JPH06508447A - ピクセルステータスメモリを使用したｄｃ積分ディスプレイドライバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ピクセルステータスメモリを使用したＤＣ積分ディスプレイドライバ 技術分野 本発明は、一般的には液晶ディスプレイのようなマトリックスディスプレイに関 し、より詳細にはピクセルステータスメモリを使用した改良されたＤＣ積分ディ スプレイドライバに関する。

背景技術 液晶ディスプレイのようなマトリックスディスプレイ（受動形マトリックスおよ び能動形マトリックス形のいずれも）は、多数の導電性電極を有する（通常、透 明ガラスまたはプラスチック製の）２枚の平板から成り、これら平板は電気光学 的材料、例えば液晶材料の１枚の膜を挟持していることが周知である。前方平板 と後方平板との間に設けられた導電性電極の各交点は、画素（ピクセル）の位置 を形成している。能動マトリックス形ディスプレイのタイプでは、電極の交点に 薄膜の非リニアまたは能動形デバイス、例えばダイオード、トランジスタまたは バリスタも設けられる。

液晶ディスプレイは蓄積する直流バイアスにより生じるディスプレイ素子への破 壊作用を最小とするため、交流源形によりアクティブにされる。これらの破壊作 用としては、電極の電解ブレーティングおよび化学的破壊および液晶材料の電気 化学的破壊がある。

従って、「オン」状態にある従来の液晶ディスプレイ素子は、蓄積直流バイアス の破壊特性をなくすため、固定周波数にて連続的に電気バイアスの同じ極性と逆 の極性とを交互に受けるようになっている（交流ドライブ）。

この現行の方法では、液晶ディスプレイを駆動するのにいくつかの妥協がなされ ている。すなわち、交流ドライブ周波数を高くすれば、アップデート（更新）に 対しディスプレイはより早（応答できるようになるが、ディスプレイのコントラ ストは低くなり、ビューイング角も狭くなり、使用パワーの効率も低くなる。交 流ドライブ周波数をより低くすれば、より効率的になり、コントラストも大きく なるが、アップデートはより低速になる。バイアスを中和するため、アップデー トを行う前に常に交流ドライブフレームサイクルを完了しなければならないから である。

本発明はドライブ極性を頻繁にかつ対称的に反転しなければならない手間を除く 改良されたドライブ法により、これらの妥協を排除している。これにより、破壊 作用が起きる前にピクセルにかかる直流バイアスを中和しながら、改良された直 流ドライブ法を実行できる。本発明は次のディスプレイアップデートリクエスト に応答する前に、その時のフレームサイクルおよび逆極性サイクルを完了する必 要性を無くすことにより、ディスプレイアップデートリクエストに対しディスプ レイコントローラがより迅速に応答できるようにするものである。ディスプレイ コントローラが一つ以上のピクセルのグレイレベルを変更しなければならない時 、このリクエストは後にディスプレイ素子のバイアスを保証できるよう、メモリ に蓄積されたディスプレイ素子の現在の直流バイアスに即座に作用する。この方 法を、「バイアス調和法」と称す。

アップデート時にディスプレイ素子に純直流バイアスをかける方法を、「直流バ イアスバイオレーション（違反）法」と称す。本発明によれば、ディスプレイコ ントローラがディスプレイをアップデートするリクエストを受けると、コントロ ーラは従来のディスプレイドライブシステムで必要であったようなその時のディ スプレイフレームサイクルを完了するまでに遅延させることは不要である。むし ろ、回路はこのアップデートに瞬時に反応し、メモリでディスプレイ素子のこの 直流バイアスバイオレーションステータスをアップデートする。

「リアルタイムディスプレイシミュレーション法」とは、メモリおよび計算手段 を使用してディスプレイの状態をリアルタイムでシミュレートすることである。

本発明において、シミュレートされるディスプレイの特徴点としては、ピクセル のその時の電気光学的状態、ピクセルにかかる蓄積直流バイアスおよびディスプ レイのその時の状態と最新の要求されている像との差が挙げられる。

リアルタイムディスプレイシミュレート法の使用により、後述するようなディス プレイドライブおよび制御技術が実行できるようになった。

「直流バイアスバイオレーション法」は、個々のピクセルに印加される可変電圧 レベルを時間で積分した量で表示される。一方、バイアス調和法は安全な直流バ イアスバイオレーションを維持できるよう、直流バイアスバイオレーションを低 減し、かつ中和する方法である。このような方法はピクセル上の蓄積電気バイア スをメモリでトラッキングし続け、ピクセルが所定のバイアスレベルに達する以 前にドライブ信号の極性を反転することにより達成される。従って、バイアスス テータスは多数のディスプレイ時間で一方の極性に維持または蓄積できる。

（従来の技術ではドライブ信号の極性は４００分の１から３０分の１秒の間の固 定周波数で反転されていた。）「最大バイアスバイオレーショントレランス（許 容度）（ＭＢＶＴ）Ｊとは時間と直流バイアスとの伝達関数のことである。これ は電気化学的な反応による不可逆的損失を受けることなくピクセルが維持できる 純直流バイアスの大きさである（注：現在の固定サイクルの交流マルチドライブ 方法では、ピクセルは固定フレームサイクル内で非ゼロ直流バイアスを受けるが 、この直流バイアスは常にフレームサイクルの終了までにゼロにされる。）。

ＭＢＶＴとは、ピクセルが持続できる直流パイオレーシコンの上限のことであり 、あるディスプレイ素子のＭＢＶＴを超えるとディスプレイに破壊作用が生じる ので、ディスプレイの予想寿命は短くなる。ＭＢＶＴのパラメータは、使用材料 およびディスプレイの構造に応じてディスプレイごとに異なっている。

「選択的リアルタイムドライブシーケンス法」とは、本発明におけるディスプレ イ制御技術であり、この制御技術ではディスプレイコントローラが電極のドライ ブシーケンス、デユーティサイクルおよび後方平板／セグメントの平板ドライブ 機能をリアルタイムで選択的に変える。「ピクセルパワー変調法」は、本発明の 新規なディスプレイ制御法であり、この制御技術ではディスプレイコントローラ は個々のピクセルを所望のグレイバンドに維持するよう、個々のピクセルに印加 されるパワーをリアルタイムで選択的に変える（すなわち変調する）。これら技 術の使用により、受動および能動マトリックス形液晶ディスプレイを駆動し、制 御する、改良され、かつフレキシブルな手段が得られる。

受動マトリックス形液晶ディスプレイは、第２図に示すように、若干電流漏れの あるコンデンサのマトリックスとして表示できる。各マトリックス位置は対応す る等価的抵抗−コンデンサの対ＲｎｍＣｎｍ　（ここでｎは列の位置であり、ｍ は行の位置）と表示できる。ピクセル間の配線は最小の抵抗値（約１００オーム ）であるので、一つのピクセルの両端に電荷が生じると、この電荷はマトリック スを通してすぐに放電する。

能動マトリックス形液晶ディスプレイは第３図に示すようにコンデンサのアレイ として表示でき、これらコンデンサのすべては共通平面として後方平板を有し、 各Ｘ行およびＹ列に能動平板と接触する個々の能動素子を有する。第３図は、能 動マトリックス形液晶ディスプレイの正面図兼側面図である。従って、受動マト リックスおよび能動マトリックス形液晶の双方におけるピクセルは、これらピク セルを所望のグレイレベルに維持したり、または新しいグレイレベルにドライブ するのに反復的な再書き込みが必要である。これを行うのに、従来の多重ドライ ブは次のように作動する。すなわち、一般的に列と行に配列された２組の電極に ドライブ信号が印加される。

各後方平板電極に反復サイクルで電圧選択信号が逐次かつ周期的に印加される。

この後方平板電極選択信号に同期して、セグメント平板選択信号が並列に印加さ れるので、これらの選択された後方平板電極と、選択されたセグメント平板電極 との交点にあるピクセルの電気光学的条件に影響する。従って、ＯＮピクセルは スレッショルドターンオン電圧を加える印加ＲＭＳ電圧を受けるが、一方、ＯＦ Ｆピクセルはスレッショルド電圧より低い電圧を受ける。

フレームリフレッシュレートは３０ヘルツよりも高く維持しなければならない。

さもないとディスプレイにちらつきが生じる。従来技術では、ディスプレイ素子 の数が増加するにつれて多重レシオを増加し、より多くの素子のアドレス指定を しなければならない。多重レシオが増加するにつれて（後方平板が多くなるにつ れて）、各後方平板を逐次ドライブするのに利用できる時間は短（なり、必要な ＲＭＳドライブ信号を発生するのにより高い電圧および周波数でドライバを作動 させなければならない。

これら多重レシオの増加に応じてドライブ電圧を高くし、時間幅を短くすると、 オンＲＭＳ電圧とオフＲＭＳ電圧との弁別比（差）は小さくなる。これにより半 選択されたピクセルが生じ、ディスプレイのコントラストが低下し、クロストー クが生じることになる。実際に各ピクセルをドライブするのに利用できる時間は 短いので、制御性は低く、よって利用できるグレイレベルの数も少ない。

従来技術の固定サイクルでの交流マトリックスドライブ技術の別の主な固有な欠 点は次の通りである。

ピクセルが逆極性にドライブされるドライブサイクル内のある時点で、ピクセル はゼロ電圧状態を通過する。

これによりピクセルがわずかの間に完全にオフ状態に達するまでピクセルの不透 明度が低下する（よりグレイ度が低下する）。ピクセルは次に反転極性にドライ ブされる際によりグレイになる。人の目は過渡時のグレイレベルのすべてを累積 するので、人の目に感じられるグレイレベルの強度はより弱くなる。ドライブサ イクル中のこの時点では、エネルギー消費量の増加と共にディスプレイ出力が低 下する。このような効果は、望んでいるものに反して主要な問題となっている。

このようなディスプレイ出力低下の問題は、ドライブ周波数が高くなるにつれて 次第に悪化する。

ディスプレイドライブカウンタの目的は、要求されているかまたは所望する像に できるだけ近く順応したディスプレイ上で像が見られるようにすることである。

多くのディスプレイ（例えばＣＲＴＳ液晶、ＬＥＤ等）では、投射像は写真のよ うな静的なものではない。これらのディスプレイはモノステーブルと称されてい る。モノステーブルディスプレイでは要求されている像が変化していなくても、 各ピクセルのグレイレベルの強さは連続的に変化しており、一般的に各ピクセル のグレイレベルは、各ピクセルがリフレッシュまたはドライブされて、これによ りより高いグレイレベルまで再充電されるまでディケイする。

液晶ディスプレイのドライブ制御装置ではドライブのリフレッシュおよびディケ イ機構を使用して次のように所望のグレイレベルを得ている。すなわち低エネル ギーステート（基底ステートまたはオフステートとも称される）では、各ピクセ ルは白く見え、高エネルギーステート（飽和ステートまたはオンステートとも称 される）では、黒に見える。低エネルギーの白ステートと、高エネルギーの環ス テートとの間のエネルギーレベルでは、液晶ピクセルは所定レンジのグレイレベ ルを示す。しかしながら、従来の液晶ディスプレイコントローラは、後述するよ うに、このレンジのグレイレベルの利点を活用していない。（注：液晶ディスプ レイ内で使用されている偏光フィルタの配列を変えることにより、低エネルギー ステートでピクセルが黒く見え、高エネルギーステートで白く見えるようにディ スプレイ上の表示を反転することができる。明瞭にするため、ピクセルは低エネ ルギーステートで白く見えるものと仮定して、以下、説明を続ける。しかしなが ら本発明はいずれの配列のディスプレイにも適用できる。） 液晶ピクセルのグレイレベルを高くするため、ドライブコントローラはピクセル の両端に電界を加えている。

この電界は液晶材料の分子配列をひずませ、その光学的特性を変え、グレイレベ ルが高く見えるようにする。

液晶ピクセルと、ピクセルの両端の電圧と、ピクセルのグレイレベルとの間には ある関係が成立する。このような印加電圧とグレイレベルとの関係を示す曲線を 「電気光学的ターンオン曲線」と称す。同様に、ピクセルは印加電圧を除いたと きに液晶材料が弛緩し、低エネルギーステートに戻る場合の「電気光学的ターン オフ曲線」を示す。ポリス・エイ・アコデス（Ｂｏｒｉｓ　Ａ、Ａｋｏｄｅｓ　 ）による「拡張グレイスケールを備えたマトリックス液晶ディスプレイ」を発明 の名称とする米国特許第４．９２１．３３４号では、これらグレイレベルの分布 は線形でないことが述べられている。更に、「電気光学的ターンオン曲線」と「 電気光学的ターンオフ曲線」とは互いに対称的でない。すなわち、ターンオフ曲 線のヒステリシスは、通常ターンオン曲線時間特性よりも１７２〜４倍遅くなる 。

（本願の第４図はターンオン曲線の非線形性を示している。）液晶材料がオフス テートからオンステートまでの間に分子的なねじれを生じるのに要する時間のこ とを「変位時間」と称する。現在の材料を用いた液晶ディスプレイの完全変位時 間は、使用されている特定の液晶材料に応じて、強誘電性材料の０．０５ミリ秒 から室温におけるスーパーツイストネマチック材料の６０ミリ秒まで広がってい る。このような時間はスレッショルドターンオン電圧を超えるＲＭＳ電圧により 駆動される際に、一つの完全オフステート（白色）から完全オンステート（黒色 ）まで変化するのにかかる時間遅延である。

電圧／グレイレベル過渡曲線の特性には数個の要因が影響している。これら要因 はディスプレイのデザインおよび構造ごとに特有であり、かつ、ディ３プレイの 周辺環境ごとに固有である。これらの電圧／グレイレベル過渡曲線に影響する固 有の要因として次のものがある。

１、材料特性 ａ、特定の液晶材料の電気光学的特性 す、電極と液晶材料との間のバリア層の電気的特性Ｃ１電極の電気抵抗 ｄ、液晶材料の粘性 ８０弾性 ２、ディスプレイのデザイン ａ、ディスプレイ内の液晶膜の厚み す、ディスプレイ内のスペーサの寸法、タイプおよび配置 Ｃ０液晶膜およびバリスタ面のアライメント角および係止特性 ｄ１個々のピクセルの面積およびレイアウト３、周辺条件 ａ、印加ドライブ信号の電圧 す、ピクセルのその時のグレイレベル Ｃ，ディスプレイの周辺温度 ｄ、隣接ピクセルのステータス ディスプレイドライバの設計者は、電気光学的ターンオン曲線およびターンオフ 曲線の形状に影響するディスプレイのこれら固有の特性を理解することが重要で ある。

このような理解は、ディスプレイの画質および像の予測性を改善するドライバを 設計する上で役に立つ。

本発明を含む現在のすべての液晶ディスプレイコントローラは、オープンループ コントローラである（すなわちディスプレイコントローラは実際のディスプレイ からのフィードバックを有しない）。本発明の革新技術のひとつは、上記のよう にアウトラインを述べた特性をリアルタイムでシミュレーションすることである 。このディスプレイコントローラは、ディスプレイ用のドライブ信号を決定する ためのキー情報を得るためにリアルタイムのシミュレーションに関係している。

これにより、ディスプレイ用ドライブ信号を決定するために使用される計算に、 これら特性の影響を組み入れることが可能となる。

シミュレーションを適当に使用することにより、より多数のピクセルをより高い 精度でより多くのグレイレベルまでドライブできるようになる。カラーディスプ レイにおいて本発明を用いれば、より高い精度でより多数のカラーを表示できる ようになる。

本特許出願においては「リアルタイム」のドライブおよび／′または制御信号の 発生について言及している。この「リアルタイム」とは、最新に要求されている 像に対する連続的な応答として、制御システムにより発生されるようドライブ信 号を印加することを意味している。さらに本発明は、ドライブ信号を列および行 の電極アレイにドライブ信号を「非同期」状態で印加できるが、このことは列ま たは行をアクティブにするプリセットされたシーケンスは存在しないことを意味 している。ピクセルに対する制御ドライブ信号の印加を制御し、一つのフレーム セット内ですべての直流バイアスを中和するよう、従来技術で行われているよう なタイミングサイクル、フレームセットまたはプリセットシーケンスサイクルの 必要性は本発明の実行により不要となる。本発明では、ディスプレイシミュレー ションおよび直流バイアストラッキングを可能とするリアルタイム計算およびメ モリ記憶手段の使用により、上記のことが可能となっている。

要約すれば、従来技術では一般に、所定のシーケンスおよび従来の交流信号と同 期するクロックに応じて列および行の電極をドライブしているが、本発明はピク セルを選択的かつ任意のシーケンス（例えば同期、非同期、マルチ後方平板を選 択したり、後方平板をスキップしたりする）でピクセルをドライブできる。ピク セルをドライブする順は本発明の下記の基準により決定される。

従来のディスプレイドライブ制御装置は、制御するピクセル数を増加するという 条件に直面した時、ディスプレイをよりハードにドライブするという方法を採用 していた。すなわち上記のようにより高速のドライブ信号と共により高い電圧を 用いていた。数が増大するピクセルに用いられるこの方法は、液晶ディスプレイ を交流波形によりドライブされるＲＭＳ応答デバイスであるとみなした結果であ る。後述するように、本発明は液晶ディスプレイを直流電圧積分デバイスとして 用いている。この方法はＲＭＳ応答方法に固有ないくつかの制約を解決するもの である。先に述べたように、制御できるピクセル数およびこれらの従来の制御方 式を用いてディスプレイできるグレイレベルの数は制限があった。これら制限は Ｄｅｖｉｃｅ＋　）第１４６〜１５５ページのポール・エム・アルド（Ｐａｏｌ 　Ｍ、　Ａｌｌ　）およびピータ−・プレシュコ（Ｐｅ＋ｅｔ　Ｐｌｅｓｈｋｏ 　）による論文「液晶ディスプレイのスキャンニングの制限」、および１９９０ 年９月２５〜２７日付の情報ディスプレイ協会議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ Ｔｈｅ　５ｏｃｉｅｔ７１ｏｔ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｄｉｓｐｌａ７　） のティー−エヌ・ルックモンガータン（Ｔ、　Ｎ、　Ｒｕｃｋｍｏｎｇａｌｈａ ｎ　）　、ピー・エイチ・フェアヘーゲン（Ｐ、　Ｈ，Ｖｅｒｈｅｇｇｅｎ　） およびティーエイチーエル−ウェルツエン（Ｔ、　Ｈ，Ｗｅｌｓｅｎ）による論 文ｒＲＭＳ応答マトリックスディスプレイにおける輝度の不均一性の低減」に記 載されている。

上記論文に記載されているように、ディスプレイ内の後方平板の数は、ピクセル 数が増加するにつれて増加する。従来技術を用いて多数の後方平板を制御すると 、各後方平板の制御に利用できる時間が短くなる。このように利用できる時間が 短くなる結果、これに対応して制御性も低下することになる。

本発明はこのような後方平板の数と制御性との妥協により制限されるものではな い。後に明らかとなるように、各後方平板の制御に利用できる時間長さは、必ず しも後方平板の数の増加と共に短くなるものではない。

本発明は従来のディスプレイコントローラのいくつかの作動特性を排除している 。このような特性として次のようなものがある。

特性１．　ピクセルにかかる純直流バイアスは１回のドライブサイクルまたは１ 回のフレームサイクル内で中和しなければならない。

方平板を逐次ドライブしなければならない。

特性４．　列および行内の後方平板およびセグメント平板の機能を固定する。す なわち、これらリアルタイムで選択的に置換できない。

特性５．フレームごとに（インターモジュレーションで）特定のピクセルにおけ るフルオン信号（すなわち、飽和電圧以上の信号）およびフルオフ信号（スレッ ショルド電圧未満の信号）のセットされた比率を発生することによりグレイレベ ルを発生できる。

本発明により上記特性を解消するための手段および画質改良のための関連手段に ついて後述する。

本発明の目的は、上記従来技術の作動特性に妨げられることなく作動するディス プレイドライブ装置を提供することにある。

本発明の別の目的は、像形成能力が改善された液晶ディスプレイを提供すること にある。

本発明の更に別の目的は、従来技術よりもアニメーション能力だけでなくコント ラスト、ビューイング角および像形成能力が改善されたかかる液晶ディスプレイ を提供することにある。

本発明の別の目的は、得られる像との関係で電力消費量を低減し、より汎用性が あり、より明瞭であり、液晶素子の寿命が長く、より多数のピクセルを処理でき るかかる液晶ディスプレイを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、直流電圧積分デバイスとしてのピクセルをドライブす ることにある。

本発明の上記以外の目的、利点および特徴は、後により明らかとなろう。

上記目的はディスプレイの状態をリアルタイムでシミュレートし、メモリ内にピ クセルのその時の電気光学的状態およびピクセル上の純蓄積直流バイアスの表示 をメモリに記憶するメモリ手段および計算手段を含み、一般に、列および行とし てアドレス指定可能な複数のピクセルをドライブするためのシステムを提供する ことにより達成される。更に、このシステムは最新の要求されている像およびシ ミュレーションで表示されるようなディスプレイ内のピクセルの現在のステータ スに応答して、各ピクセルに対するドライブ信号を発生するための手段を使用す る。更に、このシステムはシミュレーションを行ってドライブ中のピクセルの近 くのピクセル上のグレイレベルを決定することができ、近接ピクセルの要求され ているグレイレベルをより良好に維持するため、ピクセルに印加される電圧ドラ イブ信号を調節できる。

本発明では、従来技術にあった欠点を解消する上で４つの特殊な革新技術が用い られている。

１、ディスプレイ素子上の情報、例えば蓄積バイアスおよびその時のグレイレベ ルを記憶し、かつアップデートするのにメモリ手段を使用している。

２、リアルタイムで最適またはほぼ最適のドライブ信号パターンを計算するのに 、リアルタイム制御およびシミュレーション技術を使用している。

３、種々の電圧レベルを使用してピクセルをドライブするのに使用される加算お よび減算ドライブ信号レベルを発生できるよう、パワー変調技術を用いている。

４、選択ドライブ信号手段により電極の非シーケンスマルチアドレス指定を可能 とし、列電極と行電極との間で後方平板およびセグメント平板の機能を相互に変 更できるようにしている。

ピクセルのアレイをシミュレートするメモリおよび計算手段を使用することによ り、ディスプレイすべき所望または要求された像に従い、かつ、ディスプレイに 影響する他のパラメータに従い、個々のピクセルを選択的に駆動できる。特に、 上記のようにＭＢＶＴはディスプレイをドライブする際に考慮しなければならな いレベルである。従来技術ではＭＢＶＴは直流バイアスのバイオレーションを防 止するよう、比較的高周波で全ディスプレイ上の極性を反復的に反転することに よって回避していた。本発明では、ピクセルごとのＭＢＶＴを識別し、ピクセル 上の蓄積バイアスをメモリに表示し、リアルタイムでアップデート（更新）して いる。したがって、ドライブ信号の極性は一つ以上のピクセルがＭＢＶＴに接近 するまで反転しなくてもよい。接近時にはバイアス調和法を開始し、ディスプレ イコントローラが極性を反転するようになっている。ピクセル上の累積バイアス はゼロに向かって減少し始め、次にサイクルが繰り返され、あるピクセルが逆方 向にＭＢＶＴに接近するまで逆極性で蓄積し始める。バイアス調和法とはＭＢＶ Ｔ状態に遭遇した時起動されるドライブ制御フローにおける例外的なプロセスで ある。

本発明はディスプレイの現在のステートおよび最新要求の像との差に基づいて、 電極にドライブ信号を印加する順序および態様を決定するものである。ドライブ 信号を印加する順序および態様は、これら要因に基づいて連続的に再計算される 。

各ピクセルの表示像をシミュレートし、提供するメモリおよび計算手段を用いて 、ディスプレイの状態に応答してリアルタイムでドライブ信号およびドライブ方 法を選択的に変更できる能力は、液晶ディスプレイ上で可視像を表示する大幅に 異なる方法を提供するものである。

従来技術ではディスプレイコントローラは、現在のフレームセットの描画を完了 するまで、新しく要求されている像を見ない。（ある場合には、この結果ディス プレイのアップデートフレームサイクルが完了する前に、ホストから別の要求像 が来れば像をスキップすることもある。）従って、従来技術ではディスプレイが 新しい要求像を表示できるようになる前に経過する待ち時間（フルフレームサイ クルの時間）が生じる。本発明では、このような固定フレームサイクルの概念を 除くことができる。

システムは最新要求像を完全に見て、これとディスプレイ上に現在表示されてい るもの（より詳細にはディスプレイ上のシミュレーション）とを比較し、最適ま たはほぼ最適のドライブシーケンスを発生し、ディスプレイを最新要求像にでき るだけ早く実質的に順応させる。この技術により、ディスプレイのアップデート 間の待ち時間は最小になり、スキップされる像はなくなる。コントローラは最新 要求像とディスプレイの状態とを連続的に比較し、ディスプレイを要求像のよう に見せるドライブシーケンスを決定する。

次は、上記作動特性がどのように従来技術の一部となり、なぜ本発明で解消され ているかを示す概要である。

特徴１゜初期の液晶ディスプレイのほとんどは「ダイナミック散乱」材料を使用 していた。このダイナミック散乱液晶材料および初期のネマチック液晶材料は、 現在利用できる液晶材料が１０１５オーム以上の抵抗を有しているのに比較して 、抵抗値は極めて小さかった（１０５オームの大きさ）。このように低い抵抗値 を有する初期の材料は、ドライブ信号の印加中、大きなイオン移動が生じ、これ により比較的急速な電極の電気被覆および液晶材料の破壊が生じた。

より新しい液晶ディスプレイは、抵抗値が大きくなっていることに加え、電極上 により厚い非多孔性のバリアコーティングを有し、このため極性が反転されるま で移動イオンが保持される傾向がある（よって、ディスプレイの破壊効果は一時 的に防止される）。極性反転時には移動イオンはバリアを離間し、液晶ディスプ レイの裏面に向かって移動し始める。このような効果は、アラン・び液晶ディス プレイ内の整流Ｊ　１９７８年３月付の１１３１頁に記載されている。従って、 より新しい液晶ディスプレイを用いれば、電気被覆および電気化学的な破壊のよ うな破壊作用が生じる前に、比較的大きい純直流バイアスが蓄積できる。本発明 は［最大バイアスバイオレーション許容度Ｊ　（ＭＢＶＴ）および「バイアス調 和法」という新しい概念を使用することにより、新発見を活用するものである。

これら概念の使用により、ドライブ信号は従来技術よりもより長い期間、特定の 直流の極性を維持できるようになった。

特徴２．一時に一つの後方平板電極しか選択しないという従来技術は、使用が簡 単であり、ピクセル上の純直流バイアスを中和するため、ドライブ極性を定期的 および頻繁に反転できるようにしている。本発明はピクセルのバイアス状態をリ アルタイムでトラックし続けるのに、メモリ手段を使用している。従って、多数 の、またはスキップされる後方平板選択の効果が得られる。

特徴３．後方平板を逐次、かつ定期的に繰り返すサイクルで選択しなければなら ないという過程は、従来技術の特徴２に固執していた結果である。ディスプレイ のシミュレーションおよびモデル化技術のない従来のドライブ制御では、不定期 シーケンスで後方平板を選択することはできない。多数の後方平板を選択するこ と、すなわち後方平板をスキップすることを含む非逐次式、非繰り返し後方平板 の選択を利用する能力により、駆動制御方法に対する全体の次元が増している。

特徴４．従来技術では、後方平板およびセグメント平面ドライバの機能をリアル タイムで選択的に相互交換することは、現実的には不可能である。本発明はドラ イブ能力と可能性の組み合わせを大きくすることにより、ディスプレイの画質の 改善を達成している。ディスプレイの現在の状態およびこの現在の状態が最新要 求像とどれだけ異なっているかによって、後方平板としてどの組の電極を使用し 、セグメント平板としてどの電極の組を使用するかを決定している。

特徴５．インターフレーム変調はグレイレベルを得るのに必要な手段であるとい う考えは、従来技術の特徴１（フレームサイクル内で直流バイアスを中和するこ と）および従来技術の特徴３（固定フレームレート）の結果である。従来のディ スプレイコントローラは、ドライブすべきピクセル数の増加に直面した時、グレ イレベルとフレームのアップデート速度とを妥協させなければならない。フレー ムのアップデートをより低速にすれば、許容できないような明らかなフレームの ちらつきが生じるので、従来技術は誤って画質の低下および表示できるグレイレ ベルの数が少なくなっていた。本発明は第６図に示すように、特定のレンジ内に ピクセルのエネルギーレベルを維持する（ピクセルパワー変調）と称される技術 により、精度を高くしたまま、グレイレベルの数を増加できる。

ヤマモト及びその他の者に付与された「極性反転周波数がランダムに決定される 液晶ディスプレイデバイス」を発明の名称とする米国特許第４．９２６．１６８ 号は、各フレームセットをカウントするのに使用される乱数の発生を教示してい る。フレームカウントの後に極性を反転し、同じ数のフレームに同一であるが逆 極性のドライブ信号を印加して、直流バイアスを中和する。本発明における極性 反転は、フレームの組数と関連していないが、ピクセルの蓄積する直流バイアス バイオレーションと関連している。

許容できるアップデートレートで増加した数のピクセルを制御するという要求に 合致するため、従来のコントローラによってとられた別の方法は、ディスプレイ のスレッショルド特性および電荷蓄積特性を改善しながらディスプレイ上の能動 的電子部品を製造することであった。

これら能動マトリックス形ディスプレイは、引き続き従来のディスプレイ制御技 術を使用しながら、受動マトリックス形のディスプレイよりもディスプレイ画質 を改善するものである。能動マトリックス形ディスプレイの使用は、ディスプレ イの性能を多少拡張するものであるが、これらディスプレイシステムは受動マト リックス形ディスプレイと同じような（上記５つの特徴から生じる）欠点があっ た。本発明で用いられている新技術および概念（バイアスステータスメモリ、メ モリ内での最大ステータスシミュレーション、直流バイアスバイオレーション、 最大バイアスバイオレーション許容度、バイアス調和、選択的リアルタイムドラ イブシーケンシングおよびピクセルパワー変調）は受動マトリックス形ディスプ レイおよび能動マトリックス形ディスプレイの双方で、ディスプレイの性能を改 善するものである。

本発明で教示するようにこれら技術および概念の実施により、従来技術で得られ なかったいくつかの新しいドライブアドレス指定技術を用いることができるよう になった。これら新しいドライブアドレス指定手段は、２つのグループに分類で きる。第１のグループは、「完全飽和ドライブによるアドレス指定」と称し、第 ２のクラスは「ピクセルパワー変調ドライブ」と称す。ここに教示されている新 しいドライブ技術は直流バイアスバイオレーションメモリおよびバイアス調和手 段を用いている。

これらのドライブ法はドライブ極性を相補的に頻繁に反転しなくてもよいという 点で従来技術と異なっている。

ピクセルはＭＢＶＴ条件により必要とされる回数だけ０電圧状態を通過するよう ドライブされる。これらの新しいドライブアドレス措定手段は次の通りである。

完全飽和ドライブによるアドレス指定、このグループに属すドライブ手段のすべ ては、従来技術の完全飽和ドライブ技術を使用する。すなわち、列電極と行電極 との間の加算的ドライブ電圧がディスプレイのスレッシシルトドライブ電圧より も高くなり、列電極と行電極との間の減算的ドライブ電圧がスレッショルド電圧 よりも低くなるようにドライブ信号が設計されている。完全飽和ドライブカテゴ リーには５つの新しいアドレス手段が含まれる。

１、一時１ラインのシーケンス飽和電圧ドライブ：このドライブ技術では固定さ れたシーケンス順序で一時に一つの後方平板電極のみを選択し、各後方平板に対 して必要なセグメント電極を選択する。このドライブ方法は次の点で従来技術と 異なっている。

（１）従来技術で行われているように、フレームごとまたはフレームセットごと に極性反転を行う必要はない。

それよりむしろＭＢＶＴに達しているか、これに接近しているときに、極性反転 を行う。（２）フレームの途中でも新しく要求されている像を受信した際には即 座にピクセルステータスをアップデートできる。ピクセルのアップデートは従来 技術で教示されているように、偶数のフレームが完了するまで遅延する必要はな い。

２、一時１ラインのデマンドでドライブされる飽和電圧ドライブ：このドライブ 技術では一時期に１本の後方平板電極を選択し、後方平板電極を選択する順は、 ドライブコントローラにより選択的にかつリアルタイムで決定する。このドライ ブコントローラは、各電極に関連するピクセルをリフレッシュする必要性の緊急 度に対応する、電極に対するドライブシーケンスを決定するものである。このド ライブ法は柔軟性という新しい要素を加えているという点で先の方法とは異なっ ている。より詳細に説明すれば、後方平板電極をアドレス指定する順序、これら をアドレス指定する周波数、および電極の各々に印加されるパルスの長さは固定 または一定でないがディスプレイの連続的に変化する必要性（すなわちピクセル の要求されているグレイレベルおよびディスプレイ上のグレイレベルの分布）を 決めるよう、ドライブコントローラにより連続的に決定され、アップデートされ 、かつ実行される。

３、列電極および行電極の機能を選択的に相互交換することにより行う、一時１ ラインのデマンドでドライブされる飽和電圧ドライブ：このドライブ法は、ディ スプレイコントローラによりリアルタイムで列および行の後方平板およびセグメ ント平板の機能を選択的に相互交換できるという点で、上記とは別の特徴を用い ている。これによりドライブ法の柔軟性が更に増す。コントローラはピクセルの グレイレベルの要求されている分布を得るのに、後方平板の機能時に列電極また は行電極のいずれを使用することがより効率的であるかを決定できる。

４、マルチラインのデマンドでドライブされる飽和電圧ドライブ：このドライブ 方法は、後方平板の機能時に一時に２つ以上の電極を選択できるという点で、ド ライブ手段にて上記ドライブ方法２を拡張するものである。

これにより、ドライブ法に対し、柔軟性の要素が更に加わる。

５、列電極および行電極の機能を選択的に相互変換することによるマルチライン のデマンドでドライブされる飽和電圧ドライブ：このドライブ手段は、ディスプ レイコントローラにより列電極と行電極との間でリアルタイムで後方平板とセグ メント平板の機能を相互に選択的に切り換えできるという点で、上記ドライブ方 法４をドライブ手段にて拡張するものである。このドライブ方法は本発明で教示 されているようないくつかの完全飽和ドライブ方式のドライブコントローラに、 最大の柔軟性を付与するものである。

ピクセルパワー変調ドライブ手段 このグループに属する駆動手段はすべて次のように従来技術と異なる。「ピクセ ルパワー変調（ＰＰＭ）Ｊ（第５図参照）は、特定のグレイレベルに選択可能な 電圧バンドを関連させる技術である。ピクセルにはドライブパルスが選択的に印 加され、ピクセルのエネルギーを所望のグレイレベルバンド内に維持する。先に 述べたように、これらエネルギーバンドは均一に離間しているわけではないが、 特定ディスプレイの電気光学的特性（第６図参照）に従って分布し、更に、周辺 温度に対して補正される（印加電圧および温度に応じた電気光学的特性の変化を 示す第４図を参照のこと）。ピクセルパワー変化ドライブ手段により、ピクセル の要求されたグレイ強度に対応する特定グレイバンド内でピクセルの不透明度を 維持するように列電極および行電極に電圧が印加される。これら電圧は、印加さ れたドライブ電圧のパルス幅、パルス周波数およびパルス振幅を変調する技術を 用いて、電極に印加される。この技術は上記完全飽和電圧方式を利用して、ピク セルをドライブする従来のドライブ方法とは異なる。ＰＰＭ法では、高速で連続 的に印加される多数のドライブパルスを使用することによりピクセルを変調する 。この効果はスイッチング電源の充電素子を変調する際に必要な作用に類似して いる。所望電圧レベルを発生するのはパルスではなくて多数の印加パルスの積分 効果である。このピクセルパルス変調方法には５つの新しいアドレス指定手段が 含まれている。これら手段は、上記５つの完全飽和電圧ドライブ方法に類似して おり、ピクセルパルス変調ドライブ技術は完全飽和電圧ドライブ方法と置換され る。

１、一時１ラインのシーケンスピクセルパワー変調ドライブ、このドライブアド レス指定手段では、同時に２つ以上の後方平板電極を選択するすることはなく、 これら平板電極はピクセルパワー変調を用いて逐次選択され、ドライブ電圧を電 極に印加し、ターゲットとされたグレイバンド内にピクセルを維持する。ピクセ ルがＭＢＶＴに接近するとき極性を反転する。

２、一時１ラインのデマンドでドライブされるピクセルパワー変調ドライブ：こ のドライブアドレス指定手段では、同時に２つ以上の後方平板電極を選択するこ とはな（、後方平板電極を選択する順はドライブコントローラによって決定され る。ドライブコントローラはアドレス指定すべき各電極の必要性の緊急度に応じ た電極に対するドライブシーケンスを決定する。ドライブ信号はピクセルパワー 変調技術を用いて印加される。

３、列電極と行電極の機能の選択的相互切り換えを利用する一時１ラインのデマ ンドでドライブされるピクセルパワー変調ドライブ・このドライブ手段は、ディ スプレイコントローラにより列電極と行電極との間で後方平板とセグメント平板 の機能をリアルタイムで選択的に相互切り換えできるという点で、上記の方法と 異なっている。これにより、ドライブ方法に更に柔軟度が加えられる。コントロ ーラは、ピクセルのグレイレベルの要求されている分布を達成するよう、後方平 板の機能時に列電極または行電極のいずれを用いるとより効率的となるかを判断 できる。ドライブ信号はピクセルパワー変調技術を用いて印加される。

４、マルチラインのデマンドでドライブされるピクセルパワー変調ドライブ：こ のドライブ手段は、後方平板の機能時に同時に２つ以上の電極を選択できるとい う点で、上記のピクセルパワー変調ドライブ方法２とは異なっている。これによ りドライブ方法に更に柔軟性という要素が加わる。ここでも、ピクセルパワー変 調技術を用いてドライブ信号が印加される。

５、列電極および行電極の機能の選択的相互切り換えを用いて、マルチラインの デマンドで駆動されるピクセルパワー変調法：このドライブ手段はディスプレイ コントローラにより列電極と行電極との間で、後方平板とセグメント平板の機能 をリアルタイムで選択的に相互切り換えできるという点で、上記ピクセルパワー 変調ドライブ方法４と異なっている。このドライブ方式は、本発明で教示される いくつかのピクセルパワー変調ドライブ法のドライブコントローラに最大の柔軟 性を付与するものである。

考慮すべき別のマトリックスディスプレイとしては、能動マトリックス形液晶デ ィスプレイ（ＡＭＣＬＤ）があり、このディスプレイは後方平板電極を基準とし て関連するピクセルを直接的にアドレス指定するアドレス指定可能な能動デバイ ス（ＭＯＳＦＥＴまたはダイオード）のマトリックスとして見ることができる。

能動マトリックス形液晶ディスプレイ内のピクセル内の電荷の放電の特性レート は、受動マトリックス形液晶ディスプレイ内の電荷の放電レートよりも遅い。能 動マトリックス形液晶ディスプレイでは、ピクセル内の電荷の放電速度はあまり にも遅すぎるので、アニメーションディスプレイに対してピクセルが十分速く、 より低いグレイレベルまで自動的にディケイできない。このように電荷の放電レ ートが遅いのは、能動デバイスの寄生容量および薄膜層上に製造される関連コン デンサに起因するものである。更に、能動マトリックス形デバイスを通る放電路 が閉じていることにより、電流の漏れが極めて少ないことにもよる。能動マトリ ックス形液晶ディスプレイのピクセル内の放電レートは、３０分の１秒の間に初 期電荷の約５％から２０％まで広がっている。

従って、能動マトリックス形液晶ディスプレイにおいて、ピクセルパワー変調を 行うには、ピクセルに能動放電技術を適用し、許容可能な視覚特性を得るのに十 分速い速度でより低いグレイレベルまでピクセルをドライブすることが必要であ る。（これは所望のグレイレベルを得るための上記のピクセルパワー変調技術に 加えて行われる。）このように、ピクセルをより低いエネルギーレベルまで短時 間でドライブするよう、ピクセルを能動的に放電することは、所望ピクセルにあ るトランジスタのゲート電極を選択し、ソース電極へ反転極性を印加することに より達成される。能動マトリックス形液晶ディスプレイでは、能動薄膜を構成し ている材料、例えばポリシリコン対アモルファスシリコンに応じてソース電極お よびドレイン電極の指定を反転することが多い。

受動マトリックス形液晶ディスプレイに対する上記の１０種類のアドレス指定お よびドライブ技術は、次の２つの特徴を付加することにより、能動マトリ・ソク ス形液晶ディスプレイにも適用できる。

１、いずれかの極性で選択可能な電圧にて個々の能動マトリックス形液晶ディス プレイピクセルをドライブできる。

２、ディスプレイ全体の極性を一度に反転させる必要はない。むしろ、個々のピ クセルの極性を選択的に反転できる。これにより上記のような能動的な放電力（ 可能となり、かつ選択的なバイアスの調和が可能となる。

後に本発明の詳細な説明を記載し、下記の説明ｌこお（Ｘで上記目的についてよ り詳細に説明する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の一実施例を示すプロ・ツク図である。

第２図は、若干リークするコンデンサのアレイとしての受動マトリックス形液晶 ディスプレイの電気的な特性を示す図である。

第３Ａ図および第３Ｂ図は、能動部品層および後方平板を示す側面図および能動 マトリ・ソクス形液晶ディスプレイを示す図である。

第４図は、液晶ピクセルに印加される電圧と、ピクセルの不透明度との関係、お よびその関係が変化する周辺温度と共に、どのように変化するかを示す図である 。

第５Ａ図、第５Ｂ図および第５Ｃ図は、本発明が教示する種々のドライブ変調技 術を示す。これら技術はピクセルレベルで印加されるドライブ信号パルス（５Ｃ ）のパルス周波数（５Ａ）、パルス幅（５Ｂ）およびパルス高、パルス幅および 周波数を選択的に変えることである。

第５Ｂ図は、リフレッシュおよびディケイ方式を使用して所望のグレイレベルま でドライブされる個々のピクセルの電圧／グレイスケールを変動させるピクセル パワー変調の概念を示す。

第７図は、制御システムの論理フローを示す。

第８図は、内部タスク制御を示すタスク図である。

発明を実施するための最良の態様 第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

第１図は、液晶ディスプレイ１０と、ディスプレイコントローラ１１（第１図に 示した部品のうちの１０以外の部品）から成る完全なディスプレイシステムを示 す。液晶ディスプレイ１０は受動マトリックス形または能動マトリックス形のい ずれでもよい。液晶ディスプレイ１０が受動マトリックス形であるとき、これは 第２図に示すような列と行に配列された複数の個々のピクセルから構成できる。

液晶ディスプレイ１０は受動マトリックス形である場合は、これは第３図に示す ような関連する能動デバイスを備えた複数の個々のピクセルから構成できる。

ディスプレイコントローラ１１は次の部品すなわちマイクロコントローラユニッ ト（ＭＣＵ）１２と、プログラムＲＯＭメモリ１４と、リード／ライトＲＡＭメ モリ１６と、マルチポートビデオＲＡＭメモリ１８と、アナログ／デジタル（Ａ ／Ｄ）コンバータ２０と、温度トランスジューサ２２と、列ドライバ２４および 行ドライバ２６とを備える。データバス２８と、アドレスバス３０と、制御バス ３２と、ＭＣＵ１２から列ドライバ２４および行ドライバ２６にインターフェー ス３４を介して送られるドライバ信号と、温度トランスジューサからＡ／Ｄコン バータ２０への配線３６および新しい像データを発生するデバイスからの入道デ ータストリーム３８との間の相互接続も示されている。

この実施例の部品の仕様は次の通りである。

ＭＣＵ１２は米国アリシナ州フェニックスのモトローラセミコンダクタ社により 製造されたＭＣ６８３３２であり、このＭ　Ｃ６８３３２はリアルタイムの制御 アプリケーション用に設計された３２ビツトのマイクロコントローラである。

ドライブおよび制御プログラム、およびパラメータの入ったＲＯＭメモリ１４は 、米国カリフォルニア州タスティンの東芝アメリカにより製造されたＴＣ５３Ｈ １０２４Ｐ−８５集積回路から構成される。このＴＣ５３Ｈ１０２４Ｐ−８５は 、６５．５３６ワードｘ１６ビツトに構成された高速のリードオンリーメモリで ある。

マルチポートビデオＲＡＭメモリ１８は、米国テキサス州ダラスのテキサスイン スツルメント社により製造された７Ｍ３４４Ｃ２５１から構成される。このＴＭ Ｓ４４Ｃ２５１は２６２，１４４ｘ４ビツトのデュアルポートのアクセス可能な りＲＡＭとして構成されている。

ＲＡＭメモリ１６は米国カリフォルニア州タスティンの東芝アメリカにより製造 されたＴＣ５１４１００ＡＰ−ＣＭＯ８集積回路から構成されている。このＴＣ ５１４１００ＡＰは４，１９４．３０４ワードｘ１ビツトとして構成されている 。

列ドライバ２４および行ドライバ２６は、米国カリフォルニア州すニーベイルの スーパーテックス社により製造されたＨＶＯ４集積回路から構成される。このＨ ＶＯ４は高電圧の０ＭＯ３出力を備えた６４チヤンネルのシリアル−パラレルコ ンバータである。

Ａ／Ｄコンバータ２０は、米国カリフォルニア州すニーベイルのマキシムインテ グレーテッドプロダクツ社により製造されたＭＡＸ１７７である。このＭＡＸ１ ７７はチップ状に製造されたトラックおよびホールド参照機能を備えたＣＭＯ３ の１０ビツトのＡ／Ｄコンバータである。

温度トランスジューサ２２は米国アリシナ州フェニックスのモトローラセミコン ダクタプロダクツ社により製−４０度Ｃ〜＋１５０度Ｃの温度幅にわたって２度 Ｃの温度精度を有する。

下記の説明では、機能ブロックは当業者に周知の態様で、上記のように表示した 特定の部品で述べることが多い。

説明を完全にするため、以下、これらブロックの配列について述べる。アドレス バス３０と、データノくス２８と、制御バス３２は、それぞれ入出力端として適 宜５つのブロック、すなわちマルチポートビデオＲＡＭメモリ１８と、ＲＡＭメ モリ１６と、ＲＯＭメモリ１４と、Ａ／′Ｄコンバータ２０と、ＭＣＵ１２のい ずれかに接続可能である。マルチポートビデオＲＯＭメモリ１８には、要求され た像データストリーム３６が入力信号として供給される。

液晶ディスプレイ１０は、列ドライバ２４および行ドライバ２６に接続され、こ れらにドライブされる。列ドライバおよび行ドライバも共に接続されている。ド ライブ信号３４がＭＣＵ１２によりコラムドライブ２６に供給されるよう列ドラ イバおよび行ドライバ２６はＭＣＵ１２に接続されている。

温度センサ２２はライン３６によりＡ／Ｄコンバータ２０に接続されている。

コントローラの作動は次の通りである。要求像（すなカストリーム３８を介して 、非同期式に入力され、マルチポートビデオＲＡＭメモリ１８にロードされる。

ビデオメモリの各バイトは要求された像の一つのピクセルに対応する。各バイト の数値は特定のグレイレベルを示している。例えば、ゼロは白色であり、１２７ は黒色を示し、６４は５０％のグレイレベルを示す。このビデオメモリにおける 要求像の数値表示のことを「要求像アレイ」と称す。

入力される要求像はデジタル化されたテレビ信号と、グラフィックハードウェア とソフトウェアの組み合わせにより達成されたデジタル化されたグラフィックま たは像形成デバイスにより発生されたデジタル化された像を含む（これらのみに 限定されず）任意のデジタル化された像信号でよい。この要求された像データは 液晶ディスプレイ１０上のピクセルのフォーマットに応じた態様で、要求像アレ イ内（すなわちビデオＲＡＭメモリ１０内）の特定順序のアドレスに記憶される 。

ＲＡＭメモリ１６は、ドライブ制御室を計算するために用いられるメモリのいく つかのブロックを含む。メモリの一つのブロックを「シミュレートされた像アレ イ」と称す。このシミュレートされた像アレイではメモリの各バイトは実際の液 晶ディスプレイ１０内の一つのピクセルに対応し、各バイトの数値は上記のよう なグレイレベルを表示する。このシミュレートされた像アレイは液晶ディスプレ イ１０のリアルタイムのステータスを表示するよう、リアルタイムで連続的にア ップデート（更新）される。これによってオープンループの制御用の手段が提供 される。シミュレートされた像アレイ内のメモリのバイトのフォーマットおよび 配列順序は（ビデオＲＡＭメモリ１８内に記憶されている）要求像アレイ内のメ モリのバイトのフォーマットおよび順序と同一である。特に、これらメモリのブ ロックのいずれも液晶ディスプレイ１０上のピクセルのフォーマットに対応して いる。

「ピクセルバイアスバイオレーションアレイ」と称されるＲＡＭメモリ１６の第 ２ブロツクはピクセル上の純直流バイアスのトラックを維持するのに専ら用いら れる。

このメモリのブロックは各ピクセルに１バイトが割り当てられているという点で 、要求像アレイおよびシミュレートされた像アレイと同じ順序にされており、こ のメモリブロックの配列は液晶ディスプレイ１０上のピクセルのフォーマットに 対応している。ピクセルバイアスバイオレージジンアレイ内の各メモリバイトに はリアルタイムで数値が割り当てられ、各ピクセル上での現在の蓄積直流バイア スおよび極性を表示する。−１２７〜１２８までのレンジがあるこれらの値は、 いつＭＢＶＴに達したかどうかを判断するのにディスプレイコントローラ１１に よって使用される。

ＲＡＭメモリ１６の第３ブロツクを「差分アレイ」と称す。メモリのこのブロッ クも液晶ディスプレイ１０内のピクセルの分布に対応するように配置されている 。この差分アレイ内に記憶された値は（要求像アレイ内に示されているような） 最新の要求像と、（シミュレートされた像アレイ内に表示されているような）デ ィスプレイピクセルの現在のグレイレベルとの間のグレイレベル差を示している 。この差分アレイを計算するための手段について後述する。

ＭＣＵ１２は液晶ディスプレイ１０に要求像が表示されるようにするドライブ案 を発生する。ＲＯＭメモリ１４に記憶されたプログラムインストラクションおよ びパラメータは、第７図のフローチャートに示されているＭＣＵ１２の作動を指 示する。初期化シーケンスの後にＭＣＵ１２はＡ／Ｄコンバータ２０にアクセス し、液晶ディスプレイ１０の周辺温度を読み出すことにより作動を開始する。液 晶ディスプレイ１０の作動中に周期的に再読み出しされるこの温度の値は、第４ 図のグラフに示されているような温度変化と共に変わる液晶ディスプレイ１０の 物理的特性変化を補償するものに使用される。

ＭＣＵ１２が読み出す温度値はＲＯＭメモリ１４に記憶されているルックアップ データテーブルと比較される。

このＲＯＭメモリでは周辺温度変化を補償するのに、ドライブ計算パラメータを どのように変化すべきかを示す「補償値」を読み出すようになっている。

ＭＣＵ１２は次に、シミュレートされた像アレイに記憶されている値と、要求像 アレイに記憶された値とのバイト差により１バイトを計算するルーチンを実行す る。

これを行うため、ＭＣＵ１２はＲＡＭメモリ１６のシミュレートされた像アレイ 専用のＲＡＭメモリ１６の部分内のメモリ値にアクセスし、これら値とビデオＲ ＡＭメモリ１８内の対応する値とを比較する。ＭＣＵ１２は比較、演算および論 理演算等の公知の技術を用いて、メモリ内の対応する値の間の数値差を決定する 。これらの計算された値は、液晶ディスプレイ１０上の各ピクセルの現在のグレ イレベルと、各ピクセルの要求されたグレイレベルとの差を示しており、これら の計算された値は次に「差分アレイ」としてＲＡＭメモリ１６内にセットされた メモリブロック内に記憶される。データバス２８、アドレスバス３０および制御 バス３２の信号を用いる公知のメモリアクセスにより種々のメモリ素子（ＲＡＭ メモリ１６、ＲＯＭメモリ１４およびビデオＲＡＭメモリ１８）への書き込み、 およびこれらからの読み出しがなされる。ビデオＲＡ　Ｍメモリ１８は、デジタ ル像が一つのポートを介して入力される間、別のポートによりＭＣＵ１２がビデ オＲＡＭメモリ１８からの読み出しができるようにマルチポートとして指定され ている。ｐ３１〜ＩＣＵ　１２は、ＭＣＵ１２　（Ｍ０６８３３２ユニット）上 のオンチップサブシステムである列状シリアルインターフェース（ＱＳりおよび 機能制御ラインを介して列ドライバ２４および行ドライバ２６にドライブパター ンおよび信号を送る。列ドライバ２４および行ドライバ２６にドライブ信号を送 るのに必要な動作シーケンスは次の通りである。機能ピン１に低論理ステートを 出力する手段により、列ドライバ２４および行ドライバ２６のＨＶＯ４上のラッ チイネーブルピン（Ｌ　Ｅ）を低論理ステートにする。ドライブ信号を表示する 二進データがＱＳＩおよびＭＣＵ　（ＭＣ６８３３２ユニツト）のオンチップタ イムプロセッサユニット（Ｔ　Ｐ　Ｕ）を使用して、ＭＣＵ１２から送信される 。これらデータはｔ（ＶＯ４上の「データイン」ピンに送信され、ＨＶＯ４の「 クロック」ピン上で同期化される。本例におけるデータ送信レートはＨＶＯ４の 最大スループットにより決まる制限である最大値として８　Ｍ　Ｈｚに限定され る（ＭＣＵ１２からの追加制御ラインを必要とすることなく複数のＨＶＯ４を使 用できる）。これは、先のＨＶＯ４の「データ出力」ピンが、後続のＨＶＯ４の 「データイン」ピンに接続されるようにＨＶＯ４をシリアルに配置することによ り達成される。

従って、ドライブ信号データはＭＣＵ１２により計算され、ＲＡＭメモリ１６に ロードされる。ドライブ信号データは列電極および行電極の組み合わせ数に等し い数のビットにより表示される。一旦、ドライブ信号の全シーケンスがＲＡＭメ モリ１６にロードされると、これらドライブ信号はＨＶＯ４シフトレジスタにシ フトされる。

これらビットがすべてクロック化され、列および行ドライバ内にシフトされた後 で、ＭＣＵ１２はＨＶＯ４上のＬＥピンを高レベルにする。これによりデータは ＨＶＯ４内にラッチされると共に、液晶ディスプレイ１０の列および行電極に接 続されている出力ドライブライン上の対応するドライブ信号を利用できる。１に セットされていたビットは、対応する電極を高電圧に駆動し、０にセ゛ットされ ていたビットは、対応する電極を低電圧にセットする。本実施例の説明上、低電 圧は０ボルトであり、高電圧はＨＶＯ４の仕様に従い、５ボルトと３ボルトとの 間の任意のレベルにセットできる。

これまで説明し、図示したようなドライブ案は、液晶ディスプレイ１０の電極に 印加されるような、パルス幅変調、パルス周波数変調およびパルス幅変調とパル ス周波数変調の組み合わせを利用するドライブパターンを発生できる。パルス振 幅変調を利用するドライブパターンの発生を行うには、ＨＶＯ４を多数のＤ／Ａ コンバータ、多数の信号レベルマルチプレクサまたは他のアドレス指定可能な振 幅変調回路のような回路と置換しなければならない。マルチポートのＤ／Ａコン バータを使用すれば、必要な出力信号が得られる。パルス振幅変調を用いると、 ディスプレイドライブ制御の柔軟性が高まり、これによりディスプレイの制御性 が改善され、よってディスプレイの画質も改善される。行および列電極において 、Ｄ／Ａコンバータまたは他のアドレス指定可能な振幅変調回路を用いることは 、図示するようなシリアル−パラレルコンバータを使用することの代替方法であ る。シフトレジスタとしてアドレス指定できる多数のＤ／Ａコンバータを得る一 つの手段は、米国カリフォルニア州すンフォセのエクサ−コーポレーションから 市販されているセミカスタムのりニア／デジタルマスターチップを使用すること である。ドライブパルスの周波数、幅および振幅の変調は、列および行電極に印 加されるパルスの積分によりピクセルの両端で所望の電圧レベルが得られるよう に行われる。

本実施例では、コントローラのインストラクションのうちの一つは、どのピクセ ルエネルギーレベルを特定のグレイレベルのグレイ許容バンド内に維持するかと いうことである。このことはピクセルの要求されているグレイレベルと無関係に 、すべてのピクセルがフルオンからフルオフまでのすべてのグレイレベルの間で 連続的に変動するような従来技術と対照的である。このような極端な変動は従来 技術の交流波形ドライブ技術で特有なものである。

従来の液晶ディスプレイドライブ技術を悩ましてぃた別の問題は、ディスプレイ のビューイング角が狭いことである。本発明はドライブ極性の一方の端の完全黒 色状態から０電圧状態を通ってドライブ極性の一方の端の黒色まで連続的にピク セルを駆動する代わりに、グレイバンド内にピクセルを維持することにより、液 晶ディスプレイのビューイング角を最大にしている。

システム動作 第１図に示すディスプレイシステムの制御および動作は、システムの要件、制限 および手段内で行わなければならない。これらについて下記のように説明する。

ディスプレイシステムの要件は次の通りである。

１、各ピクセルは要求されたグレイレベルの許容バンド内に維持しなければなら ない。これは所望の像を発生するのに必要である。

２、いかなるピクセルもＭＢＶＴに達しないように、各ピクセルで蓄積されるバ イアスをシミュレートし、モニタしなければならない。このことはディスプレイ の劣化を防止する上で必要である。

３、すへてのピクセルは要求されている４５分の１〜４５分の２秒内で、新しく 要求されているグレイレベルを達成しなければならない。このスピードはアニメ ーションディスプレイに対して必要である。はとんどのコンピュータディスプレ イのようなより静的な像に対しては、この要件は２分の１秒程度に緩和できる。

ディスプレイシステムの特有の欠点とは次の通りである。

１、ディスプレイ制御システムはオープンループである。本発明で教示されてい るディスプレイシミュレーション手段は、従来のディスプレイ制御システムと比 較して液晶ディスプレイ１０の制御を改善するものである。

２、ＭＣＵ１２が行うべき計算のために、電極へのドライブ信号の印加時に待ち 時間を設けなければならない。

ドライブコントローラのアップデートの間の時間が短くなればなるほど（すなわ ちＭＣＵ１２が新しいドライブ法を早く計算できればできるほど）、下記のよう に液晶ディスプレイ１ｏの性能が良くなる。

本発明が作動のための手段として用いる液晶ディスプレイ１０の特性は次の通り である。

１、液晶ディスプレイのピクセルの電気光学的ターンオン曲線は、ターンオフ曲 線よりも高速である。このような特性により、コントローラ１１はピクセルの透 明度が特定のグレイバンドの低い許容度よりも低くディケイする前に、ピクセル をリフレッシュ（その電極間に別の電圧パルスを印加）できる（第６図参照）。

２、液晶分子は減衰振動子と同じようにエネルギーを蓄積し、エネルギーがピク セルの電極間に印加される電界の印加により流入する。このような特性により、 ピクセルハワー変調ドライブ技術が有効となる。

３．１！極の接続部に生じる容量により、パワー゛変調技術を用いてピクセルの 両端に選択的ＲＭＳ直流電圧を発生できる。

４、列電極の電圧レベルおよび行電極の電圧レベルにより生じる電位差により、 ピクセルに種々の電圧レベルを印加できる。

５、任意の順序で列および行電極にドライブ信号を印加したり、同時に多数の電 極にドライブ信号を印加できる。

ディスプレイ制御 第１図を参照する。ディスプレイシステムの電源が最初にオンされる時、ＲＡＭ メモリ１６に記憶されていたシミュレートアレイ内の像は黒色である。次に、要 求像データストリーム３８からマルチポートビデオＲＡＭメモリ１８に最初に要 求されたデジタル化像がロードされる。次に、上記のように差分アレイが計算さ れ、差分アレイメモリにロードされる。（この起動時の特殊な時期ではシミュレ ートされた像アレイ内のすべての値はＯであるので、差分アレイは要求された像 アレイに等しい。）次にＭＣＵ１２はドライブパターンを発生し、このドライブ パターンは列ドライバ２４および行ドライバ２６を介して列および行電極に印加 される。駆動パターンは上記のように列ドライバ回路および行ドライバ回路にロ ードされる二進シーケンスに対応する。二進パターンの長さはＲ＋Ｃ（ここでＲ はドライブする列の数を示し、Ｃはドライブする行の数を示す）に等しい。

第７図はディスプレイコントローラ１１のＭＣＵ１２により実行されるプログラ ムのフローチャートである。

ＲＯＭメモリ１４にはこのプログラムのためのインストラクションが入っている 。

図示するように、電源をオンにした（楕円の６０）後は、ブランクディスプレイ （ブロック６１）にて作動が始まる。このディスプレイはＭＣＵ１２が初期化プ ロセス（フロック６２および６３）の実行を完了するまでブランクのままである 。

初期化プロセス（ブロック６２）はプロセッサのレジスタ、ＲＡＭメモリ１６お よびドライブ回路内のレジスタを既知の値にセットする。ＲＡＭメモリ１６は既 に述べたように変数、ポインタおよびメモリアレイを含んでいる。グレイレベル およびバイアスレベルのシミュレートされた値の適正なプログラムフローおよび 適正な蓄積を行うには、ＲＡＭメモリ１６を既知の値に初期化することが重要で ある。

次に、ＭＣＵ１２のタイマ一部品を初期化（ブロック６３）し、実行状態にセッ トする。本発明で選択されているＭ　Ｃ６８３３２テあ６ＭＣＵ１２ｉｉ、ｃＰ Ｕ回路基板に設けられたタイムプロセッサユニット（ＴＰＵ）と称される巧妙な タイマーを用いている。このＴＰＵはＣＰＵと並列に作動し、インターバル時間 の測定および蓄積に必要となっている。このような能力により、マイクロコント ローラ１１はグレイレベルおよびバイアスバイオレーション値を計算できるが、 その理由はこれら機能は時間に依存した特性であるからである。

Ｍ　ＣＵ　１２は、次にディスプレイの温度を読み出す（ブロック６４）。この 温度の値はＲＡＭメモリ１６内に記憶されたメモリ変数およびポインタをアップ デートするのに使用される。これら変数およびポインタは、温度と共に変化する 液晶ディスプレイ１０の特性を特定しているＲＯＭメモリ１４に記憶されたデー タと組み合わされて作用する。第７図に示すように、コントローラ１１の全作動 にわたって、ディスプレイ温度を読み出す作動が連続して繰り返される。

ＭＣＵ１２は次に、上記のように差分アレイを発生する（ブロック６５）。この 作動は種々のピクセルをドライブすべき強度を決める。

ドライブパターンを発生する（ブロック６６）次の作動では、個々のピクセルの これら強度の要件が必要である。ドライブパターンを発生するため、ＭＣＵ１２ は個々のピクセルで所望の電圧を発生する電極にてドライブ電圧のシーケンスを 設定しなければならない。このドライブパターンはメモリに記憶されるビットパ ターンのシーケンスに変換され、メモリはこれらパターンがドライブ回路（ＨＶ Ｏ４）にロードされる際、所望のドライブパターンを合成する。

オートビット転送を起動するよう、ＱＳＩを初期化するという次の作動（ブロッ ク６７）により、ＣＰＵ基板上のＱＳＩ回路はメモリアレイビットパターンをド ライバ回路に転送する。ドライブパターンの発生時にＭＣＵ１２はメモリ内のシ ミュレートされた像アレイおよびバイアスバイオレーションアレイをアップデー トする。これらアレイは温度補正値およびＲＯＭメモリ１４に記憶されているよ うな液晶ディスプレイ１０の特定の性質と共に発生ドライブパターン、印加時間 長さおよび電圧レベルに基づいてアップデートされる。この作動の時点では、ド ライブパターンは液晶ディスプレイ１０に出力され、ピクセルのシミュレートさ れたグレイレベルおよびバイアスバイオレーションレベルはアップデート（ブロ ック６８および６９）され、ＲＡＭメモリ１６内の対応する位置に記憶される。

ＭＣＵ１２は次に、バイアス調和方法（楕円７２）の時間かどうか判断（菱形ブ ロック７０および７１）する。ＭＣＵ１２がメモリに記憶されているピクセルの シミュレートされたバイアスバイオレーション値を比較することにより、ピクセ ルまたはピクセルグループがＭＢＶＴに接近していると判断すれば、バイアス調 和法（楕円７２）が開始される（菱形ブロック７０への回答がｙｅｓである）。

ＭＢＶＴに達していない場合（菱形ブロック７０の回答がｎｏである場合）、Ｍ ＣＵ１２は温度の読み取り値をアップデートする時間かどうか（菱形ブロック７ １）を決定する。

新しい温度の読み取りが必要であれば（菱形ブロック７１への回答がｙｅｓであ る場合）、プログラムの実行は「温度を読み出し、テーブルを調節する」作動（ ブロック６４）からのサイクルを繰り返す。新しい温度の読み取りが不要であれ ば（菱形ブロック７１への回答がｎｏである場合）、ＭＣＵ１２はプログラムの 実行を差分アレイを発生するブロック６５に進める。

ＲＭＳ差分アレイを発生する（ブロック７３）ことにより、バイアス調和ルーチ ン（楕円７２）が開始する。

ＲＭＳ差分アレイは種プログラム内で発生される差分アレイには似ていない。先 に述べたように、メインラインプログラムで発生される差分アレイは各ピクセル の現在のグレイ値と要求されているグレイ値との差である。このような差の値の 表示は、ドライブ信号を発生するのに使用される。

ＲＭＳ差分アレイはバイアス調和中にピクセルをドライブするのに必要なドライ ブレベルおよび極性を示すものである。このバイアス調和法では、ピクセルが逆 極性にドライブされる際、０電圧状態に向かい、この０電圧状態を横断する際に 生じるグレイレベルの視覚的なフェード現象を補償するため、要求されているグ レイレベルよりも暗いグレイレベルに各ピクセルを一時的にドライブすることを 行う。

次に、ＭＣＵ１２は演算否定プログラムインストラクションによりメモリ変数の 極性を反転する（ブロック７４）。この動作は、ＭＣＵ１２が液晶ディスプレイ １゜を逆の電圧極性でドライブしていても、ＭＣＵ１２が主プログラム内のルー チンを連続して使用できるような手段を提供するものである。

ＭＣＵ１２は次に、ＲＭＳドライブパターンを発生する（ブロック７５）。この パターンは先に述べたように、極性を反転する際にグレイレベルが視覚的にフェ ードする問題を解消するために発生される。次にプログラムはブロック６７（オ ートピット転送を開始するようＱＳＩを初期化する）に戻る。

次にタスク制御図である第８図を参照する。タスク制御８１は４つの主要レベル 制御タスクの実行を定めるマルチタスク制御である。主要レベル制御タスクとは 、周辺温度のモニタ８２と、ディスプレイ制御８３と、極性反転８４と、バイア スバイオレーションのモニタリング８５である。ディスプレイ制御８３の実行は 制御システム時間の主要部分を占める。ディスプレイ制御８３は、サブタスク８ ６（差分像アレイを発生する）をコールし、次にこのサブタスク８６はサブタス ク８７（ドライブ方法を発生する）をコールする。次のサブタスクはサブタスク ８７にコールされ、サブタスク８７はサブタスク８８（リアルタイムのシミュレ ートされた像アレイをアップデートする）と、サブタスク８９（電極における電 圧を合成する）と、サブタスク９０（リアルタイムでバイアスバイオレーション アレイをアップデートする）とにより読み出される。サブタスク８７（ドライブ 方法を発生する）はサブタスク８６（差分像アレイを発生する）に応答するだけ でなく、液晶ディスプレイ１０の特定パラメータおよびコントローラ１１にプロ グラムされている特定ドライブ方法（例えばマルチラインデマンドでドライブさ れる完全飽和ドライブ）にも応答する。サブタスク８７により発生されるドライ ブ方法は、サブタスク８８および９０により読み出され、これらサブタスクはＲ ＡＭメモリ１６内でシミュレートされた像アレイおよびバイアス調和アレイをそ れぞれアップデートし、また、このドライブ方法はサブタスク８９により読み出 され、このサブタスクは実際の液晶ディスプレイ１０上の電極にリクエストされ た電圧レベルを印加する。

サブタスク８９は液晶ディスプレイ１０に直接作動する。既に述べたように、サ ブタスク８７は３つのサブタスク８８．８９および９０により使用されるドライ ブリストを発生する。サブタスク８８はこのリストおよびＲＯＭメモリ１４に記 憶されているデータパラメータを使用し、数のリストを計算し、これをＲＡＭメ モリ１６に記憶されている像アレイメモリに加える。発生されたリストは対応す るメモリセルに加えられる正、負およびゼロの数から成る一組のオフセット変数 であるので、ドライブオンされるピクセルは数値が増し、ドライブされないピク セルは数値が減少する（第６図に示すようなディケイモードになっているからで ある）。変更されないピクセル、例えば（スレッショルド電圧よりも低い）オフ 状態でありドライブされないピクセル、グレイレベルに維持されるピクセルまた はグレイレベルのリセット状態に達した強誘電性ピクセルにはゼロが印加される 。

（注：液晶ディスプレイはいくつかの離散安定グレイレベルを有するマルチステ ーブルデバイスである。）サブタスク９０は直流バイアスバイオレーションに関 連したバイアスバイオレーションオフセット数を発生する。

サブタスク９０はピクセルをドライブするグレイレベルの階調を計算し、次にバ イアスバイオレーションに対応する数値を発生する。これらオフセット数はピク セルが暗くなればなるほど大きな絶対値が、発生されるという基準に基づいて計 算される。これらのオフセット数はバイアスバイオレーションメモリアレイ内の 対応するメモリセル内に加えられる。あるピクセルメモリセルがＭＶＢＴに接近 し、バイアス調和法が実行されると、このタスクにより発生された数の符号が反 転される。例えば、液晶ディスプレイ１０がパワーオンされると、各ピクセルに 対して発生されたバイアスバイオレーションオフセット数はゼロまたは正の数と なる。一つのピクセルがＭＶＢＴに達すると、ドライブ極性が反転され、次にオ フセット値として発生された数は負またはゼロとなる。

このような動作はＭＶＢＴがこの符号で１２７に達するまで続く。次にこのサイ クルが繰り返される。

リクエストされた電圧レベルの印加は、シフトレジスタにロードされるビットパ ターンを変え、よって電極に印加される電圧を変調することにより上記のような パルス幅変調およびパルス周波数変調により実行される。本実施例はこの技術を 使用することにより、すべての電極で離散的かつ再現可能な電圧レベルを同時に 発生できる。

電極へ印加される電圧はこの技術を使用することにより、直流ゼロボルトからデ ィスプレイの最大電圧（例えば直流＋３０ボルトまで選択的に変えることができ る。このレンジの電圧を電極に対し選択的に印加することにより、ピクセル間に 生じる電圧を最大達成電圧と最小達成電圧（例えば直流の＋３０ボルトまたは一 ３０ボルト）のフルレンジ内で変えることができる。上記のような完全飽和ドラ イブ法に対し、本実施例を適用するため、ディスプレイコントローラ１１は複数 の電極に対し複数の電圧を選択的に印加し、上記５つの完全飽和ドライブ法のい ずれかを実施できる。

本実施例におけるＰＰＭドライブ法を発生するためには、次のことを行わなけれ ばならない。

１、特定グレイレベルにピクセルをドライブし、そのレベルに維持すること。

２、バンドの境界点またはその近くでなくて、変動時間の大部分においてグレイ 許容度の中心近くに各ピクセルを維持すること。

３、グレイバンドの中心またはその近くにあるピクセルに印加される単一のドラ イブパルスはピクセルをグレイバンドの外にドライブしてはならない。

４、ピクセルが特定のグレイバンドの下方の境界より低くなる前に、各ピクセル にドライブパルスを印加しなければならない。

５、次のリフレッシュサイクルの前にピクセルがグレイバンドの許容下限値より 低下しないように、グレイバンドの下限近くにあるピクセルに印加されるドライ ブパルスはピクセルに十分なエネルギーを与えること。

６、「ドライブ過渡時間」　（最下グレイレベルにあるピクセルが最高のグレイ レベルまでに変化するのに必要な時間）は時間許容度内にあること。アニメーシ ョンディスプレイに対しては、このドライブ過渡時間は一般に３０分の１秒また はこれよりも短い。コンピュータスクリーンのようなよりスタティックなディス プレイに対しては、この過渡時間は多少緩和できる。

７、「ディケイ過渡時間」　（ピクセルが最高のグレイレベルから最低のグレイ レベルまでディケイするのに要する時間）は、時間許容度内にあること。

各ピクセルを要求されたグレイ許容バンド内に維持するのに十分な周波数、パル ス幅および振幅でピクセルに複数の個々の選択的ドライブパルスを印加すること により、本例では、ピクセルパワー変調を行っている。ピクセルに印加されるエ ネルギー量は、第５図に示すように、電気パルスの幅、周波数および振幅を変調 することにより（ピクセルパワー変調）、かつ、ドライブ信号を電極に印加する 順序および態様をリアルタイムで選択的に決定することにより（選択的リアルタ イムドライブシーケンス制御）、選択的に変えることができる。ピクセルへの電 気パルスの印加によりピクセルのエネルギーレベルが高くなり、これによりピク セルの不透明度が増加する（第６図参照）。ピクセルにパルスが印加されない期 間中はピクセルのエネルギーレベルはゼロに向かって減衰し、ピクセルに別のパ ルスが印加されるまで不透明度は低下する。

第６図では、グレイ許容度のバンドは、非交差領域として示されているが、この ことは、本発明の要件ではない。第６図は、図中に示されている曲線により異な るレベル間で変化するグレイレベルを示す。これらのグレイ許容度バンドは、互 いに当接したり、重なり合ったりする。一般的に、グレイ許容バンドが狭くなれ ばなるほど、液晶ディスプレイ１０のビューイング角およびコントラストは良好 になる。

しかしながら、グレイ許容バンドが広くなれば狭い許容バンドの場合よりもコン トローラ１１に対する要求は少なくなる。本発明は次のように中間グレイレベル も定めることができる。Ｇ　とＧｎとの間の中間グレゴリベル（第６図参照）は 許容バンドの下限部としてＧｎ−１の許容下限値をセットし、許容バンドの上限 部としてＧｎの許容上限値をセットすることにより定める。この方法はＧ　の不 透明度のレンジの下限値からＧｎの不透明度のレンジの上限値までピクセルの不 透明度を変え、認識されるグレイレベルを２つの値の中間にすることができる。

この方法は３つ以上のグレイバンドを重ねることによっても適用できる。

（一つ以上のピクセルがＭＢＶＴに接近している際に）ドライブ信号の極性を反 転する本発明のドライブサイクル内の時点で、バイアス調和法の例外方法を開始 する。

この方法は、ピクセルのバイアスパイオレーシコンステータスを下げ、極性反転 中に生じる認識される低いグレイレベルの光学的効果を補償するものである。ド ライブコントローラがドライブ信号の極性を反転する際、各非白色ピクセルは若 干要求されているグレイレベルを越えたグレイレベル（すなわち要求グレイレベ ルよりも暗いレベル）までドライブされ、ピクセルが０電圧状態を通過する際の ピクセルの見かけ上のグレイレベルの若干の低下を補償する。

本発明で教示されるディスプレイ制御および技術は、能動マトリックス形液晶デ ィスプレイ（ＡＭＬＣＤ）にも適用できる。第３図に示すような能動マトリック ス形液晶ディスプレイは、後方平板２０と能動平板３２を有し、一般に、ＭＯＳ の電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）３４の薄膜マトリックスとして構成さ れているが、他の非線形デバイスを使用することもできる。第３図かられかるよ うに、この能動マトリックスネットワークはＭＯ３ＦＥＴ３４に接続されたソー ス電極およびゲート電極によりアドレス指定され、ＭＯ３ＦＥＴ３４はパネル基 板（または後方平板）３０の列電極Ｙおよび行電極Ｘを通してアドレス指定され るマトリックスである。個々のＭＯ３ＦＥＴ３４は所望のＭＯＳＦＥＴに対応す る列電極Ｙおよび行電極Ｘを介してゲートおよびソースのアドレス指定をするこ とにより、ＯＮにスイッチングされる。これらＭＯＳＦＥＴは一般にガラス上に 堆積された薄膜としてディスプレイに使用される。ディスプレイ内で能動デバイ スを使用する目的は、スレッショルドターンオンレベルを高め、これによりクロ ストーク電圧を低くすることにある。すなわちクロストークにより誘導されたノ イズにより生じるディスプレイのコントラストの低下を少な（することにある。

能動マトリックス形液晶ディスプレイにおけるピクセルのアドレス指定は、ＡＭ ＬＣＤをアドレス指定し、これによりＭＯＳＦＥＴのドレイン電極を介してピク セルを間接的にアドレス指定し、ドレイン電極とディスプレイの裏面の基板にあ る後方平板電極との間に電界を発生することにより行う。

交流ドライビングは、フレイムサイクルごとにＭＯＳＦＥＴのソース電極に印加 されているドライブ信号の極性を反転することにより行っている。

能動マトリックス形液晶ディスプレイでは、電極に印加すべき適当な電圧レベル を決める上で受動マトリックス形液晶ディスプレイと比べて更に別の要因を考慮 しなければならない。能動マトリックス形液晶ディスプレイでトランジスタを使 用していることにより（トランジスタのドレイン電極を介して）ピクセルに印加 される電圧は、ソースの電圧、ゲートの電圧、およびトランジスタのベータ特性 に応じて決まる。従来の能動マトリックス形液晶ディスプレイは、ノブアキその 他の者に発行された米国特許第４．８３０．４６６号に教示されているように従 来の受動マトリックス形液晶ディスプレイに類似するタイムアドレスシーケンス で一本のラインを使用する。本発明に教示されているようなディスプレイドライ ブおよび制御技術を能動マトリックス形ディスプレイに適用するには、ディスプ レイコントローラの設計者は、これらの要因を考慮して列電極および行電極へ印 加される電圧レベルを調節しなければならない。このような調節は、ディスプレ イ内に使用されているトランジスタ（または、他の能動的デバイス）の電気的特 性に応じてディスプレイごとによって異なる。

本出願は、本発明の原理のいくつかの実施例を示しているが、本発明の範囲は添 付した請求の範囲により解釈される。添付された請求の範囲内には、当業者に明 らかな変形例および変更例が含まれる。

ＦＩＧ、１ Ｃｕ ＦＩＧ、５Ａ ＦＩＧ、５８ ＦＩＧ、５Ｃ ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、　８

Claims (82)

【特許請求の範囲】
1. １． ピクセルのアレイ内に要求された像をディスプレイするためのシステムで あり、前記ピクセルアレイは前記要求された像を発生するようドライブされ、前 記ピクセルはドライブされた制御自在なグレイレベルのレンジ内で作動し、前記 ピクセルの各々に印加された電界に応答自在な前記ピクセルの各々によりグレイ レベルがディスプレイされるディスプレイシステムにおいて、前記アレイ内のピ クセルの電気光学的状態を記憶するためのメモリ手段と、 選択的なピクセルにドライブ信号を印加するためのドライバ手段と、 要求された像および前記ピクセルに生じる電気光学的状態に応答自在な、ピクセ ルに印加される前記ドライブ信号のレベルを制御するための手段とを備えるディ スプレイシステム。
2. ２．前記ディスプレイはピクセルの列および行のマトリックスアレイを備える請 求項１のシステム。
3. ３．前記ドライバ手段はマトリックスアレイ内の前記ピクセルのいずれかに前記 ドライブ信号を選択的に印加するための手段を備える請求項２記載のシステム。
4. ４．前記ピクセルのうちの少なくとも複数は、最大バイアスバイオレーション許 容値（ＭＢＶＴ）を示し、作動中の前記ピクセルの各々はピクセル上に直流バイ アスレベルを蓄積し、前記システムは更に前記ピクセルの前記ＭＢＶＴと前記ピ クセル上に生じる蓄積された直流バイアスレベルとを比較するための手段を備え る請求項３記載のシステム。
5. ５．更にマイクロプロセッサを備え、前記メモリ手段は前記ピクセルの現在の電 気光学的状態の表示を記憶し、前記ディスプレイをシミュレートするための手段 を備え、前記マイクロプロセッサは前記メモリ手段に接続されており、ピクセル の前記アレイ上に求められているディスプレイを示す要求されている信号を発生 するための要求像手段を備え、前記要求像手段は前記マイクロプロセッサに接続 されており、前記ピクセルの現在の電気光学的状態の前記表示と、前記要求像信 号とを比較すると共に、前記比較に応答して制御信号を発生するための手段を備 え、前記制御信号は前記ドライバ手段に供給され、前記ピクセルのための前記ド ライブ信号を発生するようになっている請求項３記載のシステム。
6. ６．更にマイクロプロセッサを備え、前記メモリ手段は前記ピクセルの現在の電 気光学的状態の表示を記憶し、前記ディスプレイをシミュレートするための手段 を備え、前記マイクロプロセッサは前記メモリ手段に接続されており、ピクセル の前記アレイ上に求められているディスプレイを示す要求されている信号を発生 するための要求像手段を備え、前記要求像手段は前記マイクロプロセッサに接続 されており、前記ピクセルの現在の電気光学的状態の前記表示と、前記要求像信 号とを比較すると共に、前記比較に応答して制御信号を発生するための手段を備 え、前記制御信号は前記ドライバ手段に供給され、前記ピクセルのための前記ド ライブ信号を発生するようになっている請求項４記載のシステム。
7. ７．前記制御信号を調節するよう前記マイクロプロセッサに接続された、前記ピ クセルアレイの環境に応答する周辺信号手段を更に備えた請求項５記載のシステ ム。
8. ８．前記周辺信号手段はピクセルアレイの環境温度に応答自在である請求項７記 載のシステム。
9. ９．前記周辺信号手段はピクセルアレイの周辺光条件に応答自在である請求項７ 記載のシステム。
10. １０．前記ＭＶＢＴに達する危険性が最大であるピクセルを識別するための手段 を更に備えた請求項４記載のシステム。
11. １１．ピクセルはすぐにＭＶＢＴに達することを検出した際に、ドライバ信号の 特性を反転するための手段を更に含む請求項４記載のシステム。
12. １２．ピクセルはすぐにＭＶＢＴに達することを検出した際に、ドライバ信号の 特性を反転するための手段を更に含む請求項１０記載のシステム。
13. １３．ピクセルはすぐにＭＶＢＴに達することを検出した際に、ドライバ信号の 特性を反転するための手段を更に含む請求項５記載のシステム。
14. １４．ピクセルのアレイをドライブするためのシーケンスは前記ピクセル上のそ の時の電気光学的状態に応答自在である請求項１記載のシステム。
15. １５．前記マイクロプロセッサによりピクセルをドライブするため発生される前 記制御信号は、そのピクセル近くに位置するピクセル上に生じるグレイレベルに 応答自在である請求項５記載のシステム。
16. １６．前記ドライブ信号はピクセルに印加できる電圧レベルのレンジの振幅内に あるレベルとなるよう制御自在である請求項１記載のシステム。
17. １７．前記ドライブ信号はピクセルに印加できる電圧レベルのレンジの振幅内に あるレベルとなるよう制御自在である請求項５記載のシステム。
18. １８．前記ドライブ信号はピクセルに印加できる電圧レベルのレンジの振幅内に あるレベルとなるよう制御自在である請求項６記載のシステム。
19. １９．前記ドライブ信号を制御するための前記手段はピクセルに前記ドライブ信 号を印加できる停止時間を制御するための手段を備えた請求項１記載のシステム 。
20. ２０．前記ドライブ信号を制御するための前記手段はピクセルに前記ドライブ信 号を印加できる停止時間を制御するための手段を備えた請求項５記載のシステム 。
21. ２１．前記ドライブ信号を制御するための前記手段はピクセルに前記ドライブ信 号を印加できる停止時間を制御するための手段を備えた請求項６記載のシステム 。
22. ２２．前記ドライブ信号を制御するための前記手段は、個々のピクセルに印加さ れるドライブ信号の周波数を変えるための手段を備えた請求項１記載のシステム 。
23. ２３．前記ドライブ信号を制御するための前記手段は、個々のピクセルに印加さ れるドライブ信号の周波数を変えるための手段を備えた請求項５記載のシステム 。
24. ２４．前記ドライブ信号を制御するための前記手段は、個々のピクセルに印加さ れるドライブ信号の周波数を変えるための手段を備えた請求項６記載のシステム 。
25. ２５．前記ピクセルはこれらピクセルを励起するよう少なくとも一つの後方平板 と一つのセグメント平板との間に位置しており、前記ドライバ手段は後方平板の 機能とセグメント平板との機能を選択的に相互交換するための手段を備えた請求 項１記載のシステム。
26. ２６．セグメント平板の機能と後方平板の機能との選択的な相互交換はリアルタ イムで制御される請求項２５記載のシステム。
27. ２７．前記ピクセルはこれらを励起するよう複数の後方平板と複数のセグメント 平板との間に位置しており、前記ドライバ手段は前記後方平板のうちの少なくと も２つを同時にドライブするための手段を備えた請求項１記載のシステム。
28. ２８．前記ピクセルはこれらを励起するよう複数の後方平板と複数のセグメント 平板との間に位置しており、前記ドライバ手段は前記後方平板のうちの少なくと も２つを同時にドライブするための手段を備えた請求項５記載のシステム。
29. ２９．前記ピクセルはこれらを励起するよう複数の後方平板と複数のセグメント 平板との間に位置しており、前記ドライバ手段は前記後方平板のうちの少なくと も２つを同時にドライブするための手段を備えた請求項６記載のシステム。
30. ３０．前記要求されている像と、前記ピクセル上のその時の電気光学的状態との 差に対応する差分像アレイをリアルタイムで前記メモリ手段に発生するための手 段を更に備えた請求項１記載のシステム。
31. ３１．差分像アレイを発生するための前記手段はリアルタイムで作動する請求項 ３０記載のシステム。
32. ３２．前記要求されている像と、前記ピクセル上のその時の電気光学的状態との 差に対応する差分像アレイを前記メモリ手段に発生するための手段を更に備えた 請求項５記載のシステム。
33. ３３．差分像アレイを発生するための前記手段はリアルタイムで作動する請求項 ３２記載のシステム。
34. ３４．ドライブ信号を選択自在なピクセルに印加するための前記手段は、次の最 大ドライブ信号を必要とする前記ピクセルに応答するシーケンスで一時に一つの ピクセルをドライブして、前記要求像を発生するための手段を備える請求項１記 載のシステム。
35. ３５．前記メモリ手段は前記ピクセルの純蓄積直流バイアスレベルの表示を格納 する請求項１記載のシステム。
36. ３６．前記ピクセルは能動マトリックス形ディスプレイを構成する請求項１記載 のシステム。
37. ３７．前記能動マトリックス形ディスプレイは複数のアドレス指定可能な能動デ バイスを備え、前記アドレス指定可能な能動デバイスの異なるデバイスは、逆極 性で同時にドライブできる請求項３６記載のシステム。
38. ３８．前記能動マトリックス形ディスプレイは複数のアドレス指定可能な能動デ バイスを備え、前記アドレス指定可能な能動デバイスの異なるデバイスは、逆極 性で同時に選択的にドライブできる請求項３６記載のシステム。
39. ３９．前記アドレス指定可能な能動デバイスの異なるデバイズは、同時に選択的 にドライブまたは放電できる請求項３７記載のシステム。
40. ４０．前記アドレス指定可能な能動デバイスは、バイアス調和法を受け、前記ア ドレス指定可能な能動デバイスの各々のバイアス調和は前記ディスプレイの他の 素子と独立して制御自在である請求項３７記載のシステム。
41. ４１．前記メモリ手段は前記ピクセルの純蓄積直流バイアスレベルの表示を格納 し、前記アドレス指定可能な能動デバイスの純蓄積直流バイアスレベルは別々に 蓄積される請求項３６記載のシステム。
42. ４２．前記ピクセルは能動マトリックス形液晶ディスプレイを構成する請求項１ 記載のシステム。
43. ４３．ドライブ信号を選択自在なピクセルに印加するための前記手段は、次の最 大ドライブ信号を必要とする前記ピクセルに応答するシーケンスで前記ピクセル をドライブして、前記要求像を発生するための手段を備える請求項１記載のシス テム。
44. ４４．前記ピクセルは受動マトリックス形ディスプレイを構成する請求項１記載 のシステム。
45. ４５．前記ピクセルは受動マトリックス形液晶ディスプレイを構成する請求項１ 記載のシステム。
46. ４６．ディスプレイ像を発生する複数の液晶ディスプレイのピクセルをドライブ するためのドライバシステムであって、前記複数のピクセルのうちの個々のピク セルの電気光学的状態の表示に応答自在なシーケンスで前記ピクセルをドライブ して前記ディスプレイ像を発生するための手段を更に含むドライバシステム。
47. ４７．前記複数のピクセルは列および行に配列されている請求項４６記載のシス テム。
48. ４８．前記ピクセルの各々は最大バイアスバイオレーション許容度（ＭＶＢＴ） を有し、前記ピクセルのうちのいずれがＭＶＢＴに接近するかどうかを決定する 際に、ドライバ信号の極性を反転するための手段を含む請求項４６記載のシステ ム。
49. ４９．前記ピクセルの各々は最大バイアスバイオレーション許容度（ＭＶＢＴ） を有し、前記ピクセルのうちのいずれかがＭＶＢＴに達する前に、ドライバ信号 の極性を反転するための手段を含む請求項４６記載のシステム。
50. ５０．前記ディスプレイ像は前記ディスプレイ像が発生する要求されたディスプ レイ像であり、前記ピクセルをドライブして前記ディスプレイ像を発生する前記 手段は、前記ピクセルの現在の電気光学的状態を表示し、かつ前記ピクセルにド ライブ信号を印加するための手段を備え、前記ドライブ信号のレベルは前記要求 されたディスプレイと各ピクセルの現在の電気光学的状態の前記表示との差に応 じて決まる請求項４６記載のシステム。
51. ５１．前記ピクセルをドライブするシーケンスは前記ピクセルに必要なドライブ 信号のレベルに応答自在である請求項５０記載のシステム。
52. ５２．現在の電気光学的状態を表示するための前記手段および前記表示と前記要 求されたディスプレイとを比較するための手段はリアルタイムで作動する請求項 ４６記載のシステム。
53. ５３．前記ピクセルのバイアス電圧の履歴を格納するための手段を更に備える請 求項４６記載のシステム。
54. ５４．前記液晶ディスプレイのピクセルは複数の後方平板に接続されており、前 記ドライバシステムは複数の前記後方平板を同時にドライブするための手段を備 える請求項４６記載のシステム。
55. ５５．前記ドライバシステムは前記ピクセルをリアルタイムでドライブする請求 項４６記載のシステム。
56. ５６．前記ドライバシステムは前記ピクセルを非同期式にドライブする請求項５ ５記載のシステム。
57. ５７．前記ピクセルは能動マトリックス形ディスプレイを構成する請求項５６記 載のシステム。
58. ５８．前記液晶ディスプレイは能動マトリックス形液晶ディスプレイである請求 項４６記載のシステム。
59. ５９．前記能動マトリックス形液晶ディスプレイは複数のアドレス指定可能な能 動デバイスを備え、前記アドレス指定可能な能動デバイスの異なるデバイスは同 時に逆極性でドライブできる請求項５８記載のシステム。
60. ６０．前記能動マトリックス形液晶ディスプレイは複数のアドレス指定可能な能 動デバイスを備え、前記アドレス指定可能な能動デバイスの異なるデバイスは同 時に選択的に逆極性でドライブできる請求項５８記載のシステム。
61. ６１．前記アドレス指定可能な能動デバイスの異なるデバイスは、同時に選択的 にドライブまたは放電できる請求項６０記載のシステム。
62. ６２．前記アドレス指定可能な能動デバイスは、バイアス調和法を受け、前記ア ドレス指定可能な能動デバイスの各々のバイアス調和は前記ディスプレイの他の 素子と独立して制御自在である請求項５９記載のシステム。
63. ６３．前記液晶ディスプレイは自動マトリックス形液晶ディスプレイである請求 項４６記載のシステム。
64. ６４．複数のピクセルをドライブして要求された像をディスプレイするためのデ ィスプレイドライバであって、前記ピクセルはドライブデューティサイクル、ド ライブリフレッシュレートおよび後方平板／セグメント平板ドライブ機能を有し 、更に個々のピクセル上の電圧状態に応答してリアルタイムで個々のドライブデ ュティサイクルおよび個々のリフレッシュレートを与えるための手段を含むディ スプレイドライバ。
65. ６５．複数のピクセル上に要求された像を発生するためのシステムであり、前記 ピクセルは所望されたグレイレベルを発生でき、前記ピクセルの現在の電圧状態 をシミュレートするためのシミュレート手段と、該シミュレート手段に部分的に 応答でき、前記ピクセルに対するドライブ信号を発生し、前記要求された像を発 生する手段とを備えたシステム。
66. ６６．前記シミュレート手段は各ピクセルの他の複数のピクセルに対する位置を 識別するための手段を備える請求項６５記載のシステム。
67. ６７．ピクセルは列および行のアレイに配列され、本システムは前記列および前 記行をドライブすることにより前記ピクセルを選択的にドライブするための手段 を備える請求項６５記載のシステム。
68. ６８．前記列および行は逐次ドライブされる請求項６７記載のシステム。
69. ６９．前記列および行は非逐次式にドライブされる請求項６７記載のシステム。
70. ７０．ドライバ手段と要求されたディスプレイ像に応答して前記ドライバ手段に よりドライブされる複数のピクセルとを備えたリアルタイムの像ディスプレイで あって、前記ドライバ手段は前記ドライバ手段に要求された像が印加された時に 実質的に応答して、前記要求されたディスプレイ像を発生するようリアルタイム で前記ピクセルを駆動するための手段を含むリアルタイム像ディスプレイ。
71. ７１．複数の個々のピクセルにより形成されたマトリックス伏のアドレス指定可 能な電気光学的ディスプレイのためのドライブおよび制御装置であって、ピクセ ルごとのピクセル上の現在の電気光学的状態をシミュレートするための手段と、 ピクセルごとに要求された電気光学的状態を発し得するための要求像手段と、前 記ピクセル上の特定のシミュレートされた電気光学的状態および要求された電気 光学的状態に関連したドライブ信号レベルにより前記ピクセルの各々をドライブ するためのリアルタイム制御手段を備えたドライブおよび制御装置。
72. ７２．前記ピクセルは液晶ディスプレイの素子を構成し、ディスプレイ素子の各 々は最大蓄積直流バイアスレベル（液晶ディスプレイ素子はこの最大レベルを超 える直流バイアスレベルを受けてはならない）と、液晶ディスプレイ素子上の直 流バイアスレベル状態を制御するための手段と、直流制御技術を適用して前記画 素をドライブし、前記要求像を発生するための手段とを有する請求項７１記載の 装置。
73. ７３．複数のピクセルから形成されたマトリックス状のアドレス指定可能な電気 光学的ディスプレイのためのドライブシステムであって、前記ピクセルはディス プレイのコントラストを発生するよう駆動され、ディスプレイコントラストはグ レイレベルで表現でき、本ドライブシステムは前記ピクセルに直流電力を加え、 所望のディスプレイコントラストレベルを発生し、前記直流電力レベルの値は最 小印加値と最大印加値の任意のレベルで選択自在であるドライブシステム。
74. ７４．前記グレイレベルは複数のバンドのグレイレベルから成り、前記ドライブ 手段はディスプレイ作動中に前記ピクセルを選択されたグレイレベルに維持する 請求項７３に記載のシステム。
75. ７５．前記ドライブシステムは前記ピクセルにリアルタイムでドライブ信号を印 加する請求項７４記載のシステム。
76. ７６．前記直流電力の値は直流電圧を含む請求項７３記載のシステム。
77. ７７．前記直流電力の値は直流電圧と電力を前記ピクセルに印加する時間とから 成る請求項７６記載のシステム。
78. ７８．複数のピクセルから形成されたマトリックス状のアドレス指定可能な電気 光学的ディスプレイのためのドライブシステムであって、連続したディスプレイ 期間中に像を発生し、前記ピクセルは所望のディスプレイを発生するよう２つの 極性方向のいずれかにドライブでき、複数の連続するディスプレイ期間の間に前 記ピクセルを一つの極性でドライブするための手段を備えたドライブシステム。
79. ７９．前記ドライブシステムは前記ピクセル上の現在の直流バイアスレベルを記 憶し、かつ現在のバイアスレベルと同一の極性を有するドライブ信号を発生する ためのメモリ手段を備えた請求項７８記載のシステム。
80. ８０．前記メモリ手段は連続したディスプレイ期間中に前記ピクセル上の累積直 流バイアスレベルの表示を記憶する請求項７７記載のシステム。
81. ８１．前記メモリ手段は前記ピクセル上の前記バイアスレベルの生じている時間 および現在のバイアスレベルに関連した直流バイアスバイオレーション値を発生 するための手段を含む請求項７８記載のシステム。
82. ８２．前記ピクセルは最大バイアスバイオレーション許容値（ＭＶＢＴ）を有し 、本ドライブシステムは前記ドライブ信号の極性を反転して、前記ピクセルが前 記ＭＶＢＴを超えないように防止する手段を含み、前記ピクセルは初期のディス プレイ期間の間に逆極性方向に若干オーバードライブされ、前記ディスプレイヘ の極性の反転による光学的影響を補償するようになっている請求項７８記載のシ ステム。