JP4739343B2 - 表示装置、表示方法、表示モニターおよびテレビジョン受像機 - Google Patents

表示装置、表示方法、表示モニターおよびテレビジョン受像機 Download PDF

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Description

本発明は、1画像を表示する1フレームを複数のサブフレームに時分割し、該複数のサブフレームの画像を1フレームの期間に表示することで1フレームの画像を表示する液晶表示装置に関するものである。
近年、CRT(陰極線管)が用いられていた分野で、液晶表示モジュール、EL表示モジュールを備えたホールド型表示装置が用いられるようになってきている。
しかしながら、このようなホールド型表示装置は、画像が表示される点灯期間と画像が表示されない消灯期間とが、交互に繰り返されるCRT(陰極線管)等のインパルス型表示装置に比べて、動画品質が劣ると言われている。
これはつまり、一般的なホールド型表示装置では、1フレーム期間の全てが画像の点灯期間となるため、フレーム画像が更新されると、次のフレームに画像が更新されるまで物体がその位置に留まって表示され、これが、観察者の目には、動きボケとして見えてしまうためである。
従来から、このような動画品質の改善を目的の一つとして、1画像を表示するフレームを複数のサブフレームに時分割して駆動するサブフレーム表示の方法が種々提案されており、例えば特許文献1に開示されている。なお、従来から、有機LEDパネルを用いた画像表示装置においては、垂直走査を多重化することが行われている。
ところで、上記のようなホールド型の表示装置のうち、液晶表示装置には、一定方向の電界を長時間印加し続けると液晶の電気光学特性が劣化するという問題がある。このため、液晶表示装置においては、液晶の劣化を防止するために、交流駆動を行うのが一般的である。すなわち、各画素に印加する電圧の極性を交互に反転させる駆動方法を用いるのが一般的である。
交流駆動を行う場合の画素に対する電圧の印加方法としては、例えば、
(1)水平方向(走査信号線の延在方向)に隣接する画素に印加する電圧の極性を交互に異ならせ、さらに各画素に印加する電圧をフレーム毎に反転させる方法(ライン反転駆動)、
(2)垂直方向(データ信号線の延在方向)に隣接する画素に印加する電圧の極性を交互に異ならせ(走査信号線を1ライン走査するごとに当該ライン上の画素に印加する電圧の極性を異ならせ)、さらに各画素に印加する電圧をフレーム毎に反転させる方法、
(3)各画素に印加する電圧の極性を、水平方向および垂直方向に隣接する各画素に印加する電圧の極性と異ならせ、さらに各画素に印加する電圧をフレーム毎に反転させる方法(ドット反転駆動)、などが知られている。
図15(a)は、ドット反転駆動を行う従来の液晶表示装置において各画素に印加される階調表示用電圧の極性を示した説明図であり、図15(b)は各画素に印加される階調表示用電圧と時間との関係を示すタイミングチャートである。
図15(a)に示すように、ドット反転駆動では、水平方向に隣接する画素に印加される階調表示用電圧の極性が異なり、かつ垂直方向に隣接する画素に印加される階調表示用電圧の極性が異なっている。また、図15(b)に示すように、フレーム毎に各画素に印加される階調表示用電圧の極性が反転される。
ところが、交流駆動を行う場合には、各画素に印加する電圧(階調表示用電圧)の極性を切り替える際、データ信号線駆動回路は、逆極性の電荷の注入によって、データ信号線および画素容量の電荷を放電した後、所望する階調表示用電圧まで充電を行うことになる。したがって、駆動のための消費電力が増大するという問題がある。
そこで、このような問題を解決するための技術として、例えば特許文献2には、ソースドライバの奇数番目の出力部からの出力電圧を高電圧レベルと低電圧レベルとに交互に切り替え、偶数番目の出力部からの出力電圧を奇数番目と反対の順序で切り替えるソースドライバにおいて、奇数番目の各出力部にスイッチを介して接続される第1シェアラインと、偶数番目の各出力部にスイッチを介して接続される第2シェアラインとを設け、これら第1および第2シェアラインを一定の電圧レベルに充電しておき、ソースドライバから各出力部に出力する電圧を高電圧レベルと低電圧レベルとの間で切り替える前に、その出力部を第1または第2シェアラインに接続してパネルのキャパシタを一定にする技術が開示されている。
つまり、特許文献2の技術では、各出力部への出力電圧を高電圧レベルと低電圧レベルとの間で切り替える前に、各出力部を第1または第2シェアラインに供給されている一定電圧に充電する。したがって、ソースドライバは、一定電圧(第1または第2シェアラインの電圧)に充電されたデータラインを階調表示用電圧まで充電すればよいので、高電圧レベルが充電されている状態から低電圧レベルの階調表示用電圧を充電する場合あるいは低電圧レベルが充電されている状態から高電圧レベルの階調表示用電圧を充電する場合よりも消費電力が小さくなる。ただし、特許文献2の技術では、第1および第2シェアラインを一定の電圧に充電しておく必要がある。
また、特許文献3には、液晶パネルに駆動信号を出力する複数の出力端子を有し、隣接する出力端子毎に極性の反転した駆動信号を出力し、かつ1走査期間毎に同一出力端子から出力される駆動信号の極性を反転するようにした液晶駆動装置において、ブランキング期間に出力端子間を短絡させる技術が開示されている。
つまり、特許文献3のでは、ドット反転駆動を行うにあたって、各出力端子の極性を切り替える前のブランキング期間に各出力端子を短絡させて各出力端子を同電位にする。これにより、同電位となった出力端子の電位は極性反転後の電位に近くなるので、前の走査期間の電位から逆極性の電位まで変化させる場合よりも、消費電力を小さくできるようになっている。
特開2005−173573号公報(公開日:2005年6月30日) 特開2003−228353号公報(公開日:2003年8月15日) 特開平9−212137号公報(公開日:1997年8月15日)
しかしながら、従来のサブフレーム表示装置において交流駆動を行う場合、階調表示用電圧の極性を反転させる頻度がフレームを時分割しない場合よりも多くなるので、駆動のための消費電力が増大するという問題がある。
また、表示装置への画像信号の入力と実際に画像が表示されるまでの間にタイムラグがあり、しかも、画像信号を格納するフレームメモリのコストが高くつくといった問題がある。
つまり、従来のサブフレーム表示では、入力される画像信号(入力画像信号)をフレームメモリに一旦格納し、格納した画像信号を読み出して各サブフレームの表示信号を作成するようになっている。
このような駆動方法では、ほぼ1フレーム期間に相当するタイムラグが、画像信号の入力と表示信号(複数のサブフレーム表示信号よりなる)の出力との間に発生する。このタイムラグは、例えば画像信号の垂直周波数(フレームレート)が60Hzである場合には、約16msにもなる。
画像信号の入力と表示信号の出力との間に発生するタイムラグは、表示装置をテレビジョン受像機等に用いた場合には、表示画像と音声との間のズレにつながるため、音声ずれを無くすための回路等が必要になる。また、表示装置を、PCやゲーム機など入力操作に対して即座に画面表示の更新を行う必要のある機器類の画像表示装置として使用する場合には、操作に対して大きなタイムラグが発生し操作快適性を低下させる。
また、上記従来の駆動方法では、第Nフレームの次のフレームである第N+1フレームの画像信号の書き込みと並行して、既に書き込まれている第Nフレームの画像信号を(2度)読み出す必要がある。そのため、入力される画像信号を格納するフレームメモリのメモリ容量として、格納用と読み出し用とで、2画面分(2フレーム分)のメモリ容量が必要となる。
さらに、第1及び第2の各サブフレームの表示信号を両方とも、フレームメモリに格納した画像信号を読み出して生成するようになっているので、フレームメモリに対して、入力1画面の書き込みと、出力2画面の倍速読出しとを並行して行う必要があり、メモリバンド幅が大きくなる。具体的には、入力される画像信号の伝送周波数(ドットクロック周波数)=F(Hz)、1画素当りのデータビット数=Dとすると、入力1画面の書き込みと出力2画面の倍速読出しとを並行して行う場合に必要なメモリバンド゛幅は、FD+(2F)D*2=5FD(bps)となる。
メモリバンド幅が増大すると、メモリアクセス用のクロック周波数を上昇させるか、メモリの端子数を増やす必要があり、いずれも消費電力を増大させ、また、コストアップにつながる。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、フレームをサブフレームに時分割して駆動する表示装置であって交流駆動を行う表示装置において、画像信号の入力から画像表示までのタイムラグを小さくし、入力される画像信号を格納するフレームメモリのコストが低くするとともに、消費電力を低減することにある。
本発明の表示装置は、上記の課題を解決するために、複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有し、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して画像を表示させる表示装置であって、入力される画像信号より第1〜第nサブフレームの各表示信号を生成する信号生成手段と、上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各サブフレームにおいて走査信号線の延在方向に隣接する各画素およびデータ信号線の延在方向に隣接する各画素に出力する階調表示用電圧が逆極性となり、かつ、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎または複数のサブフレーム毎またはフレーム毎に反転するように生成して上記各データ信号線に出力するデータ信号線駆動手段と、隣接する上記データ信号線間を導通状態と遮断状態とに切り替える短絡手段と、上記各画素に第1〜第nサブフレームの各表示信号を用いた画像表示を行わせるための制御信号を生成するタイミング制御手段とを備え、上記タイミング制御手段は、第Nフレーム(Nは2以上の整数)の第1サブフレームの画像表示期間と、少なくとも当該第Nフレームの第2サブフレームの画像表示期間及び第N−1フレームの第nサブフレームの画像表示期間とを一部重複させて、各サブフレームにおいて全画素に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、上記短絡手段を所定期間だけ導通状態とさせてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力するように制御信号を生成することを特徴としている。
上記の構成によれば、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、上記短絡手段を所定期間だけ導通状態とさせてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力する。つまり、階調表示用電圧の極性が反転するときには、隣接するデータ信号線間を所定期間短絡させてから極性反転後の階調信号を出力する。
これにより、隣接する各データ信号線には逆極性の階調表示用電圧が充電されているので、短絡手段が導通することによって隣接するデータ信号線に充電されている電圧が中和(チャージシェア)されて各データ信号線は同電位になる。すなわち、次に印加する逆極性の階調表示用電圧に相当する電位に近づく。したがって、データ信号線駆動手段における消費電力を削減することができる。
また、上記の構成によれば、第Nフレーム(Nは2以上の整数)の第1サブフレームの画像表示期間と、少なくとも当該第Nフレームの第2サブフレームの画像表示期間及び第N−1フレームの第nサブフレームの画像表示期間とを一部重複させて、複数のサブフレームの画像表示動作を並行して行うようになっているので、サブフレームの表示信号を作成するために画像信号を格納しておくフレームメモリに必要とされるメモリ容量を減らすことができる。
つまり、画像信号は、最終段のサブフレームの表示信号が作成されるまでは、メモリ(フレームメモリ等)に蓄積しておく必要があるため、第1サブフレームの画像表示動作後に第2サブフレームの画像表示動作を行うというように、各サブフレームの画像表示動作を順に行っていくと、上記メモリには、最終段である第nサブフレームの表示信号を作成するまで、1フレーム分の画像信号を全て蓄積しておくことが必要となる。
これに対し、上記構成のように、複数のサブフレームの画像表示動作を並行して行うことで、最終段のサブフレーム(第nサブフレーム)の表示信号を生成し終えた水平ライン(1本の走査信号線に接続された各画素)の画像信号については、その水平ラインに割り当てられていたメモリ領域に、入力されてくる別の水平ラインの画像信号を上書きしていくことができ、水平ライン間でメモリ領域の共用が可能となる。
このようにメモリ領域を共用させた場合、必要なメモリ量は、1フレームを時分割するサブフレーム数によって決まり、帰線期間の長さによって若干異なるが、サブフレーム数がNの場合は、約(N−1)/Nフレーム分となる。したがって、サブフレーム数が2であれば、1フレームの画像信号を蓄積するためのメモリ量の約1/2となり、サブフレーム数が3であれば、1フレームの画像信号を蓄積するためのメモリ量の約2/3となる。
また、上記の構成によれば、複数のサブフレームの画像表示動作を並行して行うことで、各サブフレームにおいて表示画面の全水平ライン(全画素)に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくしている。すなわち、全水平ラインに対する画像信号の入力期間と各サブフレームにおいて全水平ラインに対する階調表示用電圧の書き込みが完了するまでの期間を等しくしている。この場合、第1サブフレームの表示信号を生成するときに、入力される画像信号をフレームメモリを介さずにそのまま用いることができる。したがって、各水平ラインに対する第Nフレームの画像信号が入力されてから各水平ラインに対して当該第Nフレームの第1サブフレームにて階調表示用電圧が書き込まれるまでの遅延期間を短くできる。
これにより、画像信号の入力と実際に画像が表示されるまでのタイムラグは問題ならない程度に小さくなり、テレビジョン受像機等であっても、表示画像と音声とにズレが出るようなことがなく、音声を遅延させる回路等も不要になる。また、PCやゲーム機など入力操作に対して即座に画面表示の更新を行う必要のある機器類の画像表示装置として使用する場合にも、操作に対してタイムラグによる影響の少ない画像表示が可能となる。
なお、上記の構成において、入力される画像信号の1フレームを第1および第2サブフレームの2つのサブフレームに時分割するようにしてもよい。
この場合、データ信号線駆動手段からデータ信号線に供給される階調表示用電圧の極性は、走査信号線が2ライン走査されるごとに反転することになる。したがって、極性反転の頻度が少なくなるので、各サブフレームの画像表示期間を重複させない従来の構成よりも、消費電力をより効果的に削減できる。
また、上記データ信号線駆動手段は、上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎に反転するように生成し、上記タイミング制御手段は、異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線と偶数番目の走査信号線とを交互に走査するように制御信号を生成する構成としてもよい。
上記の構成によれば、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性は、画像表示期間が重複するサブフレームの数と同じ走査回数毎に反転する。したがって、極性反転の頻度が少なくなるので、各サブフレームの画像表示期間を重複させない従来の構成よりも、消費電力をより効果的に削減できる。
また、上記データ信号線駆動手段は、上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がフレーム毎に反転するように生成し、上記タイミング制御手段は、異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線あるいは偶数番目の走査信号線を複数回続けて走査するように制御信号を生成する構成としてもよい。
上記の構成によれば、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転する頻度を少なくできるので、消費電力を低減できる。
また、上記タイミング制御手段は、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないときには、上記短絡手段を遮断状態としないように制御信号を生成する構成としてもよい。
上記の構成によれば、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないときには、データ信号線間を短絡させる期間を設けないので、走査信号線を1ライン走査する毎にデータ信号線を短絡させる場合よりも、画像表示期間(階調表示用電圧の充電期間)を長くできる。
また、上記タイミング制御手段は、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないときには、上記短絡手段を上記所定期間よりも短い期間だけ導通状態とさせてから、階調表示用電圧を各データ信号線に出力するように制御信号を生成する構成としてもよい。
上記の構成によれば、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないときのデータ信号線間の短絡期間を、極性が反転するときよりも短くできる。したがって、走査信号線を1ライン走査する毎に同じ期間だけデータ信号線を短絡させる場合よりも、画像表示期間を長くできる。
また、上記タイミング制御手段は、データ信号線駆動手段からデータ信号線に階調表示用電圧を出力するタイミングを制御するための制御信号であるラッチパルスを用いて、上記短絡手段の動作を制御する構成としてもよい。
上記の構成によれば、短絡手段の動作を制御するための制御信号を新たに設ける必要がないので、タイミング制御手段の構成を簡略化できる。
また、この場合、上記タイミング制御手段は、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときの上記ラッチパルスのアクティブ期間の長さを、極性が反転しないときよりも長く設定し、上記短絡手段は、上記ラッチパルスのアクティブ期間に隣接するデータ信号線間を導通させる構成としてもよい。
上記の構成によれば、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないときのデータ信号線間の短絡期間を、極性が反転するときよりも短くできる。したがって、走査信号線を1ライン走査する毎に同じ期間だけデータ信号線を短絡させる場合よりも、画像表示期間を長くできる。
また、上記タイミング制御手段は、各サブフレームの画像表示期間の長さが略均一になるように制御信号を生成する構成としてもよい。
上記の構成によれば、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときの画像表示期間の長さと反転しないときの画像表示期間の長さとが略均一に設定される。すなわち、データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないサブフレームにおいてデータ信号線間を短絡させる期間を設けないようにすることで長くなった画像表示期間の長さを、各サブフレームに割り振る。これにより、各サブフレームの画像表示期間の長さを、走査信号線を1ライン走査する毎にデータ信号線を短絡させる場合よりも長くできる。
また、上記タイミング制御手段は、データ信号線駆動手段から第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧が1走査信号線分ずつ時分割で出力され、これに合わせて走査信号線駆動手段から選択信号が出力されるように、制御信号を生成する構成としてもよい。
例えば走査信号線の数が100本で、第1及び第2の2つのサブフレームに分割する場合を例示して説明すると、上記構成では、データ信号線駆動回路からは、まず、第1走査信号線に対応する各画素の第Nフレームの第1サブフレームの表示信号に応じた電圧値が各データ信号線に出力され、続いて、第51走査信号線に対応する各画素の第N−1フレームの第2サブフレームの表示信号に応じた電圧値、第2走査信号線に対応する各画素の第Nフレームの第1サブフレームの表示信号に応じた電圧値というように、各サブフレームの表示信号が1走査信号線分ずつ時分割で出力されていく。
一方、走査信号線駆動回路からは、データ信号線駆動回路からの出力に応じて、第1走査信号線、第51走査信号線、第2走査信号線、第52走査信号線、…というように、走査信号線を垂直方向にグループ分けし、選択されるグループを順次(この場合は交互)切り替えながら、選択信号が出力される。
これにより、表示画面が分割され、画面毎に独立に表示可能な表示ジュールを用いることなく、画面分割されていない通常の表示モジュールを用いて、画面を擬似的に2分割したようにして、複数のサブフレームの画像表示動作を並行して行うことが可能となる。
また、上記タイミング制御手段は、各走査信号線に対する第Nフレームの画像信号が入力されてから各走査信号線に対して当該第Nフレームの第1サブフレームにて階調表示用電圧が書き込まれるまでの遅延期間を、入力される画像信号の1フレームの期間の半分よりも短くなるように、制御信号を生成する構成としてもよい。
上記の構成によれば、画像信号の入力と実際に画像が表示されるまでのタイムラグを問題にならない程度に小さくできる。その結果、テレビジョン受像機等であっても、表示画像と音声とにズレが出るようなことがなく、音声を遅延させる回路等も不要になる。また、PCやゲーム機など入力操作に対して即座に画面表示の更新を行う必要のある機器類の画像表示装置として使用する場合にも、操作に対してタイムラグによる影響の少ない画像表示が可能となる。なお、上記の遅延期間を、入力される画像信号の1フレームの期間の20%よりも短くなるように制御信号を生成することがより好ましい。
また、入力される画像信号を格納するフレームメモリの書き込みと読み出しとを制御するメモリ制御手段をさらに含み、上記メモリ制御手段は、任意の画素において第nサブフレームの表示信号が生成されると、該画素の画像信号が格納されていた上記フレームメモリの領域に、入力されてくる別の画素の画像信号を書き込んでいく構成としてもよい。
上記の構成によれば、入力される画像信号を格納するフレームメモリとして、メモリ容量の小さいものを用いることができる。あるいは、メモリ容量に余裕が生じることにより、空いているメモリのアドレス空間を利用して別の機能(例えば動画応答性能の改善のためのオーバーシュート駆動など)を付加することもできる。
また、上記信号生成手段は、第1サブフレームの表示信号については、入力される画像信号を格納するフレームメモリを介することなく入力される画像信号から生成し、第2〜第nサブフレームの各表示信号については、上記フレームメモリに格納された画像信号を読み出すことで生成する構成としてもよい。
上記の構成によれば、フレームメモリに対するアクセス(書き込み・読み出し)回数を少なくできるので、フレームメモリのメモリバンド幅を減らすことができる。なお、伝送周波数の変換は、入力される画像信号をラインメモリ等に書き込み、必要な伝送周波数となるように読み出せばよい。
本発明の表示方法は、上記の課題を解決するために、複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有する表示装置に、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して画像を表示させる表示方法であって、第Nフレーム(Nは2以上の整数)の第1サブフレームの画像表示期間と、少なくとも当該第Nフレームの第2サブフレームの画像表示期間及び第N−1フレームの第nサブフレームの画像表示期間とを一部重複させて、各サブフレームにおいて表示画面の全走査信号線に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、隣接するデータ信号線間を所定期間だけ短絡させてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力することを特徴としている。
上記の方法では、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、隣接するデータ信号線間を所定期間だけ短絡させてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力する。
これにより、隣接する各データ信号線には逆極性の階調表示用電圧が充電されているので、隣接するデータ信号線間を短絡させることによって、各データ信号線に充電されている電圧が中和(チャージシェア)されて各データ信号線は同電位になる。すなわち、次に印加する逆極性の階調表示用電圧に相当する電位に近づく。したがって、各画素を階調表示用電圧に充電するための消費電力を削減することができる。
また、上記の方法によれば、第Nフレーム(Nは2以上の整数)の第1サブフレームの画像表示期間と、少なくとも当該第Nフレームの第2サブフレームの画像表示期間及び第N−1フレームの第nサブフレームの画像表示期間とを一部重複させて、複数のサブフレームの画像表示動作を並行して行うようになっているので、サブフレームの表示信号を作成するために画像信号を格納しておくフレームメモリに必要とされるメモリ容量を減らすことができる。
また、上記の方法では、複数のサブフレームの画像表示動作を並行して行うことで、各サブフレームにおいて表示画面の全水平ライン(全画素)に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくしている。この場合、第1サブフレームの表示信号を生成するときに、入力される画像信号をフレームメモリを介さずにそのまま用いることができる。したがって、各水平ラインに対する第Nフレームの画像信号が入力されてから各水平ラインに対して当該第Nフレームの第1サブフレームにて階調表示用電圧が書き込まれるまでの遅延期間を短くできる。
これにより、画像信号の入力と実際に画像が表示されるまでのタイムラグは問題ならない程度に小さくなり、テレビジョン受像機等であっても、表示画像と音声とにズレが出るようなことがなく、音声を遅延させる回路等も不要になる。また、PCやゲーム機など入力操作に対して即座に画面表示の更新を行う必要のある機器類の画像表示装置として使用する場合にも、操作に対してタイムラグによる影響の少ない画像表示が可能となる。
また、上記の方法において、入力される画像信号の1フレームを第1および第2サブフレームの2つのサブフレームに時分割するようにしてもよい。
この場合、データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性は、走査信号線が2ライン走査されるごとに反転することになる。したがって、極性反転の頻度が少なくなるので、各サブフレームの画像表示期間を重複させない従来の構成よりも、消費電力をより効果的に削減できる。
また、上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎に反転するように生成し、異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線と偶数番目の走査信号線とを交互に走査するようにしてもよい。
上記の方法によれば、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性は、画像表示期間が重複するサブフレームの数と同じ走査回数毎に反転する。したがって、極性反転の頻度が少なくなるので、各サブフレームの画像表示期間を重複させない従来の構成よりも、消費電力をより効果的に削減できる。
また、上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がフレーム毎に反転するように生成し、異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線あるいは偶数番目の走査信号線を複数回続けて走査するようにしてもよい。
上記の方法によれば、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転する頻度を少なくできるので、消費電力を低減できる。
また、本発明の表示装置と、外部から入力された画像信号を上記表示装置に伝達するための信号入力手段と組み合わせることで、表示モニターを構成できる。また、上記表示装置を、テレビジョン受像機に備えられる表示装置として用いることもできる。
本発明の一実施形態にかかる表示装置におけるソースドライバ部への入力信号とソースドライバ部からの出力信号との関係の一例を示した説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置の要部構成を示すブロック図である。 コントローラLSIの概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置に設けられた制御装置が入力画像信号を処理して出力する出力表示信号と入力画像信号との関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置において扱われる各画像信号の時間軸上の関係を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置に備えられるソースドライバ部の一構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置のソースドライバ部に備えられる切離しスイッチおよび短絡スイッチの一構成例を示す回路図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置における、データ信号線の電位波形の一例を示す波形図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置におけるソースドライバ部への入力信号とソースドライバ部からの出力信号との関係の一例を示した説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置において、ラッチパルスを用いて短絡期間の長さを制御する場合の、ソースドライバ部への入力信号とソースドライバ部からの出力信号との関係の一例を示した説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置において、ラッチパルスを用いて短絡期間の長さを制御する場合の、ソースドライバ部への入力信号とソースドライバ部からの出力信号との関係の一例を示した説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置における、入力画像信号と出力表示信号のタイミングと、フレームメモリへの書き込み、読み出しの状態を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置における、各サブフレームの階調レベルの設定方法を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置によって、動画ボケの抑制効果が得られる理由を示す説明図であり、ホールド駆動時において輝度の異なる2つの領域の境界線が移動する様子を、縦軸を時間、横軸を位置として表した図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置によって、動画ボケの抑制効果が得られる理由を示す説明図であり、インパルス駆動時において輝度の異なる2つの領域の境界線が移動する様子を表した図である。 ドット反転駆動を行う従来の液晶表示装置において各画素に印加される階調表示用電圧の極性を示した説明図である。 図15(a)に示した従来の液晶表示装置において、各画素に印加される階調表示用電圧と時間との関係を示すタイミングチャートである。
本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係る表示装置1(以下、本表示装置)は、フレームを複数のサブフレームに時分割して駆動する表示装置である。また、本表示装置では、各サブフレームにおいて、水平方向(ゲート信号線の延在方向)および垂直方向(データ信号線の延在方向)に隣接する各画素に印加される階調表示用電圧の極性が互いに異なるようになっており、かつサブフレーム毎に各画素に印加される階調表示用電圧の極性が反転されるようになっている。また、本表示装置は、画像信号の入力から画像表示までのタイムラグが少なく、しかも、入力される画像信号を格納するフレームメモリのコストを抑えることができる表示装置である。
本表示装置は、例えば、テレビジョン受像機や、パーソナルコンピュータに接続される表示モニターとして、好適に使用できる。なお、テレビジョン受像機が受像するテレビジョン放送の一例としては、地上波テレビジョン放送、BS(Broadcasting Satellite)ディジタル放送やCS(Communication Satellite) ディジタル放送などの人工衛星を用いた放送、あるいは、ケーブルテレビテレビジョン放送などが挙げられる。
図2は、本表示装置の要部構成を示すブロック図である。この図に示すように、本表示装置は、表示モジュール19と制御装置(駆動制御装置)10とを備えている。表示モジュール19には、EL表示モジュールや液晶表示モジュール等、ホールド表示型の表示モジュールを用いることができるが、本表示装置では液晶表示モジュールを使用している。
表示モジュール19は、マトリクス状に配された複数の画素を有する画素アレイ20を備えている。各画素は、画素アレイ20に設けられたデータ信号線SL1〜SLnとゲート信号線(走査信号線)GL1〜GLmとの交点に、アクティブ素子と共に配されている。各画素(正確には画素電極)には、アクティブ素子(図ではTFT)にて、対応するゲート信号線GLが選択されている期間だけ、対応するデータ信号線SLに印加されている電圧が書き込まれる。
画素アレイ20の周囲には、データ信号線SL1〜SLnを駆動するソースドライバ部(データ信号線駆動回路)21と、ゲート信号線GL1〜GLmを駆動するゲートドライバ部(走査信号線駆動回路)23とが備えられている。
ゲートドライバ部23は、各ゲート信号線GL1〜GLmへ、例えば、電圧信号など、選択期間か否かを示す信号を出力する。その際、ゲートドライバ部23は、選択期間を示す信号を出力するゲート信号線GLを、制御装置10からの制御信号であるゲートクロック信号GCKやゲートスタートパルスGSPなどのタイミング信号に基づいて変更する。これにより、各ゲート信号線GL1〜GLmは、予め定められたタイミングで選択駆動される。
そして、本表示装置のゲートドライバ部23は、ゲートクロック信号GCKの入力タイミングで順次オンするのではなく、第1のゲート信号線GLがアクティブレベルに変化したゲートクロックからg(gは2以上の整数)発後のゲートクロックにて次段のゲート信号線GLをアクティブレベルに変化させるといったクロック飛ばしモードを有している。なお、クロック飛ばしモードについては後述する。
一方、ソースドライバ部21は、データ信号線SL1〜SLnを駆動して、表示信号の示す電圧をデータ信号線SL1〜SLnに与える。ここでソースドライバ部21は、制御装置10より時分割で入力される各画素への表示信号を、所定のタイミングでサンプリングするなどして、それぞれ抽出する。そして、ソースドライバ部21は、ゲートドライバ部23が、選択中のゲート信号線GLに対応する各画素へ、各データ信号線SL1〜SLnを介して、各々の表示信号に応じた出力信号を出力する。
なお、ソースドライバ部21は、制御装置10からの制御信号であるソースクロック信号SCKやソーススタートパルスSSP、ラッチパルスLSなどのタイミング信号に基づいて、上記サンプリングタイミングや出力信号の出力タイミングを決定する。
また、画素アレイ20における各画素は、自らに対応するゲート信号線GLが選択されている間に、自らに対応するデータ信号線SL1〜SLnに与えられた出力信号に応じて、発光する際の輝度や透過率などを調整して、自らの明るさを決定する。
また、本表示装置の場合、これらソースドライバ部21及びゲートドライバ部23は、それぞれ複数のチップが縦続接続された構成である。
ソースドライバ部21は、それぞれ1チップよりなる第1〜第4の4つのソースドライバが縦続接続された構成であり、全部でn本ある画素アレイ20のデータ信号線SLを、それぞれがn/4本ずつ駆動するようになっている。
制御装置10からの表示信号とソーススタートパルスSSPとは、第1ソースドライバに入力され、第2ソースドライバ、第3ソースドライバ、第4ソースドライバの順に送られる。また、制御装置10からのソースクロック信号SCKとラッチパルスLSとは、第1〜第4の4つの信号線ドライバそれぞれに共通に入力されている。
また、ソースドライバ部21は、各サブフレームにおいて、水平方向(ゲート信号線の延在方向)および垂直方向(データ信号線の延在方向)に隣接する各画素に印加する階調表示用電圧の極性を互いに異ならせ、かつサブフレーム毎に各画素に印加する階調表示用電圧の極性を反転させるように、各画素への階調表示用電圧を生成する。なお、各画素に印加する階調表示用電圧の極性反転のタイミングは、制御装置10からの制御信号である極性反転信号REVに基づいて制御される。また、ソースドライバ部21では、各画素に印加する階調表示用電圧の極性を反転させる際、隣接するデータ信号線間を短絡させることで両データ信号線の電位を中和(チャージシェア)させてから、逆電位の階調表示用電圧をデータ信号線に出力するようになっている。なお、ソースドライバ部21の構成については後述する。
ゲートドライバ部23は、それぞれ1チップよりなる第1〜第3の3つのゲードライバが縦続接続された構成であり、全部でm本ある画素アレイ20におけるゲート信号線GLを、それぞれがm/3本ずつ駆動するようになっている。
制御装置10からのゲートスタートパルスGSPは、第1ゲートドライバに入力され、第2ゲートドライバ、第3ゲートドライバの順に送られる。また、制御装置10からのゲートクロック信号GCKは、第1〜第3の3つのゲートドライバそれぞれに共通に入力されている。
一方、制御装置10は、表示モジュール19の表示動作を制御するもので、外部より入力される画像信号(入力画像信号)及び制御信号(入力制御信号)を用いて、表示モジュール19を駆動するための表示信号と、上記したソースクロック信号SCKやソーススタートパルスSSP等の制御信号を出力するものである。
本表示装置では、フレームをサブフレームに時分割して表示するサブフレーム表示を採用しているので、制御装置10は、表示モジュール19に供給する表示信号を、複数のサブフレームの表示信号として生成する。本実施形態では、サブフレーム数を2とし、時間的に早い方のサブフレームを第1サブフレームとし、時間的に遅い方を第2サブフレームとする。
さらに、本表示装置の場合、第Nフレームの第1サブフレームの画像表示期間(充電期間)と、第Nフレームの第2サブフレームの画像表示期間及び第N−1フレームの第2サブフレームの画像表示期間とを一部重複させて、各サブフレームにおいて表示画面の全水平ラインに対して階調表示用電圧(画素電圧)を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくしている。また、各水平ラインに対する第Nフレームの画像信号が入力されてから各水平ラインに対して第Nフレームの第1サブフレームにて階調表示用電圧が書き込まれるまでの遅延期間を、入力される画像信号の1フレームの期間の半分よりも短くしている。本実施形態ではより好ましい構成として、入力される画像信号の1フレームの期間の20%よりも短くするようになっており、制御装置10は、表示モジュール19においてこのような画像表示動作が行われるように、制御信号を生成して出力する。
なお、サブフレーム数が例えば4の場合は、各サブフレームの開始のタイミングにもよるが、第Nフレームの第1サブフレームの画像表示期間と、第Nフレームの第2サブフレーム、第3サブフレーム、第N−1フレームの第3サブフレーム、及び第4サブフレーム(最終段のサブフレーム)の各画像表示期間とが一部重複する。
また、このような制御装置10に対して入力画像信号及び入力制御信号を伝送する画像信号源としては、例えば、本表示装置がテレビジョン受像機である場合は、テレビジョン放送を受信し、当該テレビジョン放送によって伝送された画像を示す画像信号を生成するチューナー(受像手段)を挙げることができる。また、本表示装置が表示モニターの場合、上記画像信号源として、例えば、パーソナルコンピュータなどが挙げられる。
次に、制御装置10の構成及び動作についてより詳細に説明する。図2に示したように、本表示装置の制御装置10は、フレームメモリ11と、コントローラLSI18とからなる。図3は、コントローラLSI18の概略構成を示すブロック図である。この図に示すように、コントローラLSI18には、ラインメモリ16、メモリコントローラ12、タイミングコントローラ13、データセレクタ14、及びサブフレーム別階調変換回路15が搭載されている。
画像信号源より送られる画像信号(入力画像信号)は、コントローラLSI18の入力段に設けられたラインメモリ16に、1ライン(1水平ライン)ずつ書き込まれ、書き込まれた画像信号は、以降の時分割伝送処理のために、2倍の伝送周波数で読み出されて、メモリコントローラ12とデータセレクタ14とに伝送される。
メモリコントローラ12は、フレームメモリ11に対する書き込みと読み出しとを制御するものであり、ラインメモリ16から読み出された画像信号を、1ライン分ずつフレームメモリ11へ書き込むと共に、並行して時分割にフレームメモリ11から画像信号を読み出し、読み出した画像信号をデータセレクタ14に伝送する。
データセレクタ14は、第1サブフレームに対応する画像信号を出力する場合はラインメモリ16から伝送されてくる画像信号を選択し、第2サブフレームに対応する画像信号を出力する場合は、フレームメモリ11から読み出された画像信号を選択する。
サブフレーム別階調変換回路15は、入力される画像信号より、例えば動画ボケの改善を意図して複数のサブフレームの表示信号を生成し、表示モジュール19へと出力するものである。
サブフレーム別階調変換回路15は、LUT(ルックアップテーブル)などを使用して、データセレクタ14より伝送される画像信号に応じて画像信号の階調値を変換する処理を行うものである。LUTは、サブフレーム数に応じて搭載され、ここでは、第1サブフレーム用と第2サブフレーム用の2つが搭載されている。なお、これらサブフレーム別階調変換回路15において各サブフレームの表示信号を生成する処理の詳細については後述する。
このような、ラインメモリ16からの画像信号の読み出しや、メモリコントローラ12によるフレームメモリ11へのアクセス動作、データセレクタ14、及びサブフレーム別階調変換回路15における動作タイミング等は、タイミングコントローラ13にて制御される。このタイミングコントローラ13は、サブフレーム別階調変換回路15にて生成された表示信号の出力を始め、表示モジュール19に与える上述した各制御信号(クロック信号SCKやスタートパルスSSP、ラッチパルスLS、ゲートクロック信号GCK、ゲートスタートパルスGSP、極性反転信号REV、短絡制御信号SC)の出力を制御するものである。
図4に、制御装置10に入力される画像信号と制御装置10より出力される表示信号の時間軸上の関係を示す。ここでは、入力画像信号の1フレームが表示ライン数(水平ライン数)1080本、垂直帰線期間ライン数45よりなる場合を例示している。
本表示装置では、第Nフレームの画像は、第1サブフレームの画像表示と第2サブフレームの画像表示とで表示されるが、図4に示すように、第Nフレームの第1サブフレームの表示は、その前半にて1つ前のフレームである第N−1フレームの第2サブフレームの後半表示と並行して行われており、第Nフレームの第1サブフレームの後半は、第Nフレームの第2サブフレームの前半表示と並行して行われている。
この場合、各サブフレームの垂直表示動作期間は入力画像信号の1フレームの垂直入力期間(1フレーム期間)と同じとなる。そして、ここでは、表示画面の全画素に対する初段のサブフレームの画像表示動作が、各画素に対する入力画像信号の入力から、可能な限り遅延のないように行われている。
図5は、第Nフレームの第1サブフレームの表示動作と第N−1フレームの第2サブフレームの表示動作とが並行して行われている状態にある、制御装置10の各部と、表示モジュール19におけるソースドライバ部21及びゲートドライバ部23の動作タイミングを示す説明図である。また、図6は、ソースドライバ部21の一構成例を示すブロック図である。
コントローラLSI18は、ソースドライバ部21に対して表示信号、ソーススタートパルスSSP、ソースクロック信号SCK、ラッチパルスLS、極性反転信号REV、短絡制御信号SCを出力する。ソースドライバ部21に出力された表示信号は、入力ラッチ回路31に入力されてラッチされる。一方、ソースクロック信号SCKに同期して、ソーススタートパルスSSPがシフトレジスタ32内を順次転送され、そのシフトレジスタ32の各段から出力される制御信号に応答して、入力ラッチ回路31から出力される表示信号がサンプリングメモリ33に時分割に取込まれ、一旦記憶される。そして、ラッチパルスLSに応じたタイミングで、すなわちサンプリングメモリ33に1ライン分の表示データが取込まれると、サンプリングメモリ33に記憶された表示信号は一括してホールドメモリ34に格納されるとともに、ラッチされる。この表示信号のラッチは次のラッチパルスLSが入力されるまで維持される。
そして、ホールドメモリ34にラッチされた表示信号は、レベルシフタ35において、表示モジュール19に印加される最大駆動電圧レベルまでレベル変換された後、D/A変換回路36に入力され、ここで液晶駆動電源(図示せず)から出力される複数の基準電圧に基づいて基準電圧発生回路37で生成された表示モジュール19のデータ信号線SL1〜SLnに印加される階調表示電圧(例えば256階調表示の場合は256レベルの電圧値)の中から、表示信号に応じた1つの電圧値が選択される。また、D/A変換回路36は、水平方向(ゲート信号線の延在方向)に隣接する各データ信号線に印加する階調表示用電圧を互いに逆極性とする。
D/A変換回路36から出力された階調表示用電圧は、出力回路38を介して各データ信号線SL1〜SLnに出力される。なお、出力回路38と各データ信号線との間には、切離しスイッチ群39および短絡スイッチ群40が設けられている。
図7は、切離しスイッチ群39および短絡スイッチ群40の一構成例を示す回路図である。この図に示すように、切離しスイッチ群39は、各データ信号線SL1〜SLnに対してそれぞれ直列に接続された切離しスイッチs1〜snからなる。
また、短絡スイッチ群40は、隣接する2本のデータ信号線ごとに、当該2本のデータ信号線を接続するように備えられた短絡スイッチsw1,sw2,・・・からなる。なお、短絡スイッチ群40の構成はこれに限るものではなく、例えば、3本以上の任意のデータ信号線間を短絡させるように備えられていてもよく、全てのデータ信号線間を短絡させるように備えられていてもよい。
切離しスイッチおよび短絡スイッチの構成は特に限定されるものではないが、例えば、MOSトランジスタやトランスミッションゲート等のアナログスイッチを用いることができる。また、各切離しスイッチおよび各短絡スイッチは、コントローラLSI18から出力される短絡制御信号SCに基づいて導通状態と遮断状態とに切り替えられる。コントローラLSI18のタイミングコントローラ13は、各データ信号線に印加する階調表示用電圧の極性が反転するごとに、所定期間だけ、各切離しスイッチを遮断し、各短絡スイッチを導通させるように、短絡制御信号SCを生成する。なお、上記の所定期間以外は、各切離しスイッチは導通しており、各短絡スイッチは遮断されている。
図5に示したように、コントローラLSI18に第Nフレーム第1ライン(ゲート信号線)GL1の画像信号が入力されたとき、上記動作により、ソースドライバ部21(第1〜第4の各ソースドライバ)の出力回路38からは、第Nフレームの第1サブフレームの第1ラインGL1に対応する画素の表示信号に応じた階調表示用電圧が出力される。本表示装置では、第Nフレーム第1ラインGL1の画像信号の入力完了から数えて2発後のラッチパルスLSによって第1〜第4の各ソースドライバの出力回路38から、第Nフレーム第1サブフレームの第1ラインGL1に対応する画素の表示信号に応じた階調表示用電圧が出力される。
また、この直前に、コントローラLSI18は、ゲートクロック信号GCKと共にゲートスタートパルスGSPを出力する。これにより、第1ゲートドライバに接続される画素アレイ20における第1ラインGL1がアクティブとなり、この第1ラインGL1に対応する各画素のTFTがオンされる。
また、コントローラLSI18は、第Nフレーム第1ラインGL1の画像信号の入力完了から数えて2発後のラッチパルスLSがアクティブにするのと同時に、短絡制御信号SCをアクティブにする。これにより、各切替えスイッチが遮断され、各短絡スイッチが導通し、隣接するデータ信号線間が短絡される。このとき、隣接する各データ信号線には逆電位の階調表示用電圧が充電されているので、短絡スイッチが導通することによって隣接するデータ信号線に充電されている電圧が中和(チャージシェア)されて各データ信号線は同電位になる。その後、短絡制御信号SCがインアクティブになると、各切替えスイッチが導通し、各短絡スイッチが遮断され、出力回路38から出力された階調表示用電圧が各データ信号線に供給される。
なお、短絡制御信号SCをアクティブにする期間、すなわち隣接するデータ信号線間を短絡させる短絡期間の長さは、各データ信号線に充電されている電圧を適切に中和できる必要最小限の長さに設定することが好ましい。短絡期間を長くしすぎると、画素に階調表示用電圧を充電して表示を行う期間が短くなり、適切な画像表示を行えない場合があるからである。短絡期間は、通常、数μs以下に設定される。
図8は、短絡期間および画像表示期間におけるデータ信号線の電位を示す波形図であり、ソースドライバ部21における出力端の電位をオシロスコープでモニタリングした結果である。この図に示す例では、極性反転時に短絡期間を設けることにより、極性反転時の電位波形に変曲点が出現している。なお、図8では、階調表示用電圧の極性を反転する毎に短絡期間を設けている。また、短絡期間の長さを約1μsに設定している。また、画像表示期間の長さは水平解像度やリフレッシュレート等によって適宜設定される。本実施形態では、この画像表示期間に、2つのサブフレームの表示を行うことになる。
短絡期間が終了すると、出力回路38から出力された階調表示用電圧が各データ信号線SLに供給される。これにより、階調表示用電圧が各画素に印加されて液晶の透過率が更新され、1ライン目の画像表示走査が行われる。なお、上記したように、本表示装置では、各サブフレームにおいて、水平方向に隣接する画素には逆極性の階調表示用電圧を印加する。したがって、各サブフレームにおいて、隣接するデータ信号線には互いに逆極性の階調表示用電圧が出力される。
コントローラLSI18による次のゲートクロック信号GCKの出力にて、第1ゲートドライバはインアクティブとなる。そして、このタイミングで、第2ゲートドライバに接続されている第564ライン(ゲート信号線GL564)がアクティブとなるとともに、各ソースドライバからは第N−1フレームの第2サブフレームの第564ライン(GL564)に対応する各画素の階調表示用電圧が出力される。
なお、上記したように、本表示装置では、各サブフレームにおいて、垂直方向に隣接する画素には逆極性の階調表示用電圧を印加する。また、各画素に印加する階調電圧の極性は、サブフレーム毎に反転されるようになっている。したがって、第Nフレームの第1サブフレームにおいて第1ライン(GL1)に印加される階調表示用電圧と、第N−1フレームの第2サブフレームにおいて第564ライン(GL564)に印加される階調表示用電圧とは同極性である。
このため、コントローラLSI18は、第564ライン(GL564)の画像表示走査においては、短絡制御信号SCをアクティブにしない。すなわち、第564ライン(GL564)の画像表示走査においては、隣接するデータ信号線間を短絡させて両データ信号線の電圧を中和させる短絡期間を設けない。
その後、コントローラLSI18が、次のゲートクロック信号GCKを出力すると、第2ゲートドライバに接続されている第564ライン(GL564)がインアクティブとなり、このタイミングで、第1ゲートドライバの第2ライン(GL2)がアクティブとなる。そして、各ソースドライバには、第1ラインの場合と同様、短絡制御信号SCが入力されて短絡期間が設けられ、短絡期間の終了後に、各ソースドライバから第Nフレームの第1サブフレームの第2ライン(GL2)に対応する各画素の階調表示用電圧が出力される。
以降、同様に、第565ライン、第3ライン、第566ライン、第4ライン…というように、順次対応するゲート信号線GLが選択されて階調表示用電圧が書き込まれていくことで、第1および第2の2つのサブフレームを生成した入力フレーム周波数の2倍のフレーム周波数(倍速)の表示走査を行うことができる。例えば、入力フレーム周波数60Hzの場合には、フレーム周波数120Hzの表示走査が行われる。
図1は、上記した例におけるソースドライバ部21への入力信号とソースドライバ部21からの出力信号との関係を示した説明図である。この図に示すように、本表示装置では、ゲート信号線を2ライン走査するごとに各データ信号線に対する階調表示用電圧の極性が反転され、極性が反転するごとに短絡期間が設けられる。すなわち、短絡期間は、ゲート信号線を2ライン走査するごとに設けられる。
以上のように、本表示装置では、入力される画像信号の1フレームを第1および第2サブフレームに時分割して画像を表示する。また、第Nフレームの第1サブフレームの画像表示期間と、少なくとも当該第Nフレームの第2サブフレームの画像表示期間及び第N−1フレームの第2サブフレームの画像表示期間とを一部重複させて、各サブフレームにおいて表示画面の全水平ラインに対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくする。また、各サブフレームにおいて、水平方向および垂直方向に隣接する各画素に充電する階調表示用電圧が逆極性になるように設定する。さらに、各画素に充電する階調表示用電圧の極性を、サブフレーム毎に反転させる。
この場合、ソースドライバ部21から各データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性は、ゲート信号線が2ライン走査されるごとに反転することになる。したがって、階調表示用電圧の極性が反転する頻度が少なくなるので、消費電力を低減できる。
なお、図5に示した例では、(1)第Nフレームの第1サブフレームにおける奇数番目のゲート信号線、(2)第N−1フレームの第2サブフレームにおける偶数番面のゲート信号線、(3)第Nフレームの第2サブフレームにおける偶数番目のゲート信号線、(4)第N−1フレームの第2サブフレームにおける奇数番面のゲート信号線、の順で走査が繰り返される。この場合には、上記(1)と(2)との間及び(3)と(4)との間では階調表示用電圧は同極性であり、(2)と(3)との間及び(4)と(1)との間で逆極性になる。つまり、ゲート信号線が2ライン走査されるごとに階調表示用電圧の極性が反転することになる。
また、(a)第Nフレームの第1サブフレームにおける奇数番目のゲート信号線、(b)第N−1フレームの第2サブフレームにおける奇数番面のゲート信号線、(c)第Nフレームの第2サブフレームにおける偶数番目のゲート信号線、(d)第N−1フレームの第2サブフレームにおける偶数番面のゲート信号線、の順で走査を繰り返す場合には、上記(a)と(b)との間及び(c)と(d)との間で階調表示用電圧は逆極性となり、(b)と(c)との間及び(d)と(a)との間で同極性になる。つまり、この場合にも、ゲート信号線が2ライン走査されるごとに各データ信号線に供給する階調表示用電圧の極性が反転することになる。
また、本実施形態では、各画素に供給する階調表示用電圧の極性をサブフレーム毎に反転させているが、これに限らず、フレーム毎に反転させるようにしてもよい。この場合にも、ゲート信号線を2ライン走査する毎に各データ信号線に供給する階調表示用電圧の極性が反転することになる。つまり、ゲート信号線を2ライン走査する毎に各データ信号線に供給する階調表示用電圧の極性が反転するという現象は、サブフレーム毎に各画素の階調表示用電圧の極性を反転させる場合だけでなく、フレーム毎に各画素の階調表示用電圧の極性を反転させる場合にも同様に起こる。
また、本表示装置では、ゲート信号線が2ライン走査される毎、すなわち各データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性を反転する毎に、隣接するデータ信号線間を短絡させる短絡期間を設けている。
これにより、隣接する各データ信号線には逆極性の階調表示用電圧が充電されているので、短絡スイッチが導通することによって隣接するデータ信号線に充電されている電圧が中和されて各データ信号線は同電位になる。すなわち、次に印加する階調表示用電圧に相当する電位に近づく。したがって、ソースドライバ部21における消費電力を削減することができる。また、消費電力を低減することで、ソースドライバ部21の発熱を抑制できる。
また、隣接するデータ信号線間を短絡させるための短絡スイッチは、ソースドライバ部21における出力回路38よりも表示モジュール側(下流側)に設けられる。このため、各データ信号線は出力回路38よりも下流側で短絡するので、短絡に伴うソースドライバ部21の発熱を抑制できる。
また、本表示装置では、ゲート信号線が2ライン走査される毎に短絡期間が設けられるので、走査中に短絡期間が設けられないゲート信号線に接続されている画素については、階調表示用電圧の充電期間(画像表示期間)が長く設定される。したがって、ゲート信号線を1ライン走査する毎に短絡期間を設ける場合よりも、充電期間を長くできる。
なお、上記の説明では、走査中に短絡期間が設けられない水平ライン(ゲート信号線に接続され画素)の充電期間と、短絡期間が設けられる水平ラインの充電期間とが異なっているが、これに限るものではなく、両者の充電期間を均一あるいは近づけるにしてもよい。図9は、この場合における、ソースドライバ部21への入力信号とソースドライバ部21からの出力信号との関係を示した説明図である。
この図に示すように、コントローラLSI18が、ソースドライバ部21に出力するラッチパルスLSのタイミング(間隔)を制御することにより、各サブフレームにおける充電期間の長さを調節することができる。つまり、短絡期間の長さの半分だけ、短絡期間を設けないサブフレームについてのラッチパルスLSの立ち上がりを遅らせることで、各サブフレームにおける充電期間の長さを均一にすることができる。
このように、各サブフレームについての充電期間の長さを均一にすることで、全てのサブフレームについての充電期間を、従来のようにゲート信号線を1ライン走査する毎に短絡期間を設ける場合よりも長くすることができる。
また、本実施形態では、コントローラLSI18に備えられるタイミングコントローラ13が短絡制御信号SCを生成し、この短絡制御信号SCに基づいて各切離しスイッチおよび各短絡スイッチの動作を制御しているが、これに限るものではない。例えば、コントローラLSI(タイミングコントローラ13)から出力されるラッチパルスLSに基づいて、上記したような短絡制御信号SCを生成する手段をソースドライバ部21に設けてもよい。この場合には、コントローラLSI18において短絡制御信号SCを生成する必要がないので、コントローラLSIの構成を簡略化できる。
あるいは、ラッチパルスLSを直接用いて各切離しスイッチおよび各短絡スイッチの動作を制御するようにしてもよい。この場合、例えば、ラッチパルスLSがアクティブ(ハイレベル)の時に各切離しスイッチが遮断され、各短絡スイッチが導通する構成にすればよい。図10は、この場合における、ソースドライバ部21への入力信号とソースドライバ部21からの出力信号との関係を示した説明図である。
ラッチパルスLSは、短絡期間の制御だけでなくソースドライバ部21からの階調表示用電圧の出力タイミングの制御にも用いられるので、短絡期間を設ける必要のないサブフレーム(データ信号線に供給する階調表示用電圧の極性が反転しないサブフレーム)についてもアクティブとなる期間を完全に省略することはできない。このため、図10に示したように、ラッチパルスLSを用いて短絡期間の制御を行う場合、階調表示用電圧の極性が反転するときのラッチパルスLSのアクティブ期間を、隣接するデータ信号線の電位を中和するための長さ(例えば約1μs)とし、極性が反転しないときのラッチパルスLSのアクティブ期間をソースドライバ部21からの階調表示用電圧の出力タイミングの制御に支障をきたさない程度に短くすればよい。
これにより、従来のようにゲート信号線を1ライン走査する毎に短絡期間を設ける場合よりも、階調表示用電圧の充電期間を長くできる。
また、この場合にも、図11に示すように、ラッチパルスLSがアクティブになるタイミングを制御することで、各サブフレームについての充電期間の長さを均一にすることができる。
また、本実施形態では主に、1フレームを2つのサブフレームに時分割する場合の例について説明したが、これに限るものではなく、n個(nは2以上の整数)のサブフレームに分割してもよい。
この場合、例えば、各画素に充電する階調表示用電圧の極性をサブフレーム毎に反転させる場合には、第1ゲート信号線GL1に第Nフレームの第1サブフレームの階調表示用電圧を印加した後、偶数番目のゲート信号線に第N−1フレームの第nサブフレームの階調表示用電圧を印加し、次に奇数番目のゲート信号線に第N−1フレームの第n−1サブフレームの階調表示用電圧を印加するというように、奇数番目のゲート信号線と偶数番目のゲート信号線とを交互に走査するようにすることが好ましい。つまり、各画素に充電する階調表示用電圧の極性をサブフレーム毎に反転させ、異なるサブフレームについての画像表示期間を重複させる場合には、各データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性がゲート信号線を複数回走査するごとに反転するように、奇数番目のゲート信号線と偶数番目のゲート信号線とを交互に走査するようにすることが好ましい。
これにより、各データ信号線に供給する階調表示用電圧の極性は、画像表示期間が重畳するサブフレームの数と同じ走査回数毎に反転することになる。したがって、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転する頻度を少なくできるので、消費電力を低減できる。また、データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性が反転する毎に短絡期間を設けるようにすることで、各サブフレームについての充電期間の合計を従来よりも長くすることができる。なお、各サブフレームについての充電期間を均一にすることで、全てのサブフレームの充電期間を従来よりも長くすることができる。
また、各画素に充電する階調表示用電圧の極性をフレーム毎に反転させる場合には、第1ゲート信号線GL1に第Nフレームの第1サブフレームの階調表示用電圧を印加した後、奇数番目のゲート信号線に第N−1フレームの第nサブフレームの階調表示用電圧を印加し、次も奇数番目のゲート信号線に第N−1フレームの第n−1サブフレームの階調表示用電圧を印加するというように、奇数番目のゲート信号線(あるいは偶数番目のゲート信号線)を複数回続けて走査するようにすることが好ましい。つまり、各画素に充電する階調表示用電圧の極性をフレーム毎に反転させ、異なるサブフレームについての画像表示期間を重複させる場合には、各データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性がゲート信号線を複数回走査するごとに反転するように、奇数番目のゲート信号線(あるいは偶数番目のゲート信号線)を複数回続けて走査するようにすることが好ましい。
具体的には、(1フレーム第1サブフレームの極性 1フレーム第2サブフレームの極性 ・・・、2フレーム第1サブフレームの極性 2フレーム第2サブフレームの極性 ・・・、・・・)という表し方で表現すると、n=2の場合(++、−−)、n=3の場合(+++、−−−)、n=4の場合(++++、−−−−)、という様に階調表示用電圧の極性をフレーム毎に反転させる。この場合、各画素に供給される階調表示用で電圧の極性は、2フレームに1回しか反転しない。
そして、例えばn=4の場合、奇数番目のゲート信号線について第Nフレーム第1サブフレームの走査を行い、奇数番目のゲート信号線について第N−1フレーム第4サブフレームの走査を行い、奇数番目のゲート信号線について第N−1フレーム第3サブフレームの走査を行い、偶数番目のゲート信号線について第Nフレーム第1サブフレームの走査を行い、偶数番目のゲート信号線について第N−1フレーム第4サブフレームの走査を行い、・・・というように奇数番目のゲート信号線(あるいは偶数番目のゲート信号線)を複数回続けて走査することで、データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性はゲート信号線が複数回走査されるごとに反転することになる。
したがって、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転する頻度を少なくできるので、消費電力を低減できる。また、階調表示用電圧の極性が反転する毎に短絡期間を設けるようにすることで、各サブフレームについての充電期間の合計を従来よりも長くすることができる。なお、各サブフレームについての充電期間を均一にすることで、全てのサブフレームの充電期間を従来よりも長くすることができる。
また、各画素に供給する階調表示用電圧の極性を反転させるタイミングは、上記したようなサブフレーム毎あるいはフレーム毎に限らず、例えば、n=2の場合(+−、−+)、n=3の場合(++−、−−+)または(+−−、−++)、n=4の場合(+−−−、−+++)または(++−−、−−++)または(+++−、−−−+)というように、複数のサブフレーム毎に反転させるようにしてもよい。
この場合にも、各データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性がゲート信号線を複数回走査するごとに反転するように、ゲート信号線の走査順序を設定することが好ましい。これにより、データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転する頻度を少なくし、消費電力を低減できる。また、データ信号線に供給される階調表示用電圧の極性が反転する毎に短絡期間を設けるようにすることで、各サブフレームについての充電期間の合計を従来よりも長くすることができる。なお、各サブフレームについての充電期間を均一にすることで、全てのサブフレームの充電期間を従来よりも長くすることができる。
また、ラッチパルスLSを用いて短絡期間を制御する場合には、階調表示用電圧の極性が反転するときのラッチパルスLSのアクティブ期間を短絡期間として必要な長さとし、極性が反転しないときのラッチパルスLSのアクティブ期間を、階調表示用電圧の出力タイミングに支障をきたさない程度に短くすればよい。
これにより、各サブフレームについての充電期間の合計を従来よりも長くすることができる。また、この場合にも、各サブフレームについての充電期間を均一にすることで、全てのサブフレームの充電期間を従来よりも長くすることができる。
また、本表示装置では、第Nフレーム(Nは2以上の整数)の第1サブフレームの画像表示期間と、少なくとも当該第Nフレームの第2サブフレームの画像表示期間及び第N−1フレームの第nサブフレーム(nは2以上の整数)の画像表示期間とを一部重複させているので、サブフレームの表示信号を作成するために画像信号を格納しておくフレームメモリ11に必要とされるメモリ容量を減らすことができる。
つまり、画像信号は、最終段のサブフレームの表示信号が作成されるまでは、メモリ(フレームメモリ等)に蓄積しておく必要があるため、第1サブフレームの画像表示動作後に第2サブフレームの画像表示動作を行うというように、各サブフレームの画像表示動作を順に行っていくと、上記メモリには、最終段である第nサブフレームの表示信号を作成するまで、1フレーム分の画像信号を全て蓄積しておくことが必要となる。
これに対し、上記構成のように、複数のサブフレームの画像表示動作を並行して行うことで、最終段のサブフレーム(第nサブフレーム)の表示信号を生成し終えた水平ラインの画像信号については、その水平ラインに割り当てられていたメモリ領域に、入力されてくる別の水平ラインの画像信号を上書きしていくことができ、水平ライン間でメモリ領域の共用が可能となる。
図5を参照して具体的に説明すると、本表示装置の場合、ラインメモリ16に入力されラインメモリ16から倍速で読み出された第Nフレーム第1ラインの画像信号は、第1サブフレーム表示用にサブフレーム別階調変換回路15を経て表示モジュール19へ出力される一方、フレームメモリ11へ書き込まれている。これは、第2サブフレーム表示のためであり、第Nフレーム第2サブフレーム第1ラインの表示がされるまでフレームメモリ11内に保持しておく必要がある。
一方、上記第Nフレーム第1ラインの画像信号を書き込む前にフレームメモリ11から読み出されているのは、第N−1フレーム第563ラインの画像信号であるが、これは第N−1フレームの第2サブフレーム用で読み出した後は必要のない画像信号データである。したがって、第Nフレーム第1ラインの画像信号はこの、第N−1フレーム第563ラインの画像信号が格納されていたアドレスに上書きしても構わない。同様に第Nフレーム第2ラインの画像信号は第N−1フレーム第564ラインの画像信号が格納されていたアドレスに上書きしても構わない。
図12に、入力される画像信号(入力画像信号)と出力される表示信号(出力表示信号)のタイミングと、フレームメモリ11への書き込み、読み出しの状態を示す。図面上部の斜め矢印は入力画像信号を示し、図面下部の斜め矢印は第1および第2サブフレームの出力表示信号を示す。また、中央の帯線の図面はフレームメモリ11の使用領域を示し、例えば第N−1フレーム第563ラインの信号を保持していた領域には、第Nフレーム第1ライン、第Nフレーム第563ラインの信号が順次上書きされている様子がわかる。
入力画像信号からフレームメモリ11へ伸びる破線矢印はフレームメモリ11への書き込みを、フレームメモリ11から第2サブフレームの出力表示信号へ伸びる鎖線矢印はフレームメモリ11からの読み出しを、入力画像信号から第1サブフレームの出力表示信号へ伸びる細矢印はフレームメモリ11を介さない信号の流れをそれぞれ示している。
本表示装置においては、第1と第2のサブフレーム期間長が均一になるように構成しているため、言い換えれば、全水平ラインに対する当該サブフレームの階調表示用電圧書込みから次のサブフレームの階調表示用電圧書込みまでの期間が第1と第2サブフレームで等しくなるように構成しているため、第1サブフレームの第1ライン表示開始から第2サブフレームの第1ライン表示開始までの遅延は(1080+45)/2=562.5ラインとなる。この場合、図12に示すように画像信号を保持するフレームメモリの領域として第1ラインから第518ラインまではそれぞれ、第563ラインから第1080ライン用の保持領域と共有でき、必要なフレームメモリ領域は562ライン分となる。つまり第1と第2のサブフレーム期間長を均等にした場合、必要なフレームメモリ容量は(入力表示期間ライン数+入力帰線期間ライン数)/2程度≒0.5フレーム分となる。
メモリコントローラ12では、このように、任意のラインにおいて最終段のサブフレームの表示信号が生成されると、該ラインの画像信号が格納されていたフレームメモリ11の領域に、入力されてくる別のラインの画像信号を書き込んでいくように構成されている。
なお、このように、必要なメモリ容量はサブフレーム数によって決まり、帰線期間の長さによって若干異なるが、サブフレーム数がNの場合、約(N−1)/Nフレーム分となり、サブフレーム数2の場合は1フレーム分の約1/2、サブフレーム数3の場合は1フレーム分の約2/3となる。
しかも、ここでは表示画面の全画素に対する初段のサブフレームの画像表示動作を、当該各画素に対する入力画像信号の入力から、可能な限り遅延のないように行っているので、画像信号が入力してから、1フレーム期間待つことなく、該画像信号の画像表示が行われる。このため、画像信号の入力と実際に画像が表示されるまでのタイムラグも問題ならない程度に小さくなり、テレビジョン受像機等であっても、表示画像と音声とにズレが出るようなことがなく、音声を遅延させる回路等も不要になる。また、PCやゲーム機など入力操作に対して即座に画面表示の更新を行う必要のある機器類の表示装置として使用する場合にも、操作に対してタイムラグによる影響の少ない画像表示が可能となる。
表示画面の全画素に対する初段のサブフレームの画像表示動作を、当該各画素に対する入力画像信号の入力から、該入力画像信号のフレーム期間の半分よりも、より好ましくは20%よりも短い時間に行わせることで、タイムラグを問題ない程度にできる。
しかも、本表示装置では、第2サブフレームの表示信号はフレームメモリ11に格納された画像信号を読み出すことで生成するものの、初段である第1サブフレームの表示信号は、入力画像信号をラインメモリ16に一旦格納することでフレームメモリ11を介することなく生成しているので、フレームメモリ11に対するアクセス(書き込み・読み出し)回数を少なくでき、フレームメモリ11のメモリバンド幅を減らすことができる。
つまり、従来のサブフレーム表示を行う表示装置では、第Nフレームの次のフレームである第N+1フレームの画像信号の書き込みと並行して、既に書き込まれている第Nフレームの画像信号を(2度)読み出す必要があった。そのため、入力される画像信号を格納するフレームメモリのメモリ容量として、格納用と読み出し用とで、2画面分(2フレーム分)のメモリ容量が必要となる。
また、従来のサブフレーム表示を行う表示装置では、第1及び第2の各サブフレームの表示信号を両方とも、フレームメモリに格納した画像信号を読み出して生成するようになっていたので、フレームメモリに対して、入力1画面の書き込みと、出力2画面の倍速読出しとを並行して行う必要があり、メモリバンド幅が大きくなっていた。具体的には、入力される画像信号の伝送周波数(ドットクロック周波数)=F(Hz)、1画素当りのデータビット数=Dとすると、入力1画面の書き込みと出力2画面の倍速読出しとを並行して行う場合に必要なメモリバンド゛幅は、FD+(2F)D*2=5FD(bps)であった。
これに対して、本表示装置では、フレームメモリ11に対して、入力1画面の書き込みと、出力1画面の読出しを並行して行うだけでよいので、入力画像信号の伝送周波数(ドットクロック周波数)=F(Hz)、1画素当りのデータビット数=Dとすると、これに必要なメモリバンド゛幅は、FD+FD=2FD(bps)となり、従来の駆動方法(5FD)に比べて大幅に少なくすることができる。メモリバンド幅が増大すると、メモリアクセス用のクロック周波数を上昇させるか、メモリの端子数を増やす必要があるので、消費電力の増大およびコストアップを招来するが、本表示装置ではメモリバンド幅を小さくできるので、このような消費電力の増大やコストアップを防止できる。
また、本表示装置では、隣接するデータ信号線を短絡させるときには、切離しスイッチによってソースドライバ部21の出力回路38とデータ信号線とを遮断する。出力回路38とデータ信号線とが導通した状態でデータ信号線間を短絡させると、D/A変換回路36の出力が短絡してしまい、過電流が生じたり出力が不安定になったりする場合がある。このため、本表示装置のようにソースドライバ部21の出力回路38とデータ信号線との間に切離しスイッチを設けておき、隣接するデータ信号線間を短絡させるときには、この切離しスイッチを遮断するようにすることが好ましい。
また、本表示装置は、複数種類(例えば60Hzと50Hzの2種類)の入力フレーム周波数に対応できるように構成してもよい。この場合、制御装置10が、入力のフレーム周波数の変更(すなわち1フレーム期間長の変更)に応じて、各水平ラインに対する画像信号の入力から第1サブフレームの表示動作までの時間を変更することで、第1サブフレームと第2サブフレームの表示期間長を等しくするように制御すればよい。
このことにより、入力のフレーム周波数が変更されて1フレーム期間長が変更された場合においても1フレーム期間内における各サブフレーム期間の時間比率は変らないため、各サブフレーム毎の表示輝度の1フレーム期間での時間積分量は変化しない。このため各サブフレーム用の階調変換値をフレーム周波数によらず共通とする事ができ、階調変換手段のコストを抑えることができる。
なお、表示モジュールの応答性能によっては動画ボケの改善効果を向上させるために各サブフレームの期間長を均等としない場合も考えられ、この場合はコストアップを伴っても入力フレーム周波数に応じた階調変換値を用意することになり、本発明はサブフレーム期間を均等とする場合に限定されるものではない。
一方、TV受像機のチューナー部やPCなど本表示装置に対する外部入力装置によっては、入力1フレーム期間長がわずかにゆらぐ場合がある。例えば入力1フレーム総ライン数が標準の総ライン数Tに対して、T−3〜T+3の間でランダムに変化するような場合がある。この程度の入力1フレーム期間の変化に対して、常に入力の1フレーム総ライン数に追従して各サブフレーム期間長を微調整する事は制御回路のコスト上昇を伴う。そこでこの程度の入力1フレーム期間の変化に対しては総ライン数の標準値Tを基準に各水平ラインに対する画像信号の入力から第2サブフレームの各水平ライン表示動作までの時間を設定し変更しない。
例えば、上記制御装置10を、60Hzと50Hzの2種類の入力フレーム周波数に対応できる構成とする場合には、入力1フレーム総ライン数の基準値として60Hz用のT1と50Hz用のT2を備えておけばよい。
次に、このような駆動を可能にするゲートドライバ部23について説明する。
上述したゲートドライバ部23は、第1ゲート信号線GL1がアクティブレベルに変化したゲートクロックからg(gは2以上の整数であり、上ではg=2)発後のゲートクロックにて次段の第2ゲート信号線GL2をアクティブレベルに変化させる、クロック飛ばしモードを有するものである。
したがって、該クロック飛ばしモードを用いることで、図5に示したような、第1ゲート信号線GL1がアクティブレベルに変化したゲートクロックから2発後のゲートクロックにて第2ゲート信号線GL2をアクティブレベルに変化させるといった駆動が可能となる。
また、上記ゲートドライバ部23は、縦続接続された第1〜第3のゲートドライバより構成されているが、この場合、図5の第1ゲートドライバから第2ゲートドライバへのゲートスタートパルスGSPの出力タイミングに示すように、第1ゲートドライバは、最終ゲート信号線GLである第360ゲート信号線GL360をアクティブとした後、次のゲートクロックにて当該ゲート信号線GL360をインアクティブとし、インアクティブとなったさらに次のゲートクロックのタイミングで第2の第2ゲートドライバへゲートスタートパルスGSPを出力するようになっている。
このようにすることで、第2ゲートドライバの初段のゲート信号線GL361からは、第1のゲート信号線GL360がインアクティブとなったゲートクロックの次のゲートクロックのタイミングでアクティブレベルに変化するようになり、このようなゲートドライバクロック飛ばしモードにおいても、接続された3つのゲートドライバはあたかも一つのゲートドライバであるかのように連続的にゲート信号線制御を行うことができる。
また、ゲートドライバ部23を構成する各ゲートドライバでは、サブフレーム分割しない表示にも対応可能となるように、このようなクロック飛ばしモードと、第1ゲート信号線GL1がアクティブレベルに変化したゲートクロックの次のゲートクロックにて第2ゲート信号線GL2をアクティブレベルに変化させる通常モードとの切り替えを可能としておくことが好ましい。
また、ゲートドライバ部23を構成する各ゲートドライバでは、gが変更可能に設けられていることが好ましい。つまり、gはサブフレーム数に応じて決まるものであり、サブフレーム数が2であればg=2、サブフレーム数が3であればg=3となる。したがって、このようにgを切り替え可能な構成としておくことで、サブフレーム数の異なる表示にも対応可能となる。
このようなgの変更は、スイッチでユーザが表示対象画像に応じて切り替えるようにしてもよいし、表示対象画像によってサブフレーム数が別途設定されている表示装置であれば、入力画像信号の種類を判別して、該入力画像信号がフレーム分割される際のサブフレーム数を特定し、特定結果に応じてgを切り替えるようにしてもよい。
以降、制御装置10に備えられる、サブフレーム別階調変換回路15における画像信号より複数のサブフレーム表示信号を生成する処理について説明する。
サブフレーム別階調変換回路15は、特に図示してはいないが、画像信号を第1サブフレームの表示信号に変換するための対応表である第1LUT(look-up table)と、画像信号を第2サブフレームの表示信号に変換するための対応表である第2LUTとを備えている。
上記第1及び第2の各LUTに格納されている値は、以下のように設定されている。なお、ここでは、第2サブフレームの表示信号が第1サブフレームの表示信号よりも高い輝度を示すように設定した例を示すが、逆であってもよい。
すなわち、画像信号の階調が予め定められた閾値以下の階調(閾値の示す輝度と同じかより低い輝度)を示している場合、第1サブフレームの表示信号の値は、暗表示用に定められた範囲内の値に設定され、第2サブフレームの表示信号の値は、当該第1サブフレームの表示信号の値と画像信号の階調値とに応じた値に設定されている。なお、暗表示用の範囲は、暗表示用に予め定められた階調以下の階調であり、当該暗表示用に予め定められた階調が最低輝度を示している場合は、最低輝度を示す階調(黒)である。
これとは逆に、画像信号の階調が予め定められた閾値よりも明るい階調(閾値の示す輝度よりも高い輝度)を示している場合、第2サブフレームの表示信号の値は、明表示用に定められた範囲内の値に設定され、第1サブフレームの表示信号の値は、当該第2サブフレームの表示信号の値と上記画像信号の階調とに応じた値に設定されている。なお、明表示用の範囲は、明表示用に予め定められた階調以上の階調であり、当該明表示用に予め定められた階調が最高輝度を示している場合は、最高輝度を示す階調(白)である。
上記のようなサブフレーム別階調変換回路15に入力される画像信号の階調に応じて、第1サブフレームと第2サブフレームの表示階調に変換する場合の一例を図13に示す。
入力画像信号の階調レベルが大きい場合には、両方のサブフレームに入力画像信号の階調レベルを配分する。この時、入力階調レベルが最大の場合と最小の場合との輝度積分値の差を最大限に確保する。また、コントラスト比の低下を避けつつインパルス化を図るために、可能な限り、第2サブフレームに大きな出力階調レベルを配分し、第1サブフレームに小さな出力階調レベルを配分する。
この結果、あるフレームにおける、ある画素の画像信号が、上記閾値以下の階調を示している場合、すなわち、低輝度領域では、当該フレームにおける当該画素の輝度の高低は、主として、第2サブフレームの表示信号の値の大小によって制御される。
したがって、該画素の表示状態を、当該フレームのうち、少なくとも第1サブフレームの期間には、暗表示状態にすることができる。これにより、あるフレームにおける画像信号の階調が低輝度領域の階調を示しているときに、当該フレームにおける画素の発光状態を、CRT(Cathode-Ray Tube)のようなインパルス型発光に近づけることができ、画素アレイ20に動画表示する際の画質を向上できる。
なお、1フレームをn個のサブフレームに時分割する場合には、n個のLUTを備えておき、各サブフレームの表示信号がその前段のサブフレームよりも高い輝度を示し、連続するサブフレームの輝度が変化する場合にその差ができるだけ大きくなるように設定すればよい。あるいは、各サブフレームの表示信号がその後段のサブフレームよりも高い輝度を示し、連続するサブフレームの輝度が変化する場合にその差ができるだけ大きくなるように設定してもよい。
ここで、インパルス駆動によって動画ボケの抑制効果が得られる理由について、図14(a)および図14(b)を参照して簡単に説明すると以下の通りである。
図14(a)は、ホールド駆動時において輝度の異なる2つの領域の境界線が移動する様子を、縦軸を時間、横軸を位置として表した図である。同様に、図14(b)は、インパルス駆動時において輝度の異なる2つの領域の境界線が移動する様子を表した図である。尚、インパルス駆動を示す図14(b)の図において、サブフレームの分割数は2分割、その分割比は1:1の等分割とする。
このように境界線が移動する場合、観察者の視線は境界線の移動に伴って移動する、すなわち、図14(a)において観察者の視線は矢印101・102で表される。そして、上記境界線付近において観察者に見える輝度分布は、視線の移動に沿って表示輝度を時間積分したものとなる。このため、図14(a)において、矢印101よりも左側の領域では境界線よりも左側の領域と同輝度に知覚され、矢印102よりも右側の領域では境界線よりも右側の領域と同輝度に知覚される。一方で、矢印101と矢印102との間の領域では、輝度がなだらかに増加するように知覚されるため、この部分が画像ボケとして認識される。
同様に、図14(b)に示すインパルス駆動の場合、境界線付近において観察者に見える輝度分布では、矢印103と矢印104との間の領域で画像ボケが発生する.しかしながら、その傾斜は図14(a)に示すホールド駆動の場合と比べて急峻となっており、画像ボケが軽減されていることが分かる。
この結果、あるフレームにおける、ある画素の画像信号が、上記閾値以下の階調を示している場合、すなわち、低輝度領域では、当該フレームにおける当該画素の輝度の高低は、主として、第2サブフレームの表示信号の値の大小によって制御される。したがって、該画素の表示状態を、当該フレームのうち、少なくとも第1サブフレームの期間には、暗表示状態にすることができる。これにより、あるフレームにおける画像信号の階調が低輝度領域の階調を示しているときに、当該フレームにおける画素の発光状態を、CRT(Cathode-Ray Tube)のようなインパルス型発光に近づけることができ、画素アレイ20に動画表示する際の画質を向上できる。
また、あるフレームにおける、画素への画像信号の階調が、上記閾値よりも高い階調を示している場合、すなわち、高輝度領域では、当該フレームにおける上記画素の輝度の高低は、主として、第1サブフレームの表示信号の値の大小によって制御される。したがって、第1及び第2のサブフレームの輝度を略等分に割り振る構成と比較して、画素の第1サブフレームにおける輝度と、第2サブフレームにおける輝度との差を大きく設定できる。この結果、あるフレームにおける画像信号の階調が高輝度領域の階調を示しているときにも、殆どの場合で、当該フレームにおける画素の発光状態をインパルス型発光に近づけることができ、画素アレイ20に動画表示する際の画質を向上できる。
なお、本実施形態においては、インパルス駆動を行うことによる動画ボケの軽減を目的に時分割階調変換を行っているが、本発明においては階調の変換方法について特定されるものではなく、入力の1フレームを複数のサブフレームに時分割して表示駆動を行うようなあらゆる表示装置について適用できる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
産業上の利用の可能性
本発明は、例えばパーソナルコンピュータなどに用いられる表示モニター、テレビジョン受像機をはじめとする種々の表示装置に広く適用できる。

Claims (17)

  1. 複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有し、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して上記各画素に画像を表示させる表示装置であって、
    入力される画像信号より第1〜第nサブフレームの各表示信号を生成する信号生成手段と、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各サブフレームにおいて走査信号線の延在方向に隣接する各画素およびデータ信号線の延在方向に隣接する各画素に出力する階調表示用電圧が逆極性となり、かつ、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎または複数のサブフレーム毎またはフレーム毎に反転するように生成して上記各データ信号線に出力するデータ信号線駆動手段と、
    隣接する上記データ信号線間を導通状態と遮断状態とに切り替える短絡手段と、
    上記各画素に第1〜第nサブフレームの各表示信号を用いた画像表示を行わせるための制御信号を生成するタイミング制御手段とを備え、
    上記タイミング制御手段は、
    各サブフレームの画像表示期間の先頭部分を含む一部と、当該サブフレームの1つ前のサブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部とを重複させ、かつ各サブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部と当該サブフレームの次のサブフレームの画像表示期間における先頭部分を含む一部とを重複させるとともに、各サブフレームにおいて全画素に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、上記短絡手段を所定期間だけ導通状態とさせてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力するように制御信号を生成し、
    上記データ信号線駆動手段は、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎に反転するように生成し、かつ、画像表示期間を重複させる各サブフレームの階調表示用電圧を、それら各サブフレームのうち最も後ろのサブフレームから前のサブフレームに向かう順で走査信号線を走査する毎に1サブフレーム分ずつ印加するように生成し、
    上記タイミング制御手段は、
    異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線と偶数番目の走査信号線とを交互に走査するように制御信号を生成することを特徴とする表示装置。
  2. 複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有し、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して上記各画素に画像を表示させる表示装置であって、
    入力される画像信号より第1〜第nサブフレームの各表示信号を生成する信号生成手段と、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各サブフレームにおいて走査信号線の延在方向に隣接する各画素およびデータ信号線の延在方向に隣接する各画素に出力する階調表示用電圧が逆極性となり、かつ、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎または複数のサブフレーム毎またはフレーム毎に反転するように生成して上記各データ信号線に出力するデータ信号線駆動手段と、
    隣接する上記データ信号線間を導通状態と遮断状態とに切り替える短絡手段と、
    上記各画素に第1〜第nサブフレームの各表示信号を用いた画像表示を行わせるための制御信号を生成するタイミング制御手段とを備え、
    上記タイミング制御手段は、
    各サブフレームの画像表示期間の先頭部分を含む一部と、当該サブフレームの1つ前のサブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部とを重複させ、かつ各サブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部と当該サブフレームの次のサブフレームの画像表示期間における先頭部分を含む一部とを重複させるとともに、各サブフレームにおいて全画素に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、上記短絡手段を所定期間だけ導通状態とさせてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力するように制御信号を生成し、
    上記データ信号線駆動手段は、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がフレーム毎に反転するように生成し、かつ、画像表示期間を重複させる各サブフレームの階調表示用電圧を、それら各サブフレームのうち最も後ろのサブフレームから前のサブフレームに向かう順で走査信号線を走査する毎に1サブフレーム分ずつ印加するように生成し、
    上記タイミング制御手段は、
    異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線あるいは偶数番目の走査信号線を複数回続けて走査するように制御信号を生成することを特徴とする表示装置。
  3. 複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有し、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して上記各画素に画像を表示させる表示装置であって、
    入力される画像信号より第1〜第nサブフレームの各表示信号を生成する信号生成手段と、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各サブフレームにおいて走査信号線の延在方向に隣接する各画素およびデータ信号線の延在方向に隣接する各画素に出力する階調表示用電圧が逆極性となり、かつ、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎または複数のサブフレーム毎またはフレーム毎に反転するように生成して上記各データ信号線に出力するデータ信号線駆動手段と、
    隣接する上記データ信号線間を導通状態と遮断状態とに切り替える短絡手段と、
    上記各画素に第1〜第nサブフレームの各表示信号を用いた画像表示を行わせるための制御信号を生成するタイミング制御手段とを備え、
    上記タイミング制御手段は、
    各サブフレームの画像表示期間の先頭部分を含む一部と、当該サブフレームの1つ前のサブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部とを重複させ、かつ各サブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部と当該サブフレームの次のサブフレームの画像表示期間における先頭部分を含む一部とを重複させるとともに、各サブフレームにおいて全画素に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、上記短絡手段を所定期間だけ導通状態とさせてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力するように制御信号を生成し、
    上記タイミング制御手段は、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないときには、上記短絡手段を上記所定期間よりも短い期間だけ導通状態とさせてから、階調表示用電圧を各データ信号線に出力するように制御信号を生成することを特徴とする表示装置。
  4. 上記タイミング制御手段は、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に階調表示用電圧を出力するタイミングを制御するための制御信号であるラッチパルスを用いて、上記短絡手段の動作を制御することを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の表示装置。
  5. 複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有し、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して上記各画素に画像を表示させる表示装置であって、
    入力される画像信号より第1〜第nサブフレームの各表示信号を生成する信号生成手段と、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各サブフレームにおいて走査信号線の延在方向に隣接する各画素およびデータ信号線の延在方向に隣接する各画素に出力する階調表示用電圧が逆極性となり、かつ、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎または複数のサブフレーム毎またはフレーム毎に反転するように生成して上記各データ信号線に出力するデータ信号線駆動手段と、
    隣接する上記データ信号線間を導通状態と遮断状態とに切り替える短絡手段と、
    上記各画素に第1〜第nサブフレームの各表示信号を用いた画像表示を行わせるための制御信号を生成するタイミング制御手段とを備え、
    上記タイミング制御手段は、
    各サブフレームの画像表示期間の先頭部分を含む一部と、当該サブフレームの1つ前のサブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部とを重複させ、かつ各サブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部と当該サブフレームの次のサブフレームの画像表示期間における先頭部分を含む一部とを重複させるとともに、各サブフレームにおいて全画素に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、上記短絡手段を所定期間だけ導通状態とさせてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力するように制御信号を生成し、
    上記タイミング制御手段は、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に階調表示用電圧を出力するタイミングを制御するための制御信号であるラッチパルスを用いて、上記短絡手段の動作を制御し、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときの上記ラッチパルスのアクティブ期間の長さを、極性が反転しないときよりも長く設定し、
    上記短絡手段は、上記ラッチパルスのアクティブ期間に隣接するデータ信号線間を導通させることを特徴とする表示装置。
  6. 入力される画像信号の1フレームを第1および第2サブフレームに時分割することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の表示装置。
  7. 上記タイミング制御手段は、
    データ信号線駆動手段からデータ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転しないときには、上記短絡手段を遮断状態としないように制御信号を生成することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の表示装置。
  8. 上記タイミング制御手段は、
    各サブフレームの画像表示期間の長さが略均一になるように制御信号を生成することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の表示装置。
  9. 上記タイミング制御手段は、
    データ信号線駆動手段から第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧が1走査信号線分ずつ時分割で出力され、これに合わせて走査信号線駆動手段から選択信号が出力されるように、制御信号を生成することを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 上記タイミング制御手段は、
    各走査信号線に対する第Nフレームの画像信号が入力されてから各走査信号線に対して当該第Nフレームの第1サブフレームにて階調表示用電圧が書き込まれるまでの遅延期間を、入力される画像信号の1フレームの期間の半分よりも短くなるように、制御信号を生成することを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 入力される画像信号を格納するフレームメモリの書き込みと読み出しとを制御するメモリ制御手段をさらに含み、
    上記メモリ制御手段は、任意の画素において第nサブフレームの表示信号が生成されると、該画素の画像信号が格納されていた上記フレームメモリの領域に、入力されてくる別の画素の画像信号を書き込んでいくことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の表示装置。
  12. 上記信号生成手段は、
    第1サブフレームの表示信号については、入力される画像信号を格納するフレームメモリを介することなく入力される画像信号から生成し、第2〜第nサブフレームの各表示信号については、上記フレームメモリに格納された画像信号を読み出すことで生成することを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の表示装置。
  13. 複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有する表示装置に、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して画像を表示させる表示方法であって、
    各サブフレームの画像表示期間の先頭部分を含む一部と、当該サブフレームの1つ前のサブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部とを重複させ、かつ各サブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部と当該サブフレームの次のサブフレームの画像表示期間における先頭部分を含む一部とを重複させるとともに、各サブフレームにおいて表示画面の全走査信号線に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、
    データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、隣接するデータ信号線間を所定期間だけ短絡させてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力し、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がサブフレーム毎に反転するように生成し、かつ、画像表示期間を重複させる各サブフレームの階調表示用電圧を、それら各サブフレームのうち最も後ろのサブフレームから前のサブフレームに向かう順で走査信号線を走査する毎に1サブフレーム分ずつ印加するように生成し、
    異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線と偶数番目の走査信号線とを交互に走査することを特徴とする表示方法。
  14. 入力される画像信号の1フレームを第1および第2サブフレームに時分割することを特徴とする請求項13に記載の表示方法。
  15. 複数の走査信号線と上記各走査信号線と交差する複数のデータ信号線と、上記走査信号線と上記データ信号線との組み合わせ毎に設けられた画素とを有する表示装置に、入力される画像信号の1フレームを第1〜第nサブフレーム(nは2以上の整数)に時分割して画像を表示させる表示方法であって、
    各サブフレームの画像表示期間の先頭部分を含む一部と、当該サブフレームの1つ前のサブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部とを重複させ、かつ各サブフレームの画像表示期間における後端部分を含む一部と当該サブフレームの次のサブフレームの画像表示期間における先頭部分を含む一部とを重複させるとともに、各サブフレームにおいて表示画面の全走査信号線に対して階調表示用電圧を書き込む期間を入力される画像信号の1フレームの画像信号入力期間と等しくし、かつ、
    データ信号線に出力される階調表示用電圧の極性が反転するときに、隣接するデータ信号線間を所定期間だけ短絡させてから、極性反転後の階調表示用電圧を各データ信号線に出力し、
    上記第1〜第nサブフレームの各表示信号に応じた階調表示用電圧を、各画素に出力する階調表示用電圧の極性がフレーム毎に反転するように生成し、かつ、画像表示期間を重複させる各サブフレームの階調表示用電圧を、それら各サブフレームのうち最も後ろのサブフレームから前のサブフレームに向かう順で走査信号線を走査する毎に1サブフレーム分ずつ印加し、
    異なるサブフレームの画像表示期間を重複させるときに、奇数番目の走査信号線あるいは偶数番目の走査信号線を複数回続けて走査することを特徴とする表示方法。
  16. 請求項1から12のいずれか1項に記載の表示装置と、
    外部から入力された画像信号を上記表示装置に伝達するための信号入力手段とを備えていることを特徴とする表示モニター。
  17. 請求項1から12のいずれか1項に記載の表示装置を備えていることを特徴とするテレビジョン受像機。
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