KR20050044402A - 표시 구동방법 및 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 화상 표시를 행하는 표시방법으로서, 복수의 서브 필드마다 대응하는 서브 필드 데이터를 펄스폭 변조에 의해 출력하는 것으로 표시소자를 구동한다. 표시소자의 구동에 있어서는, 1필드 기간에 있어서 서브 필드 데이터가 동시에 출력되어 있도록 전체 표시화면의 바꿔쓰기가 완결됨과 함께, 1필드 기간에 있어서의 어떤 시점에 있어서도, 복수의 서브 필드 데이터의 각각이 동시에 출력되어 표시 구동을 행한다. 이와 같은 표시 구동을 함으로서, 1필드 기간의 종료를 가지고, 각 서브 필드에 관한 바꿔쓰기가 완결된다. 이것에 의해, 최소 시간폭에 대응하여 전송되어지는 데이터의 전송속도를 종래의 서브필드 방식에 의한 표시구동보다도 큰폭으로 저하시킬 수 있다.

Description

표시 구동방법 및 표시장치{Display drive method and display apparatus}
본 발명은 표시소자를 구동하는 표시 구동방법 및 표시장치에 관한 것으로서, 특히, 서브필드의 개념에 의거하여 이 서브필드마다 대응하는 데이터를 PWM(펄스폭 변조)에 의해 출력하게 된 표시 구동방법 및 표시장치에 관한 것이다.
본 출원은 일본에서 2001년 11월 22일에 출원된 일본 특허출원 번호2001-357784를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것이며, 이 출원은 참조에 의해 본 출원에 원용된다.
표시소자로서 각종의 광변조 소자를 이용한 것이 널리 공지되어 있다. 그리고, 예를 들면 이와 같은 변조 소자를 표시소자로서 이용한 디스플레이에 있어서는, 광변조를 위한 표시 구동 방식으로서 PWM(Pulse Width Modulation) 방식이 공지되어 있다. 이 PWM 방식은, 예를 들면 광원 휘도는 일정하게 한 다음, 온/오프(발광/비발광)에 의한 2가의 표시 상태 시간폭을 가변함으로서 계조 표현을 하는 것이다.
PWM 방식에 있어서는, 특히 서브필드를 이용한 구동 방식이 알려져 있다. 여기서, 서브필드는 비트 플레인(bit plane)이라고도 한다. 이 구동 방식은 상술한 온/오프(발광(백)/비발광(흑))에 의한 2가의 표시 상태이며, 데이터 비트의 무게에 의해 시간폭이 설정되는 비트 플레인의 조합을 형성하도록 한다. 이들 복수의 비트 플레인(서브필드)의 조합에 의해 표시소자를 구동하는 것으로 계조를 표현하는 것이다.
상술한 바와 같은 PWM 방식에 의한 표시 구동을 행함에 있어서는, 시간폭으로 가중할 필요가 있다. 그리고, 이 경우에 있어서의 최하위 비트의 시간폭은, 다음 수학식으로 나타낸 바와 같이 표시할 할 수 있다.
TLSB : 최소 비트시간폭
t : 프레임 주파수
n : 비트수
상기 수학식 1에 의하면, 예를 들면 10비트에 의해 계조 표현을 행하는 것으로 하여, 프레임 주파수=120Hz라고 하면, 복수인 서브필드중의 최하위 비트의 시간폭(최소 비트 시간폭)은 8㎲가 된다.
도 46에, 일반적인 서브필드 방식에 있어서의 구동 동작으로서, 서브필드 데이터의 재기록 시간 변화에 관해 도시한다. 이 경우에는 계조를 3비트에 의해 표현하는 경우로서 서브필드(0, 1, 2)의 3개의 서브필드에 의해 1필드의 재기록을 행하는 경우를 나타내고 있다. 이 도면에 있어서는, 필드(n), 다음의 필드(n+1)를 나타내고, 종축 방향은 수직 주사 방향(로우(row) 방향)을 나타내고, 횡축 방향이 시간 경과를 나타낸다.
표시소자가 액정인 경우에는 주지하는 바와 같이, 직류 구동에 의한 액정의 열화를 피하기 위해 교류 구동이 행하여지지만, 여기서는, 필드 기간마다 서브필드 데이터의 극성을 반전시킴으로써 교류 구동을 행한다. 이 경우에는 서브필드 데이터로서 필드(n)에서 정극성이 출력되고, 필드(n+1)에서 부극성이 출력된다.
도 46에 있어서, 선행의 필드(n)의 기간에서는 우선, 소정의 가중에 의한 시간폭에 따라, 서브필드(0)에 대응하는 정극성의 서브필드 데이터를 선(線) 순으로 출력하여 기록하게 된다. 서브필드 데이터(0)의 기록이 모든 화면에 대하여 행하여짐으로써, 서브필드(0)로서의 화면을 형성하였다고 하면, 계속해서는 소정의 가중에 의한 시간 반폭에 의해, 서브필드(1)에 대응하는 정극성의 서브필드 데이터(1)를 마찬가지로, 선 순으로 기록한다. 이로써, 서브필드(0)로서의 화면이 형성된다. 또한, 계속해서, 서브필드(2)에 대응하는 정극성의 서브필드 데이터(2)를 선 순으로 기록하고, 서브필드(2)로서의 화면을 형성한다.
상술한 바와 같이, 1필드 기간에 있어서, 서브필드(0, 1, 2)로서의 화면이 순차 형성되는 것으로, 우선, 필드(n)에 대해서의 데이터의 재기록이 종료한 것으로 된다.
계속해서, 필드(n+1)에 대해서의 데이터의 재기록을 행하게 되는데, 이 때는 우선, 액정 열화를 막기 위한 반전 구동의 필요상, 서브필드 데이터를 반전시켜 부극성으로 한다. 게다가, 상술한 바와 같이 서브필드 데이터의 기록을 하여 감으로써, 순차 서브필드(0, 1, 2)로서의 화면을 형성하여 간다.
그런데, 도 46을 참조한 설명에서 알 수 있게 하여, 각 서브필드 기간에 있어서의 서브필드 데이터의 재기록은 선 순차에 의해 행하여진다. 따라서, 하나의 서브필드 데이터의 재기록(출력)은 최소 비트 시간폭의 시간 내에 실행될 것이 요구된다. 표시소자를 구비하는 디스플레이 디바이스에 대해 데이터를 전송하는 데이터 전송 속도로서도 이에 대응하여 정해지게 된다.
구체 예로서, 10비트에 의한 계조 표현에서, 프레임 주파수=120Hz의 경우를 생각한다. 이 경우에는 앞에서도 기술한 바와 같이 수학식 1에 의해 최소 비트 시간폭은 8㎲가 된다. 그리고, 이 조건하에서 표시소자를 구비하는 디스플레이 디바이스가 화소 수 1280×768의 WXGA(Wide eXtended Graphics Array)의 규격에 따른 것이라 한다. 이와 같은 구성에 대응해서는 예를 들면 데이터 버스 폭을 32비트로 하였다고 하여도, 데이터 전송 속도로서는 3.8GHz가 된다. 예를 들면, 이 정도로 데이터 전송 속도가 높아지면, 현 상태의 회로의 능력 등을 고려한 경우에는 현실적이 아니다. 따라서 서브필드의 개념에 의거한 표시 구동에 있어서도, 가능한 한 데이터 전송 속도가 낮아질 수 있도록 하는 것이 요구된다.
지금까지 설명해 온 바와 같은 서브필드의 개념에 의거한 표시 구동에 있어서도, 표시소자가 액정인 경우에는 교류 구동으로 할 필요가 있다. 그리고, 도 46에 도시한 일반적 서브필드 방식에 의한 표시 구동의 경우에는, 액정 표시소자의 화소 전극과 대향하도록 하여 표시 화면 전체에 전면 형성되는 커먼 전극에 인가하여야 할 커먼 전위를 일정하게 한다. 게다가, 이 커먼 전위를 기준으로 하여, 화소 전극에 정극/부극의 데이터를 인가함으로써 교류 구동으로 하는 것이다.
이와 같은 교류 구동의 경우에는, 각 극성의 액정 구동 최대 전압 레벨의 절대치를 Vmax라고 하면, Vmax의 전압폭에 따른 내압이 각 화소를 형성하는 화소 스위치에 요구된다. 예를 들면, 화소 스위치의 내압이 높아지는 것은, 화소 스위치의 사이즈가 확대하는 것에 이어지기 때문에, 단위 면적당의 화소 수가 적어지고, 예를 들면 액정 디스플레이 디바이스의 고정밀화나 소형화의 촉진 방해가 된다.
도 1은 본 발명에 관한 표시 구동방법의 개념을 도시한 설명도.
도 2는 본 발명에 관한 표시 구동방법에 있어서의 로우 주사를 개념적으로 도시한 설명도.
도 3A 내지 3C는, 교류 구동의 타이밍을 도시한 설명도.
도 4는 본 발명에 관한 표시장치의 구성예를 도시한 블록도.
도 5는 본 발명이 적용된 디스플레이 패널의 구성예를 도시한 블록도.
도 6은 본 발명의 제 1 예의 화소의 구조예를 도시한 회로도.
도 7은 본 발명의 제 2 예의 화소의 구조예를 도시한 회로도.
도 8은 본 발명의 제 1 예의 시스템 구성에 있어서의 서브필드마다의 시간의 가중을 도시한 설명도.
도 9 내지 도 32는 본 발명의 제 1 예의 시스템 구성에 있어서의 서브필드 패턴을 도시한 설명도.
도 33은 본 발명의 제 1의 시스템 구성에 있어서의 입력 신호와 시간폭의 관계를 도시한 도면.
도 34는 본 발명의 제 1 예의 시스템 구성에 있어서의 계조 특성(γ보정 전)을 도시한 도면.
도 35는 본 발명의 제 1 예의 시스템 구성에 있어서의 계조 특성(γ보정 후)을 도시한 도면.
도 36은 본 발명의 제 2 예의 시스템 구성에 있어서의 서브필드마다 시간의 가중를 도시한 설명도.
도 37 내지 도 44는 본 발명의 제 2 예의 시스템 구성에 있어서의 서브필드 패턴을 도시한 설명도.
도 45는 본 발명의 제 2 예의 시스템 구성에 있어서의 계조 특성을 도시한 설명도.
도 46은 종래의 서브필드 방식의 표시 구동을 로우 주사와 시간 경과의 관계에 의해 도시한 설명도.
본 발명의 목적은, 상술한 바와 같은 종래의 기술이 갖는 문제점을 해소할 수 있는 신규 표시소자를 구동하는 표시 구동방법 및 표시장치를 제공하는 데 있다.
본 발명에 관한 표시 구동방법은, 복수의 서브필드마다 대응하는 서브필드 데이터를 펄스폭 변조에 의해 출력함으로써 표시소자를 구동하는 표시 구동방법에 있어서, 필드 기간에 있어서의 어느 시점에 있어서도, 복수의 서브필드 데이터의 각각이 동시에 출력되어 있는 바와 같이 표시소자를 구동하는 구동 제어 순서를 실행한다.
본 발명에 관한 표시장치는, 광변조 소자를 구동함으로써 화상 표시를 행하는 표시장치로서, 소정 복수의 서브필드마다 대응하는 서브필드 데이터를 펄스폭 변조에 의해 출력함으로써 광변조 소자를 구동한 것으로 되어, 1필드 기간에 있어서의 어느 시점에 있어서도, 각 서브필드 데이터가 동시에 출력되어 있는 바와 같이 광변조 소자를 구동하는 구동 수단을 구비한다.
본 발명은, 1필드 기간에 있어서의 어느 시점에 있어서도, 각 서브필드 데이터가 동시에 출력되어 있는 바와 같이 표시 구동을 행한다. 본 발명은, 이와 같은 표시 구동으로 함으로서, 서브필드에 관한 최소 시간폭은 로우 수가 지배적으로 된다. 이로써, 데이터 전송 속도는 서브필드의 시간폭에는 의존하지 않게 된다.
본 발명의 또 다른 목적, 본 발명에 의해 얻어지는 구체적인 이점은, 이하에서 도면을 참조하여 설명되는 실시 형태의 설명에서 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 본 발명이 적용된 표시소자의 구동방법에 관해 설명한다. 이후의 설명은 다음 순서로 행하여 간다.
1. 액정의 실효치 응답
2. 본 실시 형태의 표시 구동의 개념
3. 표시장치의 구성예
4. 시스템 구성예(제 1예)
5. 시스템 구성예(제 2예)
1.액정의 실효치 응답
본 실시의 형태는, 표시소자(광변조 소자)에 액정 표시소자를 이용한다. 그리고, 본 실시의 형태를 설명하는데 앞서, 액정의 실효치 응답의 개념에 관해 기술해 두기로 한다.
액정에 대해 구동을 생각함에 있어서의 개념의 하나로서, 소위 「실효치 응답」이 있다. 예를 들면, STN(Super-Twisted Nematic) 등의 논 메모리형 디스플레이의 구동(단순 매트릭스 구동)에 이 실효치 응답의 개념이 사용되고 있다.
액정에 인가되는 전압은 실효치라고 간주된다. 실효치는 순시치의 2승평균이다. 이 실효치에 대응하는 투과율 변화는 시간 평균으로 나타난다. 이 때의 실효치-평균 투과율의 특성은, 응답 속도가 구동 주파수에 대해 충분히 느린 경우에는 스태틱 구동의 전압-투과율 특성과 대강 일치하는 것이다. 또한, 이후에 있어서, 응답 속도가 충분히 늦어진 경우를 「실효치 응답」이라 한다. 실효치 응답에 관해서는 다음에 도시한 바와 같이 표시된다.
또한, 상기 수학식 2 및 3에 있어서
T(t) : 투과율
V(t) : 인가전압 파형
tf : 프레임 주기
로 한다.
여기서, PWM 방식에 대해 상술한 실효치 응답의 개념이 적용될 수 있는 것이라면, 예를 들면 액정 등으로 대표되는 변조 소자의 응답 속도는 최소 비트 시간폭 이하일 필요는 없다. 즉, 변조 소자에의 입력 펄스의 실효치와 그것에 대응하는 평균 투과율이 구해지면, 계조 표현을 위한 변조를 행하는 것이 가능해진다. 이것은, PWM 방식에 의한 구동으로서, 통상의 고속 응답의 변조 소자를 사용한 경우에는 각 서브필드의 광출력에 대해 인간의 시각계의 시간적 적분 효과를 이용하고 있는데 대해, 실효치 응답의 변조 소자를 사용하는 것으로 한 경우에는, 변조 소자에의 입력 전압의 적분 효과를 이용하면 동등한 계조 표현이 가능해지는 것을 의미한다.
PWM 방식에 대해 실효치 응답의 개념을 적용한 경우에 있어서, 실제의 액정 광학 응답에 관해서는, 서브필드의 나열 방식(서브필드 패턴)에 따라서는, 연속적 계조 표현을 할 수 없는 경우가 있다. 이 점에 관해서는 예를 들면, 앞서 본 출원인에 의해 출원한 일본 특원20O1-162776호의 명세서 및 도면에, 이하와 같은 내용이 기재되어 있다.
예를 들면, 변조 소자의 응답 속도가 어느 정도 이상 빠른 경우에는, PWM 방식에 의한 비트 출력 패턴(서브필드 패턴)으로서 1필드 내에서 2 이상이 독립하였다고 간주할 수 있는 광출력이 존재하는 경우에는, 연속적 계조 표현이 유지되지 않는다. 이것은, 변조 소자의 응답 속도가 빠를수록, 1필드 내에 있어서의 복수의 독립 비트 출력 기간에 응답하여 변조 소자 자체의 응답 상태로서 빛을 출력하지 않은 검은 레벨 기간이 현저하게 된다는 이유에 의한다.
이것에서, 서브필드 패턴은 액정의 광학 응답 속도에 따라 구성되어야 할 것이라고 할 수 있다. 또한, 후술하는 본 실시 형태의 시스템의 구체예에 있어서 나타나는 서브필드 패턴도 액정의 광학 응답 속도를 고려하여 설정된다.
마찬가지로 일본 특원2001-162776호의 명세서 및 도면에 기재하고 있는 바와 같이, 액정이 노멀리 화이트, 노멀리 블랙인 경우에서는 실효치 응답의 결과 광학 출력으로부터 얻어지는 γ특성은 다르다.
노멀리 화이트와 노멀리 블랙에 대해, PWM 방식으로 적용하는 것을 전제로 하고 비교를 행한 경우, 필요한 비트 수(서브필드 수)에 관해서는 노멀리 화이트의 쪽이 적어도 되기 때문에, 노멀리 화이트의 쪽이 우수하다. 계조 연속성에 관하여서는 노멀리 화이트의 쪽이 최소 비트 시간폭을 단축하지 않으면 계조 연속성이 유지될 수 없게 되기 때문에 노멀리 블랙의 쪽이 우수하다.
액정 표시소자를 구동하기 위한 구동 전압 레벨이지만, 이것은 액정 동작 모드에 의해 달라지는 것이 알려져 있다. 액정 동작 모드는 액정 디스플레이로서의 시스템을 구성함에 있어, 데이터 전송 속도, 메모리 용량, 화소 출력 버퍼의 내압을 고려하여 결정하여야 할 것이다.
2. 본 실시 형태의 표시 구동의 개념
도 1은 본 발명이 적용된 표시 구동방법을 개념적으로 도시하고 있다.
이 도면에 있어서, 종축 방향은 주사선 방향이며, 횡축 방향은 시간 경과를 나타낸다. 또한, 본 명세서에서는 주사선은 표시 화면에 있어서의 행(로우(row))을 형성함으로, 단지 「로우」라고도 표기한다. 이 도면에서는 3비트에 의해 계조 표현을 행하는 경우를 예로 들고 있다. 이 경우에는 서브필드 수로서는 3이 되고, 서브필드 데이터(0, 1, 2)에 의해 필드 화면의 재기록을 행한다.
도 1에 의하면, 본 실시 형태의 표시 구동에 의한 서브필드 데이터가 재기록 상태로서, 우선, 하나의 로우에 관해서는 다음과 같은 것을 말할 수 있다. 예를 들면 필드(n)에 있어서의 로우(R1)를 시간 경과에 따라 본 경우에는, 서브필드 데이터(2→0→1→2)의 순으로 출력된다. 이 경우에는 서브필드 데이터(2)의 출력 기간이 2분할되어 들어가는 것이지만, 2분할되어 SFD2의 각 출력 시간폭을 합계함에 따라서는 서브필드(2)로서의 출력 시간폭을 갖고 있게 된다. 이 로우(R1)는 1필드 기간 내에 있어서, 필드 재기록에 필요한 서브필드 데이터(0, 1, 2)의 각 출력 시간폭이 채워져 있다. 이에 관해서는, 필드(n)의 다른 로우에 대해서도 마찬가지이며 필드(n+1)의 각 로우에 대해서도 말할 수 있다.
따라서, 임의의 로우 어느것에 대해 보아도, 서브필드 데이터(0, 1, 2)의 출력 패턴의 상위에 관계 없이, 반드시, 필드 재기록에 필요한 서브필드 데이터(0, 1, 2)의 각 출력 시간폭이 1필드 기간마다 채워지게 된다. 이것은, 다음과 같은 것을 의미한다.
모든 서브필드의 재기록은, 1필드의 기간을 필요로 하여 재기록된다. 이 점에 관해서는, 예를 들면 도 46에 도시한 종래로서의 서브필드 방식과 마찬가지이기는 하다. 서브필드마다 본 경우에는, 이들 서브필드의 각각이 1필드 기간을 필요로 하여 재기록되어 있다. 이에 대해, 종래의 서브필드 방식에서는 도 46에도 도시된 바와 같이 1필드 기간 내에 있어서, 각 서브필드의 재기록은 그 서브필드의 가중에 따른 시간폭(서브필드 기간)마다 순차 재기록되어 가는 것이다.
필드(n)에 관해, 예를 들면 시점 t1으로서 나타내는 타이밍에 있어서의 서브필드 데이터의 출력 상태를 본 경우에는 서브필드 데이터(0)가 출력되어 있는 로우와, 서브필드 데이터(1)가 출력되어 있는 로우와, 서브필드 데이터(2)가 출력 되어 있는 로우가 반드시 존재하게 된다. 이것은, 필드(n)에 있어서의 다른 타이밍에 있어서도 같다고 할 수 있다. 후속하는 필드(n+1)에 대해서도 마찬가지이다. 즉, 1필드 기간에 있어서의 어느 시점에 있어서도 필드의 재기록을 위한 복수의 서브필드에 대응하는 서브필드 데이터(비트)의 각각이 반드시 동시에 출력되어 있는 상태를 얻을 수 있다.
도 1에 도시한 필드(n, n+1)는 시간적으로 연속하는 필드가 되지만, 교류 구동을 위해 필드(n)와 필드(n+1)에서는 서로 서브필드 데이터가 반전한 극성으로 된다. 여기서는, 필드(n)에서 정극성, 필드(n+1)에서 부극성의 데이터에 의한 구동이 행하여지는 것으로 한다.
상술한 형태에 의해, 서브필드 기간마다 서브필드 데이터가 출력되도록 하여 표시 화소의 구동이 행하여진다는 것은, 1필드 기간으로서의 시간을 필요로 하고, 각 서브필드 데이터의 재기록이 행하여지게 된다. 이에 대해, 종래부터의 서브필드 방식에 있어서는 도 46에도 도시한 바와 같이 하나의 서브필드 데이터의 재기록은 1필드 기간 내에 있어서, 그 서브필드 데이터가 대응하는 서브필드의 출력 시간폭에 따른 시간을 사용하여 실행되는 것이다.
또한, 본 명세서에 있어서 「1필드 기간」이라고 하는 경우에는, 정/부 어느 한쪽의 모든 서브필드 데이터에 의해 1화면(1필드 화상)분의 재기록을 완결시킴에 있어, 이 정/부 어느 한쪽의 모든 서브필드 데이터를 전송하는데 필요로 하는 시간을 말한다. 예를 들면, 본 실시 형태의 서브필드 데이터의 출력은 도 1에서 설명한 바와 같이 필드 기간 내에 있어서의 어느 시점에 있어서도, 필드 재기록에 필요한 모든 서브필드 데이터(비트)가 동시에 출력되어 있는 상태에 있다. 이와 같은 서브필드 데이터의 출력 상태를 얻을 수 있도록 하기 위한, 로우에 대한 주사 예의 개념에 관해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에는, 본 실시 형태의 로우 주사에 대응하는 시간 경과에 따른 서브필드 데이터의 출력 상태가 도시된. 여기서는 설명을 간단하게 하기 위해, 액정 디스플레이 디바이스를 형성하는 로우 수를 8개로 한다. 서브필드 수 3인 것으로 하여, 서브필드 데이터(O, 1, 2)에 의해 필드의 재기록이 행하여지는 것으로 한다. 도 2에 있어서도, 시간적으로 연속하는 필드(n, n+1)가 나타나 있고, 종축 방향은 로우 넘버가 되고, 횡축 방향은 시간 경과를 나타낸다.
필드(n)의 기간이 시작되었다고 하면, 최초의 주사 기간에서는 로우(1)를 주사하여 서브필드 데이터(0)를 기록한다. 다음의 주사 기간에서는 로우(8)를 주사하고, 서브필드 데이터(1)를 기록한다. 또 다음의 주사 기간에서는 로우(6)를 주사하고 서브필드 데이터(2)를 기록한다. 이후는, 도시하는 바와 같이 주사 기간마다 소요되는 로우를 주사하여 갈 때마다, 서브필드 데이터(0, 1, 2)를 순차적으로 기록하여 가게 된다.
이와 같은 로우의 주사는, 소위 건너뛰는 주사로서, 예를 들면 로우(1 내지 8)에 걸쳐 로우 넘버에 따라 순차적으로 주사를 행하는 선 순차 주사가 아니라고 할 수 있다. 본 실시 형태의 건너뛰는 주사로서는, 다음과 같은 규칙성을 가지고 있다.
이에 관해서는, 도 2에 있어서 ①→②→③의 각 타이밍에 있어서의 주사선 수의 건너뛰는 상태를 예로 설명한다.
①의 타이밍에서는, 로우(8)에서 서브필드 데이터(2)를 기록한 후에, 로우(4)에서 서브필드 데이터(0)를 기록하고 있기 때문에, 이 때의 건너뛰는 주사 수는 「4」인 것이 된다. 이에 계속해서 ②의 타이밍에서는 로우(4)에서 서브필드 데이터(0)를 기록한 후에, 로우(3)에서 서브필드 데이터(1)를 기록하고 있기 때문에 건너뛰는 주사 수는 「1」이 된다. 또한, ③의 타이밍에서는 로우(3)에서 서브필드 데이터(1)를 기록한 후에, 로우(1)에서 서브필드 데이터(2)를 기록하고 있기 때문에 건너뛰는 주사 수는 「2」가 된다.
이와 같은 건너뛰는 주사의 패턴이 필드 내에서 필요 회수 반복된다.
도 2에 도시한 표시 구동에서는 하나의 로우에 대해 서브필드 데이터가 기록되고 서브필드 데이터의 출력이 시작되면, 이 서브필드 데이터의 출력은 다음에 그 로우가 선택되고, 지금까지와는 다른 서브필드 데이터가 기록될 때까지 계속된다. 예를 들면, 로우(1)의 경우라면, 우선 서브필드 데이터(0)가 기록되어 있지만, 이 서브필드 데이터(0)의 출력은 새롭게 서브필드 데이터(1)가 기록되기 까지의 사이의 4라인분의 로우의 주사 기간에 걸쳐 계속되고 있다. 이와 같은 데이터 출력의 계속 동작은, 예를 들면 각 화소에 메모리를 구비하는 구성을 채택함으로써 실현 가능하지만, 이와 같은 화소 구성에 관해서는 후술한다.
상술한 바와 같이, 건너뛰는 주사를 행하면서 서브필드 데이터를 출력시켜 가는 결과, 로우와 시간 경과와의 관계에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같은 서브필드 데이터의 출력 상태를 얻을 수 있다. 즉, 도 1에 도시한 개념과 같이 서브필드 데이터의 출력이 행하여진다.
또한, 필드(n, n+1)에 기록되어야 할 필드 데이터는 시스템 구성에 따라 동일한 경우도 있다면, 다른 경우도 있다.
이 경우의 서브필드 데이터(0, 1, 2)에 대응하는 서브필드(0, 1, 2)의 시간의 가중은 각각,
1+1/3
2+1/3
3+1/3
으로 된다.
상술한 바와 같이, 서브필드(1, 2, 3)에 대응하는 건너뛰는 로우 수는, 각각, [1] [2] [4]가 된다. 이로써, 본 실시의 형태에 있어서는, 각 라인에 있어서의 서브필드 데이터(0, 1, 2)의 출력시간의 가중 비율은 건너뛰는 로우 수의 비율에 대응한다.
이로부터, 로우 수를 n, 서브필드 데이터에 대응하는 서브필드 수(비트 수)를 m, 1필드 기간의 시간 길이를 tf로 하면, 실현할 수 있는 최소 시간폭 Tmin은
Tmin = tf×(1+1/m)/n
으로 나타낸다. 상기 수학식 4에 의하면, 최소 시간폭은 로우 수가 지배적으로 되지만, 이로써, 데이터 전송 속도는 서브필드의 시간폭에 관계 없다는 결론이 도출된다. 서브필드의 가중은 건너뛰는 로우 수만으로 의존하여 정해지게 된다.
표시소자에 액정을 채용하는 경우에는 교류 구동이 전제가 되고, 이 때문에, 본 실시의 형태로서도 도 1에 설명한 바와 같이, 예를 들면 필드(n)와, 이에 계속되는 필드(n+1)에서는 서로 역극성의 서브필드 데이터를 화소 전극에 인가하도록 하여 구동을 행한다. 즉, 소위 비트 반전 구동을 행한다. 이와 아울러서, 본 실시의 형태에서는 커먼 전극에 인가하여야 할 커먼 전위에 대해서도 반전시키는 소위 커먼 반전 구동도 조합시키게 된다.
도 3A 내지 도 3C는, 이와 같은 본 실시의 형태로서의 비트 반전 구동 및 커먼 반전 구동의 타이밍을 도시하고 있다.
도 3A에는, 시간 경과에 따른 필드(n, n+1)에 관한 서브필드 데이터의 출력 상태가 도시되어 있다. 이 도 3A에 도시한 로우(A), 로우(B)에 있어서의 화소 전위(Vpix) 및 커먼 전위(Vcom)의 시간 경과에 따른 레벨 변화가, 각각 도 3B, 도 3C에 도시되어 있다. 이들의 도면에 있어서, 화소 전위(Vpix)는 실선에 의해 도시하고, 커먼 전위(Vcom)는 파선에 의해 도시하고 있다.
화소 전위(Vpix)는 화소 전극에 대해 인가되는 서브필드 데이터에 의해 얻어지는 전위이지만, 여기서는, 설명을 알기 쉽게 하기 위해, 최대 비트(MSB)의 출력 파형만을 나타내고 있다. 또한, 커먼 전위(Vcom)는 커먼 전극에 대해 인가되는 전위이다.
도 3B, 도 3C에 도시한 커먼 전위(Vcom)의 파형으로부터 이해되는 바와 같이, 커먼 전위(Vcom)는 필드(n)에 대응하는 기간 t1 내지 t5에서는 부극 레벨이고, 필드(n+1)에 대응하는 기간 t5 내지 t9에서는 정극 레벨이 되도록 반전된다. 커먼 전위는 모든 화소에 대해 공통으로 인가되어야 하는 것이다.
도 3B에 도시한 로우(A)의 화소 전위(Vpix)에서, 우선, 필드(n)의 기간에서는 서브필드 데이터로서 정극성의 데이터가 출력된다. 이 때문에, 필드(n)의 기간에서, 최대 비트의 서브필드 데이터 출력 기간인 기간 t1 내지 t3에는, H레벨이 출력되고 있다. 이 때의 커먼 전위(Vcom)와 화소 전위(Vpix)의 전위차(V1)에 의해 액정층을 구동한다. 이에 계속되는 기간 t3 내지 t5는, 최대 비트의 서브필드 데이터의 출력을 정지하고, 대신에, 최대 비트보다 하위 비트의 서브필드 데이터가 출력되는 기간이 되지만, 이 기간 t3 내지 t5에서는 L레벨이 출력된다. 또한, 이 때의 커먼 전위(Vcom)와 화소 전위(Vpix)의 전위차는 V2가 된다.
시점 t5를 경과하고 필드(n+1)의 기간이 시작되면, 재차 최대 비트의 서브필드 데이터의 출력이 기간 t5 내지 t7에 걸쳐 행하여진다. 이 시점 t5에 대응하는 타이밍에서는 서브필드 데이터를 반전시키는 비트 반전이 행하여진다.
이 경우, 시점 t5부터 출력해야 할 최대 비트의 서브필드 데이터로서는, 비트 반전의 결과, 시점 t5 이전과 같은 L레벨의 출력을 계속하는 것이 된다. 즉, 이 때에는 부극성의 레벨에 의한 서브필드 데이터의 출력은 행하지 않는다. 이것은, 필드(n+1)의 기간(t5 내지 t9)에서는 커먼 전위(Vcom)가 정극성으로 반전되고 있는 것으로서 L레벨의 상태에서 전위차(V1)가 얻어지기 때문이다 . 이에 계속해서 최대 비트의 서브필드 데이터의 출력이 정지되는 기간 t7 내지 t9에서는, H레벨을 출력하게 된다.
도 3C에 도시한 로우(B)에 있어서의 서브필드 데이터의 출력 타이밍은, 다음과 같이 되어 있다.
즉, 로우(B)에 관해서는 필드(n)에서는 기간 t2 내지 t4에서 최대 비트의 서브필드 데이터를 출력하기 때문에, 이 기간 t2 내지 t4에 걸쳐 화소 전위(Vpix)를 H레벨로 함으로써, 커먼 전위(Vcom)에 대한 전위차(V1)를 얻는다. 그리고, 필드(n)에서 이외의 기간 t1 내지 t2 및 t4 내지 t5에서는 L레벨을 출력한다.
계속해서 필드(n+1)로서의 기간 t5 내지 t9에서는, 화소 전위(Vpix)에 관해, 필드(n)의 기간 t1 내지 t5에서 출력한 파형을 반전시켜 출력하도록 된다. 이로써, 필드(n+1)에서 최대 비트의 서브필드 데이터를 출력하는 기간 t6 내지 t8에서는 L레벨이 출력됨으로써, 커먼 전위(Vcom)에 대한 전위차 V1을 얻게 된다. 최대 비트보다 하위 비트의 각 서브필드 데이터를 출력하여야 할 각 기간 t5 내지 t6, t8 내지 t9에서는 H레벨이 출력됨으로써, 비트의 서브필드 데이터의 출력이 정지된다.
즉, 로우(A), 로우(B)의 어느쪽에 있어서도, 정극성의 데이터를 출력하여야 할 필드(n)에서는 커먼 전위(Vcom)를 L레벨로 한 다음, 서브필드 데이터 출력 기간에 H레벨을 출력하고, 이외의 출력 정지 기간에서는 레벨을 출력하도록 된다. 또한, 부극성의 데이터를 출력하여야 할 필드(n+1)에서는 커먼 전위를 H레벨로 반전시킨 다음, 서브필드 데이터 출력 기간에 L레벨을 출력하고, 이외의 출력 정지 기간에서는 H레벨을 출력한다.
이와 같이 하여, 본 실시의 형태에서는, 커먼 전위(Vcom)를 반전시키는 커먼 반전과, 화소 전위(Vpix)로서의 서브필드 데이터를 반전시키는 비트 반전을 조합시키게 된다. 이로써, 화소 전위(Vpix)로서는, 어떤 소정치의 커먼 전위(Vcom)를 중심으로 정/부의 진폭에 의해 반전 구동시킬 필요는 없게 된다. 이 결과, 화소 전극의 구동 전압은 Vmax-Vth로 나타나게 되고, 대폭적으로 구동 전압을 저감하는 것이 가능하게 된다. 이에 수반하여, 예를 들면 화소 스위치의 내압을 저하시킬 수 있게 된다. 또한, Vmax는 액정 구동 최대 전압, Vth는 전기 광학 특성의 임계치 전압이다.
또한, 도 3A 내지 도 3C에 의한 설명에서는, 비트 반전을 화면 전체에서 동시에 행하고 있다, 즉, 필드 기간마다 행하고 있다. 실제에 있어서는, 비트 반전시에 있어서, 기생 용량 등의 요인에 의해 소자에 대전류가 흐를 가능성이 있고, 이로써, 소자가 파손될 가능성이 있다. 이와 같은 경우에는, 화면을 분할하도록 하여, 필드 기간과 비교하여 충분히 짧은 시간에 의해, 비트 반전의 타이밍을 늦춤으로써 해결될 수 있다.
3. 표시장치의 구성예
계속해서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 본 실시의 형태로서의 표시 구동을 실현하기 위한, 표시장치의 구성예에 관해, 도 4를 참조하여 설명한다.
이 도면에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 표시장치는, 포매터부(1), 디스플레이 패널(2) 및 Vcom 컨트롤러(3)를 구비하고 있다. 포매터부(1)는 서브필드 데이터 생성 로직부(11), 제 1 필드 버퍼(12), 제 2 필드 버퍼(13) 및 입출력 컨트롤러(14)로 이루어진다.
포매터부(1)에 있어서, 서브필드 데이터 생성 로직부(11)에 대해서는, 입력 데이터로서 어떤 소정 계조에 의한 데이터가 입력된다. 이 입력 데이터는 필요에 따라 γ보정된다. 이 입력 데이터로서는, 예를 들면 계조 표현에 필요한 비트 수의 데이터가, 패럴렐로 입력되도록 되어 있다. 따라서 서브필드 데이터 생성 로직부(11)에의 입력 데이터를 위한 버스 폭은, 이 계조 표현을 위한 비트 수에 따라 적절히 변경되어야 하는 것이다.
서브필드 데이터 생성 로직부(11)는 논리 회로를 구비하고, 입력 데이터로부터 서브필드 데이터를 생성한다. 생성된 서브필드 데이터는 입출력 컨트롤러(14)의 제어에 의해, 예를 들면 1필드분의 필드 데이터로서의 단위에 의해, 필드 기간에 따른 소정의 타이밍에서 제 1, 제 2 필드 버퍼(12, 13)의 어느 것인가에 대해, 교대로 기록한다.
그런데, 서브필드 데이터 생성 로직부(11) 내의 논리 회로에 의해서는 서브필드 데이터를 시리얼 데이터에 의해 출력하는 것이나, 이 서브필드 데이터 생성 로직부(11)에서는 내부에 구비한 시리얼/패럴렐 변환부에 의해 시리얼 데이터로서의 서브필드 데이터를 제 1, 제 2 필드 버퍼(12, 13)의 버스 폭에 대응하는 패럴렐 데이터로 변환하여 출력하게 된다. 이 경우에는 16비트의 버스 폭으로 변환한다.
제 1 필드 버퍼(12) 및 제 2필드 버퍼(13)는 각각 1필드분의 서브필드 데이터(필드 데이터)를 유지하기 위한 기억 영역으로서 마련된다. 이들 제 1, 제 2필드 버퍼(12, 13)는 예를 들면 구체적으로는 각각 16Mb의 용량으로 버스 폭 16비트의 범용 SDRAM을 이용하고, 상술한 바와 같이 2뱅크를 형성한다. 이 제 1, 제 2 필드 버퍼(12, 13)에 대해서는 상술한 바와 같이 입출력 컨트롤러(14)의 제어에 의해 16비트 폭으로 필드 데이터가 교대로 기록된다. 또한, 각 필드 버퍼에의 기록은 1수평 라인마다(1H)의 단위에 의해 행하여진다. 1H의 데이터는 예를 들면 버스트 길이 8(128b)×10의 데이터로 된다.
필드 데이터의 판독은 제 1, 제 2필드 버퍼(12, 13)중, 데이터 기록이 행하여지지 않은 쪽의 필드 버퍼로부터 행한다. 이 필드 버퍼로부터의 판독도 입출력 컨트롤러(14)의 제어에 의해 32비트 폭의 패럴렐 데이터에 의해 1H의 단위로 행하여진다. 따라서 데이터의 판독은 라인 주사 기간마다, 1H분의 필드 데이터의 전송이 완료되도록 하여 실행되는 것이 된다. 이와 같이 하여 판독된 필드 데이터는 순차적으로 디스플레이 패널(2)에 대해 출력된다.
입출력 컨트롤러(14)에 대해서는 도시하는 바와 같이 수평 동기 신호(Hsync), 수직 동기 신호(Vsync) 및 클록(CLK)이 입력된다. 이들의 동기 신호 및 클록에 의거하여 내부에서 발생시킨 타이밍에 따라 상술한 제 1, 제 2 필드 버퍼(12, 13)에 대한 데이터의 기록/판독을 제어한다. 이와 같이 하여, 내부에서 발생시킨 타이밍에 따라 소요의 타이밍에서 로우 어드레스와 극성 전환 신호(Sp)를 출력하고, 디스플레이 패널(2)에 대해 공급한다.
입출력 컨트롤러(14)에서 발생된, 예를 들면 필드 타이밍에 대응한 타이밍 펄스는 Vcom 컨트롤러(3)에 입력된다. Vcom 컨트롤러(3)에서는 입력된 타이밍 펄스에 따라, 예를 들면 도 3B, 도 3C에 도시한 바와 같이, 필드 기간마다의 타이밍에서 반전시킨 커먼 전위(Vcom)를 디스플레이 패널(2)에 대해 출력한다. 또한, 이 Vcom 컨트롤러(3)에 대해 출력하여야 할 타이밍 펄스로서는, 예를 들면 후술하는 극성 전환 신호(Sp)와 동일한 타이밍이 되기 때문에, 이 극성 전환 신호(Sp)로 하여도 좋다.
또한, 본 실시의 형태로서는 제 1, 제 2필드 버퍼(12, 13)에 대한 데이터가 판독 방식에 따라서는 소위 배속 변환을 행할 수 있다. 구체적으로, 예를 들면 디스플레이의 프레임 주파수가 120Hz인데 대해 입력 화상 신호가 60Hz인 경우에는 동일한 뱅크의 데이터를 2회 연속하여 판독한다. 이와 같은 2회 연속 판독을 교대의 뱅크마다 행한다. 입력 화상 신호의 필드 주파수가 디스플레이의 필드 주파수와 동일한 경우에는 2개의 뱅크 데이터로부터 교대로 1회씩 데이터를 판독하면 좋다.
디스플레이 패널(2)은 표시소자(광변조 소자)로서 액정을 구비한 다음, 그 기본 구성으로서는 소위 액티브 매트릭스 방식에 의한 화상 표시를 행하는 구성을 갖는다. 게다가, 앞서 도 2에 도시한 바와 같이 로우에 대한 건너뛰는 주사와, 개개의 로우에 있어서 소요되는 서브필드 기간이 유지되는 것을 가능하게 하기 위한 하드웨어 구성이 채택된다.
도 5는, 본 실시의 형태로서의 디스플레이 패널(2)의 구성예를 개략적으로 도시하고 있다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 디스플레이 패널(2)은 화소 영역(21), 로우 디코더(22), 로우 드라이버(23), 시프트 레지스터(24) 및 래치 회로(25)를 구비하고 있다.
디스플레이 패널(2)에 있어서 화소 영역(21)은, 액티브 매트릭스 방식에 대응하고, 예를 들면 반도체 기판에 대해 화소가 매트릭스형상으로 배치되도록 하여 형성된다. 즉, 수평(행 : 로우) 방향에 따라서는 복수의 주사선이 배치됨과 함께, 수직(열) 방향에 따라서는 복수의 데이터선이 배치된다. 이들 주사선과 데이터선과의 교점에 대응하는 위치에 대해, 화소(화소 셀)가 형성된다. 본 실시의 형태로서의 화소(화소 셀 구동 회로)의 구조로서는 개개의 로우에 있어서 소요되는 서브필드 기간이 유지되도록 하기 위해, 1비트의 메모리 기능을 구비한 것이나, 이 점에 관해서는 후술한다.
이와 같은 화소를 Si(실리콘) 기판에 형성하고, 그 위에 후술하는 출력 버퍼(33)와 접속된 반사형의 화소 전극, 배향층을 형성한다. 배향층과 커먼 전극(투명 전극)에 의해 투명 기판을 형성한다. 액정층을 사이에 개재시키도록 하고, Si 기판과 투명 기판을 대향시키도록 하여 배치함으로써, 화소 영역(21)으로서의 전체 구조를 얻을 수 있다.
디스플레이 패널(2)에 있어서는 수평 라인(로우)의 구동을 위해, 로우 디코더(22) 및 로우 드라이버(23)가 마련된다.
우선, 로우 디코더(22)에 대해서는 입출력 컨트롤러(14)로부터 출력된 로우 어드레스가 소요되는 라인 주사 기간마다 대응하여 순차적으로 입력된다. 로우 어드레스는 도 2에 도시한 건너뛰는 주사에 의해 주사하여야 할 로우의 어드레스이다.
로우 디코더(22)에서는 입력된 로우 어드레스에 관해 디코드를 행하고, 그 디코드 데이터를 로우 드라이버(23)에 공급한다. 로우 드라이버(23)에서는 공급된 디코드 데이터에 따라, 주사하여야 할 로우에 대해 구동 전압을 인가한다. 이 동작이 로우 어드레스가 입력될 때마다 반복된다. 이로써, 로우 어드레스가 지정하는 로우가 주사되고, 예를 들면 도 2에서 설명한 바와 같은 건너뛰는 주사가 실현된다.
수평 라인마다의 주사는 시프트 레지스터(24) 및 래치 회로(25)에 의해 행하여진다.
시프트 레지스터(24)에는 제 1, 제 2 필드 버퍼(12, 13)로부터 1H의 단위에 의해 판독되는 필드 데이터가 32비트 폭에 의해 입력된다. 시프트 레지스터(24)에서는 이와 같이 하여 입력되는 필드 데이터를 순차적으로 시프트시켜 가도록 하여 래치 회로(25)에 대해 입력한다. 래치 회로(25)에서는 입력된 필드 데이터를 래치하고, 대응하는 데이터선에 대해 출력하게 된다. 이 경우, 데이터선마다 출력된 데이터가 즉 서브필드 데이터인 것이다.
이 디스플레이 패널(2)에 대해서는 상기 로우 어드레스 및 필드 데이터 외에, 예를 들면 도시한 바와 같이 로직 전원(Vss), 액정 구동 전원(Vd), 커먼 전위(Vcom) 및 극성 전환 신호(Sp)가 입력된다.
로직 전원(Vss)은 예를 들면 로우 디코더(22), 로우 드라이버(23), 시프트 레지스터(24), 래치 회로(25) 등의 로직 회로부에 대해 동작 전원으로서 공급된다. 액정 구동 전원(Vd)은 후술하는 구조에 의한 화소(화소 셀 구동 회로)의 출력 버퍼(33)에 대해 구동용 전원으로서 공급됨으로써, 화소마다 출력된 서브필드 데이터의 레벨을 설정한다.
극성 전환 신호(Sp)도 후술하는 바와 같이, 화소(화소 셀 구동 회로)의 극성 셀렉터(32)에 출력하는 것으로, 각 화소마다 출력되는 서브필드 데이터에 관해, 예를 들면 필드 기간마다 정/부에 의한 반전을 행하게 된다.
커먼 전위(Vcom)는 전술한 바와 같이, Vcom 컨트롤러(3)로부터 예를 들면 필드 기간마다 H/L이 전환되도록 하여 출력되는 것으로서, 커먼 전극에 대해 인가된다. 이로써, 실제의 커먼 전극의 커먼 전위(Vcom)는 예를 들면 도 3B 및 도 3C에 도시한 바와 같이 필드 기간마다 L레벨과 H레벨로 반전된다.
본 실시의 형태에 있어서의 화소(화소 셀 구동 회로) 단위의 구성으로서는 전술한 바와 같이 건너뛰는 주사가 행하여지는 하에서, 개개의 로우에 있어서 소요되는 서브필드 기간이 유지되도록 하기 위한 구성이 채택된다.
그를 위한 구성으로서 여기서는 제 1 예와 제 2 예의 2예를 든다.
도 6은 제 1 예로서의 화소(화소 셀 구동 회로)의 구성예를 도시하고 있다.
이 도면에 도시한 바와 같이 제 1 예로서의 화소는 SRAM형 메모리 셀(31), 극성 셀렉터(32), 출력 버퍼(33) 및 액정층(34)을 구비하고 있다. 또한, 액정층(34)은 여기서는 도시하지 않았지만, 출력 버퍼(33)와 접속되는 화소 전극과, 커먼 전위(Vcom)가 인가되는 커먼 전극과의 사이에 끼워지도록 하여 배치된다.
SRAM형 메모리 셀(31)에 대해서는 도시한 바와 같이 서브필드 데이터로서 정극성의 데이터와, 이것을 반전시킨 부극성의 데이터의 2개의 데이터가 쌍으로 되어, 동시 타이밍에서 입력되도록 된다. 이와 같이 하여 정극성과 부극성의 데이터를 동시에 입력시키기 위해서는 래치 회로(25)로부터는, 1화소마다 2개의 데이터선을 인출하여 배치한다. 예를 들면 래치 회로(25)에서 입력된 데이터를 이용하여, 이것을 반전한 데이터를 발생시키고, 이들의 극성이 다른 데이터를 정극성과 부극성의 데이터로서 2개의 데이터선의 각각에 대해 출력하게 된다.
SRAM형 메모리 셀(31)에서는 예를 들면 로우 드라이버(23)로부터 출력된 로우 구동 신호(RAW)가 인가된 타이밍에서, 데이터선에 인가된 정극성의 데이터와 부극성의 데이터를 동시에 유지하도록 된다. 이 데이터는, 다음의 이 로우의 주사에 의해 새로운 서브필드 데이터가 데이터선에 인가되고 재기록이 행하여질 때까지 계속적으로 유지된다.
SRAM형 메모리 셀(31)의 출력은 극성 셀렉터(32)에 입력된다. 극성 셀렉터(32)에서는 극성 전환 신호(Sp)로서의 펄스 타이밍에 따라, 정극성과 부극성의 데이터의 어느 한쪽을 출력 버퍼(33)에 대해 출력한다.
출력 버퍼(33)는 예를 들면 인버터로서 구성되는 부위이고, 여기서는 도시하지 않은 화소 전극에 접속되어 있다. 극성 셀렉터(32)로부터 출력된 정극성 또는 부극성에 의한 데이터에 따른 레벨의 전압을 상기 화소 전극에 인가한다. 이 때, 출력 버퍼(33)는 액정 구동 전원(Vd)을 동작 전원으로서 입력하고 있기 때문에, 예를 들면 도 3B에 도시한 바와 같이, 정극성의 데이터와 부극성의 데이터는 이 액정 구동 전원(Vd)에 대응하는 전위차를 얻을 수 있도록 하여 레벨 설정되어 출력된다. 이에 의해, 액정층(34)으로서의 화소 셀이 구동된다.
이와 같이 하여, SRAM으로서의 메모리 셀을 구비함과 함께, 극성 전환을 행하는 구성을 채택함으로써, 도 2에 도시한 바와 같이 개개의 로우에 있어서, 각 서브필드 데이터에 대응한 서브필드 기간이 유지되도록 하여, 서브필드 데이터의 출력을 계속시키는 것이 가능하게 된다. 도 3에 도시한 서브필드 데이터의 비트 반전이 행하여진다.
이와 같은 구성에서는, 메모리 셀이 SRAM 구조이기 때문에, 정/부의 각 데이터를 데이터가 안정하게 유지될 수 있다는 이점을 갖는다.
계속해서, 도 7에, 제 2 예로서의 화소(화소 셀 구동 회로)에 관한 구성예를 도시한다. 또한, 이 도면에 있어서 도 6과 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
제 2 예로서의 화소 구성으로서는, 도 6에 도시한 SRAM형 메모리 셀(31) 및 극성 셀렉터(32) 대신에 DRAM형 메모리 셀(41) 및 극성 셀렉터(42)를 구비한다.
DRAM형 메모리 셀(41)은 예를 들면 하나의 MOS형의 트랜지스터에 정전 용량이 접속된 구성을 채택한다. 이 DRAM형 메모리 셀(41)에는 정극성의 데이터만이 입력되도록 되어 있다. 로우 드라이버(23)로부터 출력된 로우 구동 신호(RAW)가 인가된 타이밍에서 데이터선에 인가된 정극성의 데이터를 유지하게 된다. 이 경우에도, DRAM형 메모리 셀(41)에 있어서는, 다음의 이 로우의 주사에 의해 새로운 서브필드 데이터가 데이터선에 인가되고 재기록이 행하여질 때까지 계속적으로 유지된다.
이 경우의 극성 셀렉터(42)는 도시한 바와 같은 회로 구성을 채택함으로써, 예를 들면 극성 전환 신호(Sp)로서의 펄스의 H/L의 변화에 따라, 상기 DRAM형 메모리 셀(41)에 기록되어 유지되고 있는 정극성의 데이터를 그대로 출력하는 동작과, 반전하여 부극성의 데이터로서 출력하는 동작과의 전환이 가능하게 구성된다.
상술한 바와 같이, 극성 셀렉터(42)로부터 출력되는 데이터가 출력 버퍼(33)를 통하여 액정층(34)측의 화소 전극에 인가됨으로써, 액정층(34)으로서의 화소 셀이 구동된다.
이와 같은 구성이라도, 개개의 로우에 있어서 각 서브필드 데이터에 대응한 서브필드 기간이 유지되도록 하여 서브필드 데이터의 출력을 계속시키는 것이 가능하게 된다. 서브필드 데이터의 비트 반전 기능도 가지고 있다. 즉, 도 6에 도시한 화소 셀 구동 회로와 같은 동작이 얻어지는 것이다. 이 도 7에 도시한 구성과 도 6에 도시한 구성을 비교한 경우에는 데이터선 수가 보다 적어도 된다는 이점을 얻을 수 있다.
4. 시스템 구성예(제 1예)
계속해서, 상술한 본 실시의 형태로서의 구동 개념에 의거하여, 표시 시스템의 구체적 구성예에 관해, 제 1 예 및 제 2 예를 들어 설명한다. 또한, 이후 설명하는 시스템에 있어서의 기본적인 하드웨어적 구성에 관해서는 도 4 내지 도 7에 의해 설명한 구성이 채택되는 것을 전제로 한다.
제 1 예로서의 시스템에 있어서, 디스플레이 패널(2)에 관해서는 WXGA(1280×768)로서의 해상도의 것을 채용한다. 필드 주파수는 120Hz로 하고, 서브필드 수 12로 한다. 이 경우, 1H의 시간은 1/120/768/12=904ns가 된다.
이 디스플레이 패널(2)의 구동 조건으로서는, 노멀리 블랙 수직 배향 모드를 채용한 다음, △n0.15, △ε6, 회전 점도 300mPa*sec의 n형의 네마틱 액정을 사용한다. 프리틸트 각 2°, 셀 두께 1.4㎛으로 설정하였다.
화소 전극 전위(Vpix)는 Hi=1.8V, Lo=0V로 하고, 커먼 전위(Vcom)는 정/부로서, 3.4V/1.6V에 의한 전환을 행한다. 이로써, 액정층간의 전압은 흑레벨에서 ±1.6V, 백레벨에서 ±3.4V가 된다.
이 경우의 각 서브필드마다 시간적 가중은 서브필드 수가 12이기 때문에, 도 8에 도시한 것이 된다. 즉,
서브필드 O=1+1/12
서브필드 1=2+1/12
서브필드 2=4+1/12
서브필드 3=8+1/12
서브필드 4=16+1/12
서브필드 5=32+1/12
서브필드 6=64+1/12
서브필드 7=128+1/12
서브필드 8=128+1/12
서브필드 9=128+1/12
서브필드 10=128+1/12
서브필드 11=128+1/12
로 되는 것이다.
여기서, 도 8에 도시한 시간적 가중이 된다는 것은 건너뛰는 로우 수로서,
서브필드 0→1:(1개)
서브필드 1→2:(2개)
서브필드 2→3:(4개)
서브필드 3→4:(8개)
서브필드 4→5:(16개)
서브필드 5→6:(32개)
서브필드 6→7:(64개)
서브필드 7→8:(128개)
서브필드 9→10:(128개)
서브필드 10→11:(128개)
서브필드 11→0:(128개)
라는 규칙성이 주어져 있는 것을 나타낸다.
이 제 1 예로서의 서브필드 데이터의 출력 패턴을 도 9 내지 도 32에 도시한다. 이들의 도면에서는 종방향으로 계조를 나타내고, 횡방향으로 각 서브필드 데이터의 시간폭을 나타내고 있다.
이와 같은 서브필드 데이터에 관해, 상술한 건너뛰는 로우 수에 따라 건너뛰는 주사를 행하도록 한 경우, 최소 시간폭 Tmin은 앞서 나타낸 수학식 4에 의해,
Tmin=1/120X(1+1/12)/768s
로 표시된다.
이 제 1 예의 시스템 구성으로서는, 도 9 내지 도 32에 도시한 서브필드 패턴을 예를 들면 다음과 같이 하여 작성한다.
이 제 1 예에 있어서는, γ보정을 10비트로 행하고, 768계조의 데이터를 작성한다. 이 γ보정한 10비트에 있어서의 하위 7비트를 서브필드 O 내지 6에 할당한다. 남는 상위 5비트에 관해서는 상위 비트로부터 128에 의한 동등한 가중을 한 서브필드 데이터를 논리 회로에 의해 작성하고, 각각 서브필드 데이터 7 내지 11에 할당한다.
상술한 서브필드 패턴의 작성은 앞서 도 4에 도시한 서브필드 데이터 생성 로직부(11)가 실행하는 것이 된다. 따라서 이 제 1 예의 시스템 구성에 대응하여서는, 서브필드 데이터 생성 로직부(11)의 입력 버스 폭은 10비트라는 것이 되고, 서브필드 데이터 생성 로직부(11)에는 10비트에 의한 γ보정 후의 데이터가 패럴렐로 입력된다.
그런데, 앞서 도 8에 도시한 시간의 가중으로 하고 있는 것에 따라서는 각 서브필드에 관해 무게에 1/12의 차이가 생기기 때문에, 엄밀하게는 입력 신호에 대한 출력 시간폭은 선형으로부터 벗어나게 된다. 그러나, 이 벗어나는 양은 전체에서 본 경우에는 무시할 수 있을 정도로 작은 것이기 때문에, 실제에 있어서의 계조 재현성을 저해하는 일은 없다.
도 33은 제 1 예의 시스템의 특성으로서 입력 신호(계조)에 대한 출력 시간폭의 관계를 나타내고 있다. 이 도면에서도 알 수 있는 바와 같이, 입력 신호(계조)에 대한 출력 시간폭은 거의 선형으로 되어 있음을 알 수 있다.
도 34에, 앞에서 기재한 제 1 예의 시스템의 구동 조건에 있어서의 계조 특성을 도시한다. 또한, 이 특성은, 입력 시간폭에 대한 반사율로부터 명도 지수를 구한 것이다. 이 특성이 선형이라면 768계조의 입력에 대해, 그대로 768계조의 계조 재현이 가능해진다. 실제로서는, 중간 계조에서 반사율 변화가 크게 되어 있기 때문에, 이 도 34에 도시된 바와 같이, 저역측에서 입력 증가율에 대한 명도 지수의 증가율이 크게 된다. 즉, 저역측의 계조 표현이 거칠어지는 경향이 있어, 768계조가 양호하게 재현되지 않음을 알 수 있다.
인간이 시인 가능한 계조 수는 기껏해야 256계조인 것이 알려져 있다. 이 때문에, 입력 신호에 관해 γ보정을 함으로써, 256계조라면 재현하는 것이 가능해진다.
도 35는, γ보정 후의 계조 특성으로서, 저역 부분을 확대하여 도시하고 있다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이, γ보정을 시행하면 계조의 입력에 대해서는 거의 선형이 되는 특성을 얻을 수 있다. 이것은 즉, 계조에 따른 출력으로서 1/256의 변화량보다도 작은 변화량을 얻을 수 있는 것이며, 상술한 바와 같이 256계조의 재현이 가능해지고 있는 것을 나타낸다.
이와 같은 제 1 예에 의한 시스템 구성에서는, 도 4에 도시한 포매터부(1)와 디스플레이 패널(2)과의 사이의 데이터 전송 속도로서는, 버스 폭 32비트에서 44MHz가 된다. 이와 같이 하여, 본 실시의 형태에서는 대폭적인 데이터 전송 속도의 저하가 도모된다.
5. 시스템 구성예(제 2 예)
계속해서, 본 실시의 형태로서의 표시 시스템의 제 2 예에 관해 설명한다.
제 2 예로서의 시스템에 있어서도, 디스플레이 패널(2)에 관해서는, WXGA(1280×768)로서의 해상도의 것을 채용한다. 필드 주파수는 120Hz로 하고, 서브필드 수 12로 한다. 이 경우에도 1H의 시간은 1/120/768/12=904ns가 된다.
이 디스플레이 패널(2)에 있어서의 구동 조건으로서는 다음과 같이 설정하였다.
즉, 노멀리 화이트 54°SCTN 모드를 채용하고, △n0.15, △ε9, 회전 점도 70mPa*sec의 p형의 네마틱 액정을 사용하였다. 프리틸트 각 3°, 셀 두께 1.9㎛로 설정하였다.
화소 전극 전위(Vpix)는 Hi=1.7V, Lo=OV로 하고, 커먼 전위(Vcom)는 정/부에서, 3.OV/-1.6V에 의한 전환을 행한다. 이로써, 액정층간의 전압은 흑레벨에서 ±1.3V, 백레벨에서 ±3.0V가 된다.
이 제 2 예에서는, 각 서브필드마다 시간적 가중에 관해, 도 36에 도시한 바와 같이 설정하고 있다.
즉,
서브필드 O=1×3+1/12
서브필드 1=2×3+1/12
서브필드 2=4×3+1/12
서브필드 3=8×3+1/12
서브필드 4=16×3+1/12
서브필드 5=32×3+1/12
서브필드 6=64×3+1/12
서브필드 7=128×3+1/12
서브필드 8=128×3+1/12
서브필드 9=128×3+1/12
서브필드 10=128×3+1/12
서브필드 11=128×3+1/12
로 하고 있다.
여기서, 도 36에 도시한 각 서브필드의 시간폭의 가중 식에서는, 서브필드의 무게에 대응하는 각 항에 대해 각각 [3]이 승산되어 있다. 이것은, 3개를 1세트로 하여 건너뛰는 주사가 행하여지는 것을 의미하고 있다. 제 2 예에 있어서는, 다음에 도시한 서브필드 패턴으로부터도 이해되는 바와 같이, 256계조의 데이터에 의해 256계조를 표현하고 있기 때문에, 768계조와 256계조에 관해, 768/256=3이라는 관계가 성립함에 의거하여, 3개를 1세트로 한 건너뛰는 주사로 하고 있다.
이 경우에 있어서의 서브필드 패턴으로서는, 도 37 내지 도 44에 도시한 바와 같이 형성하고 있다. 이들의 각 도면에서도 종방향으로 계조를 나타내고, 횡방향으로 각 서브필드 데이터의 시간폭을 나타내고 있다. 이 경우에는 256계조로 되어 있다.
여기서, 제 1 예의 서브필드 패턴과 비교하면(도 9 내지 도 32), 이 제 2 예란, 각 서브필드마다에 있어서의 시간 가중 방법이 상위하고 있음을 알 수 있다. 이에 수반하여, 서브필드 패턴도 다르다. 예를 들면, 시간폭의 가중에 관해 말하면, 이 제 2 예의 쪽은 서브필드 6 내지 10에 관해 보다 짧은 시간으로 되어 있는 것을 알 수 있다.
액정은, 종류마다 동작이 다른 것이나 시간폭의 가중은 이 액정의 동작에 의해 결정하여야 하는 것이다. 제 1 예에서는 노멀리 블랙을 채용하고 있는 것에 대해, 제 2 예에서는 노멀리 화이트를 채용하고 있다. 서브필드 방식에 있어서, 노멀리 화이트를 채용하는 경우에는 노멀리 블랙의 경우보다도 서브필드의 출력 시간폭을 단축한 서브필드를 많이 마련하지 않으면, 양호한 계조 재현성을 얻을 수 없는 것을 알 수 있다. 제 2 예로서의 서브필드 패턴이 상술한 바와 같이 제 1 예와 다른 것은 이와 같은 이유에 의한다.
전술한 바와 같이, 계조 표현에 필요한 비트 수에 관해서는, 노멀리 블랙보다도 노멀리 화이트의 쪽이 적어도 된다.
이 때문에, 도 37 내지 도 44에 도시한 서브필드 패턴을 형성함에 있어서는, 8비트에 의해 256계조를 표현한 데이터를 사용한다. 이 경우에는, 서브필드 데이터로서도 256계조를 표현하기 때문에, 이 8비트의 256계조의 데이터에 관해서는 γ보정은 행하지 않는다. 이 8비트 데이터에 있어서의 하위 4비트를, 서브필드 0 내지 3에 할당한다. 8비트 데이터의 MSB는 서브필드 11에 할당하도록 한다. 남는 3비트로부터, 16에 의한 동등한 가중을 한 서브필드 데이터를 논리 회로에 의해 작성하고 각각 서브필드 데이터 4 내지 10에 할당한다.
이 경우, 서브필드 데이터 생성 로직부(11)는 상술한 바와 같이 서브필드 패턴을 작성할 수 있도록 회로가 구성되는 것으로 된다. 이 경우, 서브필드 데이터 생성 로직부(11)의 입력 버스 폭은 8비트가 되고, 이 입력 버스를 통하여 γ보정되지 않은 8비트의 256계조에 의한 데이터가 패럴렐로 전송되어 온다.
도 46에, 앞에서 기재한 제 2 예의 시스템의 구동 조건에 있어서의 계조 특성을 도시한다. 이 특성도 입력 시간폭에 대한 반사율로부터 명도 지수를 구한 것이 된다. 이 도면에서 알 수 있는 바와 같이 제 2 예에 있어서는 대강, 256계조의 입력에 대해 256계조의 재현이 가능한 것이다.
이와 같은 제 2 예에 의한 시스템 구성에 의해서도, 포매터부(1)와 디스플레이 패널(2)과의 사이의 데이터 전송 속도에 관해 대폭적인 저하가 도모된다.
본 발명으로서, 도 1에 도시한 서브필드 데이터의 출력 상태로 하기 위해서는, 도 2에서 설명한 바와 같이 건너뛰는 주사를 하나의 주사선마다 순차적으로 행하는 외에, 예를 들면 다음과 같은 구성을 채택함으로서도 실현할 수 있다. 결국은, 로우의 주사에 관해서는 순차적으로 건너뛰는 주사를 대신하여, 모든 로우 또는 소정의 복수의 로우를 동시 주사하여 가면서, 각 로우에 대해서는 적절히 필요한 서브필드 데이터를 인가하여 가도록 하는 것이다. 이로써, 도 2에 도시한 바와 같은 서브필드 데이터의 출력 상태를 얻을 수 있도록 하는 것이다. 이 경우에는 각 화소의 열에 대응하여, 서브필드 수에 따른 데이터선의 세트를 패럴렐로 배치할 필요가 생기고, 표시 기판의 구조가 복잡하게 된다. 예를 들면 시스템의 제 1 예, 제 2 예로서 설명한 바와 같이, 실제에 있어서의 서브필드 수로서는 10 내지 12 정도 되는 경우도 종종 있지만, 현실적으로, 각 화소열에 대해 10수개의 데이터선을 패럴렐로 배치하여 접속하는 것은 비교적 곤란하다.
이와 같은 점에서 말하면, 지금까지 설명하여 온 건너뛰는 주사를 전제로 한 시스템 구성에서는, 각 화소열에 대응한 데이터선은 1개(도 7에 도시한 화소 구조의 경우), 또는 2개(도 6에 도시한 화소 구조)로 끝나기 때문에, 보다 간단한 표시 기판 구조이며, 현실적으로도 용이하게 형성하는 것이 가능한다.
제 1 예 및 제 2 예의 시스템으로서는 광원, 조명 장치, 투사 렌즈와 조합시킨 프로젝터용의 반사형 라이트 밸브로서 또는 허상 디스플레이용 라이트 밸브로서 기능시킬 수 있다. 본 발명으로서는 이와 같은 용도로 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 투과형이나 직시형의 디스플레이에도 적용할 수 있다.
예를 들면, 상기 실시의 형태는 Si 기판상에 액티브 매트릭스를 형성하는 것으로 하고 있지만, 유리 기판상에 동일한 화소 구조의 TFT 액티브 매트릭스를 구성하여도 좋다. 그리고, 이와 같은 경우에는 백라이트와 조합시킨 투과형 디스플레이 또는 기판상에 반사 전극을 마련한 반사형 디스플레이 등, 다양한 구성에 응용할 수 있다.
또한, 본 발명은 도면을 참조하여 설명한 상술의 실시예로 한정되는 것이 아니라, 첨부한 청구의 범위 및 그 주지를 일탈하는 일 없이 다양한 변경, 치환 또는 그 동등한 것을 행할 수 있는 것은 당업자에 있어서 분명하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 복수의 서브필드마다 대응하는 서브필드 데이터를 펄스폭 변조에 의해 출력함으로써 표시소자를 구동하는 것이 된다. 이 표시소자의 구동에 있어서는 1필드 기간에 있어서의 어느 시점에서도, 복수의 서브필드 데이터의 각각이 동시에 출력되어 있는 바와 같이 표시 구동한다.
이와 같은 서브필드 데이터의 출력 상태로 함으로써, 서브필드 방식을 기초로 한 PWM 제어 방식으로서는 종래와 같이 1필드 기간 내에 있어서, 복수의 서브필드를 순차적으로 재기록하여 가는 것으로는 되지 않고, 1필드 기간 종료로써, 비로서 각 서브필드에 관한 재기록이 완결된다. 이에 의해서는, 최소 시간폭에 대응하여 전송해야 할 데이터의 전송 속도를 종래의 일반적인 서브필드 방식에 의한 표시 구동의 경우보다도 대폭적으로 저하시킬 수 있다. 이 결과, 예를 들면 표시 구동계의 설계가 현실적이고도 또한 용이한 것이다.
데이터 전송 속도가 낮아짐에 따라서는, 예를 들면 필드 메모리 등의 서브필드 데이터를 유지하기 위한 메모리에 관해 SDRAM을 채용하는 것이 가능해진다. 현재 상태에서 각종의 RAM 중에서도 SDRAM의 제조 코스트는 낮기 때문에, 표시장치로서의 코스트 삭감이 도모된다.
본 발명에서는, 화소 구동을 위한 회로 구성으로서, 비트 반전 기능이 부여되어 있으나, 이로 인하여, 커먼 전위를 반전시키는 커먼 반전 구동이 가능해진다. 이와 같은 커먼 반전 구동이라면, 화소 구동 전압의 저감이 도모되기 때문에, 화소를 구동하는 구동 회로를 형성한 트랜지스터 소자 등의 내압을 저감하는 것이 가능해진다. 이로써, 예를 들면, 액정 디스플레이 디바이스의 고정밀화나 소형화를 촉진시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 복수의 서브필드마다 대응하는 서브필드 마다 대응하는 서브필드 데이터를 펄스폭 변조에 의해 출력함으로써 표시소자를 구동하는 표시 구동방법에 있어서,
    1필드 기간에 있어서의 어느 시점에 있어서도, 상기 복수의 서브필드 데이터의 각각이 동시에 출력되어 있도록하여 표시소자를 구동하는 구동 제어 순서를 가지며,
    상기 구동 제어수단은, 표시장치의 주사선을 주사하는데 있어, 소정의 규칙성을 가지고 주사선을 튀어넘도록 하여 소요의 주사선을 주사하여가는 튀어넘기 주사를 행하며, 상기 튀어 넘는 주사를 행함에 있어, 서브필드 마다의 시간폭의 가중 비율에 따른 소요의 주사선수를 튀어넘도록 하여 주사선을 주사하고 있는 것을 특징으로 하는 표시 구동방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 제어 순서는, 서브필드 데이터가 유지되는 소정의 기억 영역으로부터, 유지되는 서브필드 데이터를 판독하여 표시장치의 데이터선에 대해 출력 가능하게 된 다음, 상기 주사선을 주사하는 타이밍에 따라, 이 주사되는 주사선에 대응하는 화소에 기록하여야 하는 서브필드 데이터를, 상기 기억 영역에서 판독하여 데이터선에 출력시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표시 구동방법.
  5. 광변조 소자를 구동함으로써, 화상 표시를 행하는 표시장치에 있어서,
    소정 복수의 서브필드마다 대응하는 서브필드 데이터를 펄스폭 변조에 의해 출력함으로써 상기 광변조 소자를 구동하는 것이며, 1필드 기간에 있어서의 어느 시점에서도, 각 서브필드 데이터가 동시에 출력되어 있도록하여 상기 광변조 소자를 구동하는 구동 수단을 구비하고,
    상기 구동수단은,
    데이터선에 출력시킨 서브필드 데이터를 상기 광변조 소자의 화소에 대하여 인가함에 있어서, 소정 타이밍으로 교대로 설정되는 정극성 기간과 부극성 기간에 따른 소요의 타이밍으로 상기 정극성 기간에 있어서는 정극성의 서브필드 데이터를 인가하며, 상기 부극성 기간에는 부극성의 서브필드 데이터를 인가하도록 구성되는 화소 구동수단과,
    상기 정극성 기간과 부극성 기간에 따라, 상기 광변조 소자에 인가되어지는 커먼 전위의 극성을 반전시킬 수 있는 커먼 전위 반전수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 구동 수단은, 표시장치의 주사선을 주사함에 있어서, 소정의 규칙성을 갖고 주사선을 뛰어 넘도록 하여 소요의 주사선을 주사하여 가는 뛰어 넘는 주사를 행하며, 상기 뛰어 넘는 주사를 행하는데 있어서, 서브필드 마다의 시간폭의 가중 비율에 따른 소요의 주사선 수를 뛰어 넘도록 하여 주사선을 주사하고 있는 것이 가능하게 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  7. 삭제
  8. 제 5항에 있어서,
    서브필드 데이터를 유지하는 기억수단을 마련하고,
    상기 구동 수단은, 상기 주사선을 주사하는 타이밍에 따라, 이 주사되는 주사선에 대응하는 화소에 기록하여야 하는 서브필드 데이터를, 상기 기억 수단으로부터 판독하고, 표시장치의 데이터선에 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
  9. 삭제
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 화소 구동 수단은, 서브필드 데이터가 1비트 단위로 입력되는 메모리 셀과, 상기 메모리 셀에 유지되어 있는 서브필드 데이터를, 상기 정극성 기간과 부극성 기간에 따라, 정극성 또는 부극성으로 전환하여 출력 가능한 비트 반전 수단과, 상기 비트 반전 수단으로부터 출력되는 데이터를, 화소 구동을 위한 화소 전극에 인가한 출력 버퍼를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 표시장치.
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