応するようにＰＷＭ方式によりＲＧＢ各々に対して互いに異なる幅を有する１６（２^４）個のパルス信号の波形を全て足したことと同様な波形を有する相補的な二つのパルスを、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々に対して出力するＰＷＭパルス信号発生部６００ａ〜６００ｃと、入力されるデータのＬＳＢを通して二つのパルスのうち選択されたいずれかのパルスを入力部６１０ａ＿１〜６１０ｃ＿３の出力と一致する幅だけカウントしたパルスを出力し、これを通じてチャネルＲ＜０＞〜Ｂ＜２＞を駆動するためのカウント部６２０ａ＿１〜６２０ａ＿４、６２０ｂ＿１〜６２０ｂ＿３、６２０ｃ＿１〜６２０ｃ＿３を備えて構成される。

ＰＷＭパルス信号発生部６００ａ〜６００ｃから出力される３対のパルス信号は、各々バッファ６３０ａ〜６３０ｃによりバッファリングされる。

カウント部６２０ａ＿１〜６２０ａ＿４、６２０ｂ＿１〜６２０ｂ＿３、６２０ｃ＿１〜６２０ｃ＿３により生成されたＰＷＭ信号は各チャネルに伝達されて該当チャネルを駆動する。ここで、チャネルＲ＜０＞〜Ｂ＜２＞は、例えば、ＬＣＤ駆動セルのカラムに対応する。したがって、各チャネルはカウント部６２０ａ＿１〜６２０ａ＿４、６２０ｂ＿１〜６２０ｂ＿３、６２０ｃ＿１〜６２０ｃ＿３を通して出力されたパルス信号に応答して該当する階調値によって駆動される。

一方、ここでは画像データが４ビットである場合を例にしたが、この以外にも複数のビットの場合にも適用可能である。

上述したように本発明は、従来の選択部をカウント部に替えて、ＰＷＭ信号発生部から出力されるパルスを前記カウント部でカウントできるように従来のＰＷＭ信号発生器の２^ｎ個パルスの波形を全て足したことと同様な（立ち上り及び立下りエッジの遷移に対する情報を全て有する）相補的な一対のパルス、または１つのパルスのみを出力し、このパルスの全ての立ち上りエッジまたは全ての立下りエッジに統一して立下りまたは立ち上りのみをカウント部を通してカウントし、入力されるデータの出力と一致する幅だけカウント部を通してカウントしたパルスを出力することによって、チャネル駆動のためのＰＷＭパルスを出力できる。したがって、画像データのビット数の増加にともなうＰＷＭ信号の増加を防止できることが実施の形態によって分かる。

なお、本発明は、上記の実施の形態として開示した範囲に限定されるものではない。本発明に係る技術的思想の範囲内で変更が可能である。それらも本発明の技術的範囲に属する。

ＰＷＭ方式を利用した従来の階調表示方式を示す構成図である。図１のＰＷＭ方式を利用した従来の階調表示方式の動作を説明するためのタイミング図である。図１のＰＷＭ方式を実際ＲＧＢインターフェスに適用した従来の階調表示方式を示す構図である。ＰＷＭ方式を利用した本発明の一実施の形態に係る階調表示方式を示す構成図である。図４のＰＷＭ方式を利用した本発明の一実施の形態に係る階調表示方式の動作を説明するためのタイミング図である。図４のＰＷＭ方式を実際ＲＧＢインターフェスに適用した本発明の階調表示方式を示す構成図である。

符号の説明

４００ＰＷＭ信号発生部
４１０＿１〜４１０＿ｎ入力部
４２０＿１〜４２０＿ｎカウント部
４３０ａ、４３０ｂバッファ

Claims

複数のチャネルと、
該当チャネルを駆動するための階調値を有するＮビット（Ｎは自然数）の複数の画像データを出力する複数個の入力手段と、
パルス幅変調方式による互いに異なる幅を有する２^Ｎ個のパルス信号の全ての遷移点を有する第１パルス、及び前記第１パルスと位相が反転した第２パルスを出力するパルス幅変調信号の発生手段と、
前記各Ｎビットの画像データの最下位ビットの値が０である場合は、前記第１パルスを選択し、１である場合は前記第２パルスを選択し、前記第１パルスを選択したか前記第２パルスを選択したかによって、カウントの初期値を所定値に設定するカウント初期値設定手段と、
選択された前記第１パルスまたは前記第２パルスのエッジをカウントし、カウントした値が前記各Ｎビットの画像データの値と等しくなったときに、前記各Ｎビットの画像データに対応する幅を有するパルスを各チャネルに出力するカウント手段と
を含むことを特徴とするパルス幅変調駆動方式を利用した多階調の画像表示装置。
前記チャネルは、液晶表示素子を駆動するための駆動セルのカラムに対応することを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調駆動方式を利用した多階調の画像表示装置。
前記カウント手段は、前記選択された第１パルスまたは第２パルスの立ち上りエッジをカウントして、前記各Ｎビットの画像データに対応する幅を有する前記パルスを出力して該当チャネルを駆動するようにすることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調駆動方式を利用した多階調の画像表示装置。
前記カウント手段は、前記選択された第１パルスまたは第２パルスの立下りエッジをカウントして、前記各Ｎビットの画像データに対応する幅を有する前記パルスを出力して該当チャネルを駆動するようにすることを特徴とする請求項１に記載のパルス幅変調駆動方式を利用した多階調の画像表示装置。