JP4889397B2

JP4889397B2 - 電圧変換装置

Info

Publication number: JP4889397B2
Application number: JP2006203013A
Authority: JP
Inventors: 強司近藤; 貴広白岩
Original assignee: Alpine Electronics Inc
Current assignee: Alpine Electronics Inc
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP2008032790A

Description

本発明は電圧変換装置に係わり、特に、ディジタルの入力電圧信号に応じたアナログ電圧を画素印加電圧としてLCD(Liquid Crystal Device)に入力する電圧変換装置に関する。

LCDは、薄型で消費電力が少ないことから近年小型化や軽薄化が要望されている電子機器における表示装置として広く採用されている。かかるLCDに画像を表示するには、図７に示すようにLCDを構成する画素に印加する電圧値をディジタルで表現した映像信号(入力電圧信号)をシリアルにLCDソースドライバ11に入力する。LCDソースドライバ11はシリアルに入力された各ディジタル数値に応じたアナログ電圧を発生して対応するLCD 12の画素に印加して画像を表示する。LCD画素に印加する電圧は諧調度に応じた値であり、アナログ電圧でLCD 12の液晶分子のツイスト量を制御して所定の諧調度で画像を表示する。LCDによって諧調度の数は異なり、例えば128、64、32などがある。諧調数128は7ビットで表現され、諧調数64は6ビットで表現され、諧調数32は5ビットで表現される。以下では諧調数は32であり、映像信号(入力電圧信号)は5ビットで表現されるものとして説明する。すなわち、現在多用されるビット数は6〜8ビットであるが、話を単純化するために5ビットで説明する。

ところで、映像信号であるディジタルの入力電圧信号をそのままアナログ電圧に直線変換したのではきれいな映像を表現できない。これはカメラにおける光Pと電気Eの変換特性が例えば次式
E=P^1/2.2
の関係があるからである。このため、ガンマカーブを考慮したノンリニアな入力信号対輝度特性に基づいて入力電圧信号をアナログ電圧に変換する必要がある。
TVの伝送上の都合やCRTの特性や人間の目の特性から標準NTSC‐TVシステムではγ値＝2.2〜2.4となっている。γ値とは、モニターに入力される信号レベルと発光輝度の関係を表す数値で、
輝度＝入力信号のγ乗の明るさで表示せよ、
と言うのがデファクトスタンダードである。Windowsモニターではこれに習いγ値を2.2としている。ところが、映像を印刷したい時にはγ値を1.4〜1.6にしてプリンタに設定するときれいに印刷できるとされている。印刷にも多用されるマッキントッシュシステムでは両方のことも勘案してγ値＝1.8を標準としている。もし、マッキントッシュパソコンで最良の絵を作ったとしてもWindows環境の人がその映像データを見ると異なった感触の絵を見る事になる。各種γ値での入力信号対輝度レベル（％）をグラフ表示すると、図８に示すようになる。図において、横軸は5ビットで表現した入力ディジタル値E（＝0〜31）、縦軸は輝度（％）であり、入力電圧値を正規化して次式

で表現した場合である。以上から、LCDソースドライバ11は図８の所定のガンマ特性(γ特性)を考慮して各ディジタル数値に応じたアナログ電圧を発生する必要がある。

現状、車載用などに開発されたLCDでは一般的にH反転駆動方式を採用している。H反転駆動方式は電気分解を生じないように、液晶に掛ける電圧を１H(水平走査)毎に極性反転させると共に対向電極の電位も１H毎に反転させる方式である。図９(A)は画素電圧、（B）は対向電極電位、（C）は画素電極と対向電極間の電位差（転送電圧）を説明する図である。画素電極に加える電圧は黒から白の32階調に応じた電圧となっており、1H毎に黒、白の極性を反転しており、また、対向電極電位も１H毎に反転している。画素電極と対向電極間の電位差が液晶のツイストレベルを決めるため、電位差が小さいと白になり、電位差が大きくなると黒になる（いわゆるノーマリーホワイト駆動液晶）。H反転駆動方式を採用する理由は、液晶を同極性で動作させると電気分解等で極端に寿命が縮むためである。

以上から図７のLCDソースドライバ11では抵抗ラダー回路の両端の電位を1H毎に極性反転信号PRSにより反転している。LCDソースドライバ11において、バッファ21aとインバータ21bは、極性反転信号PRSにより1H毎にその出力電位を+5Vと0Vの間で交番し、一方の出力電位が＋5Vのとき、他方の出力電位は0V(グランド)になる。抵抗ラダー回路22はバッファ21aとインバータ21bの間に接続され、外付け抵抗回路22aと内部抵抗回路22bを備え、外付け抵抗ラダー回路22aは抵抗R1〜R10,R31,R32により電位差5Vを11個の電位V0〜V10に分圧して内部抵抗ラダー回路22bに入力し、内部抵抗ラダー回路22bは電位V0〜V10を更に細分化して32個の電位V00〜V31を発生して抵抗ラダー出力電圧選択部23に入力する。抵抗ラダー出力電圧選択部23は5ビットの入力電圧信号VSに応じた端子から入力するアナログ電圧を選択してLCD12の所定の画素電極に入力する。

図１０は液晶のV-T曲線であり、横軸は画素電極と対向電極(共通電極)間の電圧(転送電圧)V、縦軸はLCDの透過率T(％)である。V-T曲線は図中に示すように直線特性を示すのが制御し易い液晶としては理想であるが、電圧が小さく明るい部分及び電圧が大きく暗い部分で対電圧感度が落ち傾斜が緩くなりゲインが低下する。したがって、図１１に示すように5ビットの入力電圧信号と転送電圧の関係を単純に直線にすると、図１０のドットで示すV-T曲線に従ったγ特性になってしまい、理想的なγ曲線が得られない。換言すれば、理想的なγ曲線が得られるようにするには5ビットの入力ディジタル信号を、採用するＬＣＤのV-T曲線と目標とするγ曲線を加味して曲線的転送電圧に変換する必要がある。
すなわち、入力電圧信号から所望のγ特性の電圧/輝度変換するためにLCDソースドライバを通すが、このとき、図１０の明るい部分と暗い部分の感度低下分も合わせて特性補正する必要がある。（換言すれば、LCDソースドライバは、所望のγ特性を得ると同時にV-Tカーブの変曲点のゲイン低減も補償する二役の役割を有する必要がある。）

図１２は所定のγ特性が得られるように5ビットの入力電圧信号を転送電圧(画素電圧)に非直線変換するLCDソースドライバの特性例（入力電圧信号・転送電圧特性）である。なお、1H毎に極性が反転するため、入力電圧信号・転送電圧特性は、実際には図１３に示すようになる。
ところで、ユーザが複数のγ特性のうち所望のγ特性を選択できれば、例えば、映像ソース毎に最適γ特性を選択できれば便利である。しかし、従来は１つの入力電圧信号・転送電圧特性に基づいて、換言すれば１つのγ特性に基づいて入力電圧信号を転送電圧に変換するものであった。従来技術としてγ補正電圧の調整作業を容易かつ効率的に行なう装置が提案されている(特許文献１)。しかし、この従来技術は、複数のγ特性のうち所望のγ特性に基づいて転送電圧を発生するものではない。
特開２００４−１６５７４９号

以上から本発明の目的は、ユーザが複数のγ特性のうち所望のγ特性を選択できるようにすることである。
本発明の別の目的は、ルックアップテーブルなどの高価な構成を用いず、比較的安価な構成でユーザが複数のγ特性のうち所望のγ特性を選択できるようにすることである。

本発明は、ディジタルの入力電圧信号に応じたアナログ電圧を画素印加電圧として車載のLCDに入力する電圧変換装置であり、ディジタルの電圧信号値のそれぞれに応じたアナログ電圧を出力する出力端子を備え、所定のガンマ特性が得られるように抵抗値を定めた抵抗ラダー回路、入力されたディジタルの電圧信号値に応じた出力端子から出力されるアナログ電圧を選択して画素印加電圧として出力する選択部、前記抵抗ラダー回路の一端とその両端中間部の間に並列に抵抗を接続してガンマ特性を変更する第1の特性変更部、前記抵抗ラダー回路の他端と前記中間部とは別の中間部との間に並列に抵抗を接続してガンマ特性を明るい側に持ち上げるように変更する第２の特性変更部、前記第１、第２の特性変更部のそれぞれの抵抗を前記並列に接続するか、接続しないかを制御する抵抗接続制御部、を備え、前記抵抗接続制御部は車のランプが点灯しており、かつギアがバックに入ったとき、前記第２の特性変更部の抵抗のみを並列接続するよう制御する。

本発明によれば、所定のγ特性が得られるように抵抗値を定めた抵抗ラダー回路の一端とその両端中間部の間に並列に抵抗を接続してガンマ特性を変更する特性変更部を設けたから、該特性変更部を動作させるか、させないかにより2種類のガンマ特性に応じた画素電圧を発生してLCDに印加することができる。
また、本発明によれば、2以上の特性変更部を設けることにより、３種類以上のガンマ特性に応じた画素電圧を発生してLCDに印加することができる。
また、本発明によれば、高価なルックアップテーブルなどのシステム部品を使用せず、抵抗ラダー回路と並列抵抗の特性変更部とで安価な構成により複数種類のガンマ特性に応じた画素電圧を発生してLCDに印加することができる。

（A）第１実施例
図１はディジタルの入力電圧信号に応じたアナログ電圧を画素印加電圧としてLCDに入力する第１実施例の電圧変換装置、すなわち、LCDソースドライバの構成図であり、図７で説明したLCDソースドライバと同一部分には同一符号を付している。
LCDソースドライバにおいて、バッファ21a及びインバータ21bはそれぞれ、＋5V及び0Vを出力するもので、制御回路(図示せず)から出力する極性反転信号PRSにより1H毎にその出力電位を+5Vと0V（グランド）で交番し、一方の出力電位が＋5Vのとき、他方の出力電位を0V（グランド）にする。抵抗ラダー回路22はバッファ21aとインバータ21bの出力間に接続され、外付け抵抗回路22aと内部抵抗回路22bを備え、外付け抵抗回路22aは抵抗R1〜R10,R31,R32により電位差5Vを11個の電位V0〜V10に分圧して内部抵抗回路22bに入力し、内部抵抗回路22bは電位V0〜V10を更に細分化して32個の電位V00〜V31を発生して抵抗ラダー出力電圧選択部23に入力する。抵抗ラダー出力電圧選択部23は5ビットのビデオ信号(入力電圧信号)VSに応じた端子から入力するアナログ電圧を選択してLCDの所定の画素電極に入力する。

バッファ21aの出力端子（抵抗ラダー回路２２の一端）Aと該抵抗ラダー回路の抵抗R3,R4の接続部B間に並列に特性変更部31が配置されている。特性変更部31は抵抗R33とスイッチとして動作するトライステートバッファTSB1で構成されている。トライステートバッファTSB1はオンモードで抵抗R33を端子AB間に並列に接続し、オフモードにおいて抵抗R33を開放して並列接続を解除する。トライステートバッファTSB1のオン/オフは図示しない制御部がユーザのγ特性の選択に応じて制御する。
並列抵抗R33を接続するとAB間のトータルの抵抗値は小さくなるから、端子Aに0Vが発生している正極性状態ではポイントBの電位は低くなり、抵抗ラダー回路２２の出力端子の電位は図２の下側の特性101に示すように接地側に引き下げられる。一方、端子Aが5Ｖとなる負極性状態ではポイントBの電位は高くなり、抵抗ラダー回路２２の出力端子の電位は図２の上側の特性100に示すように5Ｖ側に引き上げられる。

従って、並列抵抗を接続しないオフモードにおいて、入力電圧信号・転送電圧特性が第１のγ特性を満足し、かつＶ−Ｔ特性の非直線性を補正するカーブa',b'(図３)となるようにし、並列抵抗を接続するオンモードにおいて、入力電圧信号・転送電圧特性が第２のγ特性を満足し、かつ、Ｖ−Ｔ特性の非直線性を補正するカーブa,b(図３)を示すようにする（a,a'は正極性時の出力特性、b,b'は負極性時の出力特性を表す）。すなわち、オフモードにおいてγ＝1.6となるように、また、オンモードにおいてγ＝2.2となるように抵抗ラダー回路２２の抵抗値を決定すると共に、並列抵抗Ｒ33の抵抗値及び接続点Ｂの位置を決定する。このようにすれば、ユーザがγ＝2.2の特性の映像を望む場合には、トライステートバッファTSB1をオンし、ユーザがγ＝1.6の特性の映像を望む場合には、トライステートバッファTSB1をオフする。なお、ガンマの値が小さいほど中間諧調画像が明るくなる。
第１実施例によれば、ユーザは複数のγ特性のうち所望のγ特性を選択して映像表示することができる。また、ルックアップテーブルなどの高価な構成を用いず、比較的安価な構成で複数のγ特性のうち所望のγ特性を選択することができる。

（Ｂ）第２実施例
第１実施例では特性変更部を１つ設けた場合であるが、２以上設けることができる。
図４は2つの特性変更部31，32を設けた第２実施例の電圧変換装置、すなわち、LCDソースドライバの構成図であり、図１の第１実施例の電圧変換装置と同一部分には同一符号を付している。異なる点はバッファ21aの出力端子（抵抗ラダー回路２２の一端）Aと抵抗ラダー回路の抵抗R2,R3の接続部Ｃ間に並列に第2の特性変更部32が配置されている点である。第2の特性変更部32は、抵抗R34とスイッチとして動作するトライステートバッファTSB2で構成されている。トライステートバッファTSB2はオンモードで抵抗R34を端子AＣ間に並列に接続し、オフモードにおいて抵抗R34を開放して並列接続を解除する。トライステートバッファTSB2のオン/オフはトライステートバッファTSB1と同様に図示しない制御部がユーザ選択に応じて制御する。
図４では、(1)2つのトライステートバッファTSB1、TSB2が共にオフのモードを第1モードとし、(2)一方のトライステートバッファ(例えばトライステートバッファTSB1)のみがオンのモードを第2モードとし、(3)２つのトライステートバッファTSB1、TSB2が共にオンのモードを第3モードとする。そして、第1モードにおいてγ＝1.6(図８参照)となるように、第2モードにおいてγ＝1.8となるように、第3モードにおいてγ＝2.2となるように抵抗ラダー回路２２の抵抗値を決定すると共に、並列抵抗R33,R34の抵抗値及び接続点Ｂ,Cの位置を決定する。このようにすれば、γ＝2.2，1.8，1.6のうちユーザが希望するγ特性の映像を表示することができる。
第２実施例によれば、第1実施例と同様な効果を奏することができる。
また、R33,R34の値と接続点を最適化する事により、この回路構成で４つのγ特性を得る事も出来る。すなわち、TSB1,TSB2共にOFF、TSB1のみON、TSB2のみON、TSB1,TSB2共にONの４通りの特性を得る事も可能である事は明白であろう（たとえば、γ＝1.6,1.8,2.0,2.2）。

（C）第3実施例
第３実施例は通常のγ特性と異なりアブノーマルなγ補正する例で、例えば、明るい側を持ち上げる奇異な特性を実現する例である。図５はかかる第３実施例の電圧変換装置、すなわち、LCDソースドライバの構成図であり、図４の第２実施例の電圧変換装置と同一部分には同一符号を付している。異なる点はインバータ21bの出力端子(抵抗ラダー回路２２の他端）Dと抵抗ラダー回路の抵抗R9,R10の接続部E間に並列に第3の特性変更部3３が配置されている点である。第3の特性変更部33は、抵抗R35とスイッチとして動作するトライステートバッファTSB3で構成されている。トライステートバッファTSB3はオンモードで抵抗R35を端子DE間に並列に接続し、オフモードにおいて抵抗R35を開放して並列接続を解除する。トライステートバッファTSB3のオン/オフはトライステートバッファTSB1,TSB2と同様に図示しない制御部がユーザ選択に応じて制御する。
図５では、(1)3つのトライステートバッファTSB1、TSB2、TSB3が共にオフのモードを第1モードとし、(2)トライステートバッファTSB1のみがオンのモードを第2モードとし、(3)２つのトライステートバッファTSB1、TSB2がオン、トライステートバッファTSB3がオフのモードを第3モードとし、(4) ２つのトライステートバッファTSB1、TSB2がオフ、トライステートバッファTSB3がオンのモードを第4モードとする。

図６は第3実施例のγ特性説明図であり、第1モードにおいてγ＝1.6となるように、第2モードにおいてγ＝1.8となるように、第3モードにおいてγ＝2.2となるように、かつ、第4モードにおいて特性γ0となるように、抵抗ラダー回路２２の抵抗値を決定すると共に、並列抵抗R33,R34、R35の抵抗値及び接続点Ｂ,C、Eの位置を決定する。このようにすれば、γ＝2.2，1.8，1.6及び特性γ0のうちユーザが希望するγ特性の映像を表示することができる。
特性γ0は明るい側を持ち上げる奇異な特性であり、明るい部分が白つぶれになり普通は行なわれない。しかし、車載のバックアイカメラ映像を見ながら暗い車庫に車庫入れする場合、より暗い部分のコントラストをアップすることが望まれる。すなわち、明るい映像部分を犠牲にしても暗い部分のコントラストを良くすることが望まれる。かかる場合にこの特性γ0で映像を表示する。車のランプ点灯しており、かつギアがバックに入ったとき（ナイトモードバックギア）、制御部は自動的に第4モードにしてこの特性γ0でバックアイカメラ映像を表示する。ただし、ユーザの好みでこれを解除することができる。
第３実施例によれば特殊効果の映像を表示することができる。

ディジタルの入力電圧信号に応じたアナログ電圧を画素印加電圧としてLCDに入力する第１実施例の電圧変換装置（LCDソースドライバ）の構成図である。特性変化の理由説明図である。第１実施例の入力電圧信号・転送電圧特性である。 2つの特性変更部を設けた第２実施例の電圧変換装置の構成図である。第３実施例の電圧変換装置の構成図である。第３実施例のγ特性説明図である。従来のLCDソースドライバの構成図である。 γ特性説明図である。 H反転駆動方式の説明図である。液晶のV-T曲線である。入力電圧信号と転送電圧の関係を直線にした場合の入力電圧信号・転送電圧特性である。所定のγ特性が得られるように、かつ、V-T曲線の曲がりも補正した入力電圧信号・転送電圧特性である。 1H毎に極性反転する場合の入力電圧信号・転送電圧特性である。

符号の説明

２１a バッファ
２１b インバータ
２２抵抗ラダー回路
２２a 外付け抵抗ラダー回路
２２b 内部抵抗ラダー回路
２３抵抗ラダー出力電圧選択部
３１特性変更部
TSB1 トライステートバッファ
R33 並列抵抗

Claims

ディジタルの入力電圧信号に応じたアナログ電圧を画素印加電圧として車載のLCDに入力する電圧変換装置において、
ディジタルの電圧信号値のそれぞれに応じたアナログ電圧を出力する出力端子を備え、所定のガンマ特性が得られるように抵抗値を定めた抵抗ラダー回路、
入力されたディジタルの電圧信号値に応じた出力端子から出力されるアナログ電圧を選択して画素印加電圧として出力する選択部、
前記抵抗ラダー回路の一端とその両端中間部の間に並列に抵抗を接続してガンマ特性を変更する第1の特性変更部、
前記抵抗ラダー回路の他端と前記中間部とは別の中間部との間に並列に抵抗を接続してガンマ特性を明るい側に持ち上げるように変更する第２の特性変更部、
前記第１、第２の特性変更部のそれぞれの抵抗を前記並列に接続するか、接続しないかを制御する抵抗接続制御部、
を備え、前記抵抗接続制御部は車のランプが点灯しており、かつギアがバックに入ったとき、前記第２の特性変更部の抵抗のみを並列接続するよう制御する、
ことを特徴とする電圧変換装置。