JP2006350342A - 表示装置及び表示装置の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力映像データを複数の出力映像信号に変換する場合、各出力映像信号に対する階調電圧集合が設定されているので、所望の全ての階調表現が可能であるため、画質が改善される。
【解決手段】表示装置は、行列状に配列されている複数の画素と、第１周波数の入力映像信号を第２周波数の複数の出力映像信号に変換して出力する信号制御部と、複数の出力映像信号に各々対応する複数の階調電圧集合を生成する階調電圧生成部と、複数の出力映像信号に対応するそれぞれのデータ信号を１つの階調電圧集合の中で選択して画素に印加するデータ駆動部とを含む。
【選択図】図６Ａ

Description

本発明は表示装置及び表示装置の駆動装置に関する。

一般的な液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＬＣＤ）は、画素電極及び共通電極を備える２つの表示板と、その間に入っている誘電率異方性（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ）を有する液晶層とを含む。画素電極は行列状に配列され、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）などスイッチング素子に接続されており、１つの行毎に順にデータ信号の印加を受ける。共通電極は画素電極と異なる表示板または同じ表示板に設けられ、共通電圧の印加を受ける。画素電極と共通電極及びその間の液晶層は、回路的に見れば液晶キャパシタをなし、液晶キャパシタはこれに接続されたスイッチング素子と共に画素を構成する基本単位となる。

このような液晶表示装置においては、２つの電極に電圧を印加して液晶層に電界を生成し、この電界の強さを調節して液晶層を通過する光の透過率を調節することによって所望の画像を得る。この時、液晶層に一方向の電界が永らく印加されることによって発生する劣化現象やフリッカーなどを防止するために、フレーム別に、行別に、または画素別に共通電圧に対するデータ信号の電圧極性を反転させる。

ところが、このようにデータ信号の電圧極性を反転させる場合、液晶分子の応答速度が遅くて液晶キャパシタが目標電圧に充電されるまで時間が長くかかり、画面が鮮明でなくぼやける（ｂｌｕｒｒｉｎｇ）現象が発生し、特に、動映像である場合、映像変化が速かに行われず所望の映像に速く変わらないなどの問題が現れる。
このような問題を解決するために、短時間の間にブラック画面を挿入するインパルシブ（ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ）駆動方式が開発された。

このようなインパルシブ駆動方式は、一定の周期でバックライトランプを消して画面全体をブラックにする方式（ｉｍｐｕｌｓｉｖｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｙｐｅ）と、実質的に表示に関与する正常データ信号の他に一定の周期でブラックデータ信号を画素に印加する方式（ｃｙｃｌｉｃ ｒｅｓｅｔｔｉｎｇ ｔｙｐｅ）がある。
しかし、インパルシブ駆動方式の場合、決められた時間間隔でブラック表示を行う画面が挿入されるので画面の輝度が落ちる。

そこで、本発明が目的とする技術的課題は、表示装置の輝度を高めながら画質を改善することにある。
また、本発明が目的とする他の技術的課題は、動映像の画質を改善することにある。

本発明の特徴による表示装置は、行列状に配列されている複数の画素と、第１周波数の入力映像信号を第２周波数の複数の出力映像信号に変換して出力する信号制御部と、前記複数の出力映像信号に各々対応する複数の階調電圧集合を生成する階調電圧生成部と、前記複数の出力映像信号に対応するそれぞれのデータ信号を１つの階調電圧集合の中で選択して前記画素に印加するデータ駆動部とを含む。

本発明の他の特徴による表示装置の駆動装置は、複数の画素を含む表示装置を駆動する装置であって、第１周波数の入力映像信号を第２周波数の複数の出力映像信号に変換して出力する信号制御部と、前記複数の出力映像信号に各々対応する複数の階調電圧集合を生成する階調電圧生成部と、前記複数の出力映像信号に対応するそれぞれのデータ信号を１つの階調電圧集合の中で選択して前記画素に印加するデータ駆動部とを含む。

前記画素は前記データ信号に従って輝度が決められ、前記複数の出力映像信号による光量の合計は前記入力映像信号による光量と同一であることが好ましい。
前記入力映像信号が所定階調以下であれば、前記複数の出力映像信号のうちの１つは最低階調を有することができる。
前記入力映像信号が所定階調以上であれば、前記複数の出力映像信号のうちの１つは最高階調を有することができる。

前記複数の出力映像信号は第１出力映像信号と第２出力映像信号とを含み、前記第１出力映像信号の階調は前記第２出力映像信号の階調より大きいか同じであることが好ましい。
前記階調電圧生成部は、前記第１出力映像信号のための第１階調電圧集合と、前記第２出力映像信号のための第２階調電圧集合とを生成することができる。

前記表示装置は、前記第１階調電圧集合と前記第２階調電圧集合とを交互に選択して出力する選択回路をさらに含むことができる。
前記信号制御部は、前記入力映像信号が記憶されているフレームメモリと、前記入力映像信号の関数で前記複数の出力映像信号が記憶されていて、前記フレームメモリからの入力映像信号に該当する複数の出力映像信号を送出するルックアップテーブルと、制御信号によって前記ルックアップテーブルからの複数の出力映像データのうちの１つを選択して送出するマルチプレクサーとを含むことが好ましい。

前記階調電圧生成部は、前記第１出力映像信号のための第１階調電圧集合を生成する第１階調電圧生成器と、前記第２出力映像信号のための第２階調電圧集合を生成する第２階調電圧生成器とを含むことが好ましい。
前記表示装置の駆動装置は、前記第１階調電圧集合と前記第２階調電圧集合とを交互に選択して出力する選択回路をさらに含むことができる。この時、前記選択回路はアナログスイッチであることが好ましい。

前記信号制御部は、前記入力映像信号が記憶されているフレームメモリと、前記フレームメモリからの前記入力映像信号に基づいて前記第１出力映像信号と前記第２出力映像信号を送出する映像信号補正部とを含むことができ、前記映像信号補正部は、前記入力映像信号の関数で前記第１出力映像信号と前記第２出力映像信号が記憶されていて、前記フレームメモリからの入力映像信号に該当する前記第１出力映像データと前記第２出力映像データを送出するルックアップテーブと、制御信号によって前記ルックアップテーブルからの第１出力映像データと第２出力映像データのうちの１つを選択して送出するマルチプレクサーとを含むことができる。

前記第２周波数は前記第１周波数の２倍であり、第１周波数は６０Ｈｚであることが好ましい。

本発明によれば、入力映像データを複数の出力映像データに変換する場合、輝度を改善しながらインパルシブ駆動の効果を得ることができ、残像などのような画質低下を改善することができる。
また、変換された複数の出力映像データ、例えば、上位及び下位出力映像データ用階調電圧生成器を各々設けて、当該階調電圧生成器からの階調電圧を用いて印加される複数の出力映像データに対応するデータ電圧を印加するので、輝度歪曲のない映像を表示することができ、表示装置の画質を改善することができる。

さらに、各上位出力映像信号と下位出力映像信号に対する別途の階調電圧生成器を設けることにより、各出力映像信号に対する全ての階調を表現することができ、液晶表示装置の画質を向上できる。

添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な相異な形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
図面において、いろいろな層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似な部分については同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるとする時、これは他の部分の“すぐ上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上”にあるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。

以下、本発明の表示装置及び表示装置の駆動装置に対する一実施形態である液晶表示装置及び液晶表示装置の駆動装置について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態による液晶表示装置のブロック図であり、図２は本発明の実施形態による液晶表示装置の１つの画素に対する等価回路図である。
図１に示したように、本発明の一実施形態による液晶表示装置は、液晶表示板組立体（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｐａｎｅｌ ａｓｓｅｍｂｌｙ）３００、これに接続されたゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００、データ駆動部５００に接続された階調電圧生成部８００、並びにこれらを制御する信号制御部６００を含む。

液晶表示板組立体３００は、等価回路で見れば、複数の信号線Ｇ₁〜Ｇ_n、Ｄ₁〜Ｄ_mと、これに接続されていてほぼ行列状に配列された複数の画素ＰＸとを含む。反面、図２に示した構造で見れば、液晶表示板組立体３００は、互いに対向する下部及び上部表示板１００、２００と、その間に入っている液晶層３とを含む。
信号線Ｇ₁〜Ｇ_n、Ｄ₁〜Ｄ_mは、ゲート信号（“走査信号”とも言う）を伝達する複数のゲート線Ｇ₁〜Ｇ_nと、データ信号を伝達する複数のデータ線Ｄ₁〜Ｄ_mとを含む。ゲート線Ｇ₁〜Ｇ_nはほぼ行方向に延在して互いにほぼ平行であり、データ線Ｄ₁〜Ｄ_mはほぼ列方向に延在して互いにほぼ平行である。

各画素ＰＸ、例えば、ｉ番目（ｉ＝１、２、．．．ｎ）ゲート線Ｇ_iとｊ番目（ｊ＝１、２、．．．ｍ）データ線Ｄ_jに接続された画素ＰＸは、信号線Ｇ_i、Ｄ_jに接続されたスイッチング素子Ｑと、これに接続された液晶キャパシタ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）Ｃ_LC及びストレージキャパシタ（ｓｔｏｒａｇｅ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）Ｃ_STとを含む。ストレージキャパシタＣ_STは必要に応じて省略することができる。

スイッチング素子Ｑは、下部表示板１００に設けられている薄膜トランジスタなどの三端子素子であって、その制御端子はゲート線Ｇ_iと接続されており、入力端子はデータ線 Ｄ_j と接続されており、出力端子は液晶キャパシタＣ_LC及びストレージキャパシタＣ_ST と接続されている。
液晶キャパシタＣ_LCは、下部表示板１００の画素電極１９１と上部表示板２００の共通電極２７０とを２つの端子とし、２つの電極１９１、２７０の間の液晶層３は誘電体として機能する。画素電極１９１はスイッチング素子Ｑと接続され、共通電極２７０は上部表示板２００の全面に形成されていて、共通電圧Ｖｃｏｍの印加を受ける。図２とは異なって、共通電極２７０を下部表示板１００に設けることもでき、この際には２つの電極１９１、２７０のうちの少なくとも１つが線状または棒状に形成することができる。

液晶キャパシタＣ_LCの補助的な役割を果たすストレージキャパシタＣ_STは、下部表示板１００に設けられた別個の信号線（図示せず）と画素電極１９１とが絶縁体を介在して重畳して形成され、この別個の信号線には共通電圧Ｖｃｏｍなどの予め設定された電圧が印加される。しかし、ストレージキャパシタＣ_STは、画素電極１９１が絶縁体を媒介としてすぐ上の前段ゲート線と重畳して形成することができる。

一方、色表示を実現するためには、各画素ＰＸが基本色（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｌｏｒ）のうちの１つを固有に表示するように構成でき（空間分割）、また各画素ＰＸが時間によって交互に基本色を表示するように構成する（時間分割）ことにより、これら基本色の空間的、時間的合計によって所望の色相を認識できるようにする。基本色の例としては、赤色、緑色、青色など三原色がある。 図２は、空間分割の一例として、各画素ＰＸが画素電極１９１に対応する上部表示板２００の領域に、基本色のうちの１つを示すカラーフィルタ２３０を設けたことを示している。図２とは異なって、カラーフィルタ２３０は下部表示板１００の画素電極１９１上のまたは下に形成することもできる。

液晶表示板組立体３００の外側面には、光を偏光させる少なくとも１つの偏光子（図示せず）が付着されている。
再び図１を参照すれば、階調電圧生成部８００は、画素ＰＸの透過率と係わる２組の階調電圧集合（または基準階調電圧集合）を生成する。２組のうちの１組は、共通電圧Ｖｃｏｍに対して正の値（以下、“正極性階調電圧”と言う）を有し、他の１組は負の値（以下、“負極性階調電圧”と言う）を有する。

ゲート駆動部４００は液晶表示板組立体３００のゲート線Ｇ₁〜Ｇ_nと接続され、ゲートオン電圧Ｖｏｎとゲートオフ電圧Ｖｏｆｆとの組み合わせからなるゲート信号をゲート線Ｇ₁〜Ｇ_nに印加する。
データ駆動部５００は液晶表示板組立体３００のデータ線Ｄ₁〜Ｄ_mに接続されており、階調電圧生成部８００からの階調電圧を選択してこれをデータ信号としてデータ線Ｄ₁〜Ｄ_mに印加する。しかし、階調電圧生成部８００が全ての階調に対する電圧を全て提供することでなく、決められた数の基準階調電圧のみを提供する場合に、データ駆動部５００は基準階調電圧を分圧して全体階調に対する階調電圧を生成し、この中でデータ信号を選択する。

信号制御部６００は、ゲート駆動部４００及びデータ駆動部５００などを制御する。
このような駆動装置４００、５００、６００、８００は、それぞれ少なくとも１つの集積回路チップの形態で液晶表示板組立体３００上に直接装着することができ、可撓性印刷回路膜（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｆｉｌｍ）（図示せず）上に装着され、ＴＣＰ（ｔａｐｅ ｃａｒｒｉｅｒ ｐａｃｋａｇｅ）の形態で液晶表示板組立体３００に付着することもでき、別途の印刷回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）（図示せず）上に装着することもできる。これとは異なって、これら駆動装置４００、５００、６００、８００が、信号線Ｇ₁〜Ｇ_n、Ｄ₁〜Ｄ_m及び薄膜トランジスタスイッチング素子Ｑなどと共に、液晶表示板組立体３００に集積することもできる。また、駆動装置４００、５００、６００、８００は単一チップに集積することができ、この場合、これらのうちの少なくとも１つまたはこれらをなす少なくとも１つの回路素子を、単一チップの外側に構成することもできる。

次に、このような液晶表示装置の動作について、詳細に説明する。
信号制御部６００は、外部のグラフィック制御機（図示せず）から入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂ及びその表示を制御する入力制御信号を受信する。入力制御信号の例としては、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃと水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、メインクロックＭＣＬＫ、データイネーブル信号ＤＥなどがある。

信号制御部６００は、入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂと入力制御信号に基づいて入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを液晶表示板組立体３００の動作条件に合うように適切に処理し、ゲート制御信号ＣＯＮＴ１及びデータ制御信号ＣＯＮＴ２などを生成した後、ゲート制御信号ＣＯＮＴ１をゲート駆動部４００に送出し、データ制御信号ＣＯＮＴ２と処理した映像信号ＤＡＴをデータ駆動部５００に送出する。

信号制御部６００のデータ処理は、所定周波数を有する入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを変換して、入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂと異なる周波数、例えば２倍の周波数を有する複数の、例えば２つの出力映像信号を出力することを含む。この時、信号制御部は、入力映像信号の階調に基づいて出力映像信号のうちの１つの階調を最高階調または最低階調を有するようにする。このような信号制御部６００の動作については、次に詳細に説明する。

ゲート制御信号ＣＯＮＴ１は走査開始を指示する走査開始信号ＳＴＶと、ゲートオン電圧Ｖｏｎの出力周期を制御する少なくとも１つのクロック信号とを含む。ゲート制御信号ＣＯＮＴ１は、また、ゲートオン電圧Ｖｏｎの持続時間を限定する出力イネーブル信号ＯＥをさらに含むように構成できる。
データ制御信号ＣＯＮＴ２は、１つの行の画素ＰＸに対する映像信号の伝送開始を知らせる水平同期開始信号ＳＴＨと、データ線Ｄ₁〜Ｄ_mにデータ信号の印加を指示するロード信号ＬＯＡＤ、及びデータクロック信号ＨＣＬＫを含む。データ制御信号ＣＯＮＴ２は、また、共通電圧Ｖｃｏｍに対するデータ信号の電圧極性（以下、“共通電圧に対するデータ信号の電圧極性”を略して“データ信号の極性”と言う）を反転させる反転信号ＲＶＳをさらに含むように構成できる。

信号制御部６００からのデータ制御信号ＣＯＮＴ２によって、データ駆動部５００は１つの行の画素ＰＸに対するデジタル映像信号ＤＡＴを受信し、各デジタル映像信号ＤＡＴに対応する階調電圧を選択することによって、デジタル映像信号ＤＡＴをアナログデータ信号に変換した上で、これを該当データ線Ｄ₁〜Ｄ_mに印加する。
ゲート駆動部４００は、信号制御部６００からのゲート制御信号ＣＯＮＴ１によってゲートオン電圧Ｖｏｎをゲート線Ｇ₁〜Ｇ_nに印加し、このゲート線Ｇ₁〜Ｇ_nに接続されたスイッチング素子Ｑを導通させる。このことにより、データ線Ｄ₁〜Ｄ_mに印加されたデータ信号が導通したスイッチング素子Ｑを通じて該当画素ＰＸに印加される。

画素ＰＸに印加されたデータ信号の電圧と共通電圧Ｖｃｏｍとの差は、液晶キャパシタＣ_LCの充電電圧、つまり、画素電圧として現れる。液晶分子は画素電圧の大きさによってその配列を異にし、そのために液晶層３を通過する光の偏光が変化する。このような偏光の変化は表示板組立体３００に付着された偏光子によって光の透過率変化として現れる。
１水平周期（“１Ｈ”とも記し、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ及びデータイネーブル信号ＤＥの一周期と同一である）を単位としてこのような過程を繰り返すことによって、全てのゲート線Ｇ₁〜Ｇ_nに対して順にゲートオン電圧Ｖｏｎを印加し、全ての画素ＰＸにデータ信号を印加して１フレームの映像を表示する。

１フレームが終了した後、次のフレームが始まり、各画素ＰＸに印加されるデータ信号の極性が直前のフレームでの極性と反対になるように、データ駆動部５００に印加される反転信号ＲＶＳの状態が制御される（“フレーム反転”）。この時、１フレーム内でも反転信号ＲＶＳの特性によって１つのデータ線を通じて流れるデータ信号の極性を変えることができ（例：行反転、点反転）、１つの画素行に印加されるデータ信号の極性を互いに異なるように構成することもできる（例：列反転、点反転）。

次に、図３を参照して、本発明の一実施形態による液晶表示装置の信号制御部６００でのデータ信号の処理について説明する。
信号制御部６００は、フレームメモリ６１０と、これに接続されている映像信号補正部６２０とを含む。
フレームメモリ６１０は、入力される映像信号をフレーム単位で記憶し、この際のフレームメモリ６１０に記憶されている映像信号を入力映像信号ｇ_rとして表記する。

映像信号補正部６２０は、フレームメモリ６１０に記憶されている入力映像信号ｇ_rを順に受信して、入力映像信号ｇ_rを複数の出力映像信号、例えば、第１及び第２出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2に変換して順に出力する。具体的に説明すれば、映像信号補正部６２０は入力映像信号ｇ_rを一回ずつ読み取って第１出力映像信号ｇ_r1に変換し順に出力した上で、入力映像信号ｇ_rを再び１回ずつ読み取って第２出力映像信号ｇ_r2に変換し順に出力する。これにより、データ駆動部５００は全ての画素に対して第１出力映像信号ｇ_r1に該当するデータ信号をデータ線Ｄ₁〜Ｄ_mに印加した後、第２出力映像信号ｇ_r2に該当するデータ信号をデータ線Ｄ₁〜Ｄ_mに印加する。以下では、第１及び第２出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2が出力される期間、及び第１及び第２出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2に該当するデータ信号が印加される期間のそれぞれをフィールドと言う。この２つのフィールドの期間は各々１／２Ｈである。このような映像信号補正部６２０については次に詳細に説明する。

一方、フレームメモリ６１０に記憶されている入力映像信号ｇ_rを２回ずつ読み取るため、フレームメモリ６１０の読み取り周波数（ｒｅａｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（または出力周波数）は、書き込み周波数（ｗｒｉｔｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）（または入力周波数）の２倍である。これによって、フレームメモリ６１０の入力フレーム周波数が６０Ｈｚであれば、映像信号補正部６２０の出力フィールド周波数及びデータ信号の印加周波数も１２０Ｈｚになる。

２つの出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2は、第１及び第２出力映像信号 ｇ_r1、ｇ_r2による画素の光量の合計が補正前の入力映像信号ｇ_rによる光量と同一である。ここで、光量とは、輝度とその輝度を維持する時間をかけたものと同一である。
従って、入力映像信号ｇ_rに対応する輝度をＴ（ｇ_r）とし、第１出力映像信号ｇ_r1に対応する輝度をＴ（ｇ_r1）とし、第２出力映像信号ｇ_r2に対応する輝度をＴ（ｇ_r2）とすれば、
（数式１）
２Ｔ（ｇ_r）＝Ｔ（ｇ_r1）+Ｔ（ｇ_r2）が成立する。

また、２つの出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2の階調Ｐ_r1、Ｐ_r2のうちの１つは、他の１つより大きいか同一である。
つまり、Ｐ_r1≧Ｐ_r2またはＰ_r1≦Ｐ_r2である。
この時、２つの出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2の階調Ｐ_r1、Ｐ_r2のうちの大きい階調を有する出力映像信号を上位出力映像信号とし、小さい階調を有する出力映像信号を下位出力映像信号とし、上位出力映像信号を先に出力するように構成でき、またはその反対にすることもできる。この時、上位出力映像信号が出力されるフィールドは上位フィールド、下位出力映像データが出力されるフィールドは下位フィールドとする。

下位出力映像信号による光量は、上位出力映像信号による光量の約５０％を越えないことが好ましく、下位出力映像信号の階調は０、つまり、ブラック階調またはそれに近くすることでインパルシブ駆動の効果を与えることができる。
上記の条件を満たしながらインパルシブ駆動の効果を与える上位出力映像信号と下位出力映像信号を得るための一実施形態について詳細に説明する。

本実施形態において、Ｐ_r1≧Ｐ_r2の場合、Ｐ_r1の階調を有する第１出力映像信号ｇ_r1を上位出力映像信号とし、Ｐ_r2の階調を有する第２出力映像信号ｇ_r2を下位出力映像信号とし、下位出力映像信号より先に上位出力映像信号を出力するものと仮定する。これとは反対の場合を適用できることは当然である。
フレームメモリ６１０に記憶された入力映像信号ｇ_rが８ビットである時、入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rは０〜２５５であり、この階調Ｐ_rを有する入力映像信号ｇ_rの輝度[Ｔ（ｇ_r）]は次のような関係を有する。

Ｔ（ｇ_r）＝α（Ｐ_r／２５５）γ
γ＝２．４である時、入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが１９２であれば、最大階調である２５５の半分程度の輝度を示す。従って、次のように上位出力映像信号ｇ_r1の階調Ｐ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2とを定める。
（１）０≦Ｐ_r≦１９２であれば、Ｐ_r1＝（２５５／１９２）×Ｐ_r、Ｐ_r2＝０
（２）１９３≦Ｐ_r≦２５５であれば、Ｐ_r1＝２５５、Ｐ_r2＝Ｔ^-1[２Ｔ（Ｐ_r）−Ｔ（２５５）]
つまり、入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが（１）の区間に含まれる場合、上位出力映像信号ｇ_r1の階調Ｐ_r1は入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rに従って最大２５５まで決められ、下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2は０である。

入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが（２）の区間に含まれる場合、上位出力映像信号ｇ_r1の階調Ｐ_r1は最大階調である２５５を有するようになり、下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2は（数式１）を満たす値になる。入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが２５５である時、上位出力映像信号ｇ_r1の階調Ｐ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r1は全て２５５となる。
入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが１２８、１９２、２２４及び２５５である時、（１）と（２）によって得られた各上位出力映像信号ｇ_r1に対応するデータ信号と、下位出力映像信号ｇ_r2に対応するデータ信号を図４に示す。

図４に示したように、各フィールドの間に該当出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2に対応するデータ信号を印加する時、入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが１９２以下である場合、上位出力映像信号ｇ_r1の階調Ｐ_r1は最大階調である２５５以下の範囲から選択される。この時、上位出力映像信号ｇ_r1の階調Ｐ_r1は入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rより大きい階調となる。第１及び第２フィールドの間に各出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2に対応するデータ信号を該当画素に印加するので、上位または下位出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2に対応するデータ信号が印加される時間を２つのフィールドに分けず、入力映像信号ｇ_rに対応するデータ信号を該当画素に印加する時より約１／２に減少する。従って、入力映像信号ｇ_rに対応するデータ信号よりさらに大きいデータ信号を印加してこそ入力映像データｇ_rによる光量とほとんど同一の光量を得ることができる。こういう場合、つまり、入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが１９２を越えない場合、上位出力映像信号ｇ_r1に対応するデータ信号だけでほとんど入力映像信号ｇ_rによる光量を得ることができるので、下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2を０としてインパルシブ駆動の効果を得ることができる。

しかし、入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rが１９２を越える場合、下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2を０とすれば、上位出力映像信号ｇ_r1の階調Ｐ_r2を最大階調である２５５に決めても、入力映像信号ｇ_rのような光量が得られない。つまり、輝度損失が発生する。従って、下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2を０より大きい値に決めて不足した光量を下位出力映像信号ｇ_r2による光量で補償する。この場合、たとえインパルシブ駆動効果を出す下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2が０ではないが、低い階調、例えば、０に近い階調を有しているので、ある程度インパルシブ駆動の効果を得るようになる。

このように全部で２５６個の入力映像信号ｇ_rの階調Ｐ_rのうちの約３／４に相当する０〜１９２の範囲の中で１つの階調を有する入力映像信号ｇ_rに対する下位出力映像信号ｇ_r2の階調Ｐ_r2が０でインパルシブ駆動を行い、残り１／４範囲に属する階調のうちの１つを有する入力映像信号ｇ_rに対する下位出力映像信号ｇ_r2が０に近い低い階調を有するようになるので、多くの光量の損失なしに、つまり、輝度を大きく向上させながらインパルシブ駆動の効果が得られる。

このような方式で得られた入力映像信号ｇ_rに対する２つの出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2をデータ駆動部５００に伝達する信号制御部６００の動作について、再び図４を参照して説明する。
既に説明したように、信号制御部６００は、フレームメモリ６１０と映像信号補正部６２０とを含む。映像信号補正部６２０は、フレームメモリ６１０に接続されたルックアップテーブル６３０、及びルックアップテーブル６３０に接続されており、フィールド選択信号ＦＳを受信するマルチプレクサー６４０を含む。この時、フィールド選択信号ＦＳは多様な方式で定めることができるが、単純にフィールドの奇偶で決定することができ、カウンターなどを用いて決定することもできる。また、このフィールド選択信号ＦＳは、信号制御部６００の内部で生成できるが、外部から提供される信号を用いることもできる。

既にフレームメモリ６１０については前述したため、これに対する説明は省略する。
映像信号補正部６２０のルックアップテーブル６３０には、上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2が入力映像信号ｇ_rの関数で記憶されている。従って、ルックアップテーブル６３０は入力映像信号ｇ_rに応答して、これに対応する上位及び下位出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2をマルチプレクサー６４０に送出する。

マルチプレクサー６４０は、フィールド選択信号ＦＳの値によってルックアップテーブル６３０からの上位及び下位出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2のうちの１つを選択し、順にデータ駆動部５００に出力する。
このようにデータ駆動部５００を経てデータ線Ｄ₁〜Ｄ_mを通じて画素に印加される上位出力映像信号と下位出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2に対応するデータ信号は、図５に示したような反転形態を有する。図５の（ａ）は第１フィールドに上位出力映像信号に対応するデータ信号が印加される場合の反転形態を示したものであり、図５の（ｂ）は第２フィールドに上位出力映像信号に対応するデータ信号が印加される場合の反転形態を示したものである。

上位出力映像信号に対応するデータ信号の電圧極性は、隣接した直前のフィールドの極性と同一であれば、映像に影響を与える上位出力映像信号による画素の充電速度が減少する。
また、フレームごとに上位出力映像信号に対応するデータ信号の電圧極性が反転し、下位出力映像信号に対応するデータ信号の電圧極性が反転することにより、画素電圧の平均が“＋”極性や“−”極性のうちのいずれかに片寄ることがない。

従って、第１フィールドに上位出力映像信号が印加された場合、図５の（ａ）に示したように、２つのフィールドに印加されるデータ信号の極性は互いに反対であり、隣接したフレーム間の極性も反対であり、各画素の極性は２つのフィールドごとに反転する。
第２フィールドに上位出力映像信号が印加された場合、図５の（ｂ）に示したように、１フレーム内の２つのフィールドに印加されるデータ信号の電圧極性は同一であり、隣接したフレーム間の極性は反対であり、各画素の極性は２つのフィールドごとに反転する。

次に、前述した図１及び図３の他にも図６Ａ〜図７Ｂを参照して、本発明の他の実施形態による液晶表示装置について説明する。本実施形態による液晶表示装置は階調電圧生成部８００'とデータ駆動部５００'を除いては、図１に示した液晶表示装置の構造及び動作と同一であるので、階調電圧生成部８００'とデータ駆動部５００'の構造及び動作についてのみ詳細に説明する。

図６Ａ及び図６Ｂ各々は本発明の他の実施形態による階調電圧生成部とデータ駆動部のブロック図である。また、図７Ａは本発明の他の実施形態によって上位階調を有する上位出力映像信号に対する階調電圧を示したグラフであり、図７Ｂは本発明の他の実施形態によって下位階調を有する下位出力映像信号に対する階調電圧を示したグラフである。
図６Ａに示したように、本実施形態による階調電圧生成部８００'は上位階調電圧生成器８１０と下位階調電圧生成器８２０とを含み、データ駆動部５００'は、フィールド選択信号ＦＳによってこれら２つの階調電圧生成器８１０、８２０のうちの１つを選択するスイッチング部８５０と、スイッチング部８５０に接続されたデータ駆動回路５１０とを含んでいる。データ駆動回路５１０は、図１に示したデータ駆動部５００と同じ構造であって同様に動作するので、これに対する詳細な説明は省略する。

図６Ｂに示した液晶表示装置においては、図６Ａに示したスイッチング素子８５０がデータ駆動部５００の外部に装着される別個の装置と設計されていることを除けば、他の構造や動作は図６Ａに示した液晶表示装置と同一である。
スイッチング部８５０は、フィールド選択信号ＦＳの状態によってスイッチング状態が変わるアナログスイッチで構成することができる。

上位及び下位階調電圧生成器８１０、８２０は各々複数の電圧を生成する抵抗列を含んでいる。
図３に基づいて前述したように、入力映像信号ｇ_rの関数で上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2が信号制御部６００のルックアップテーブル６３０に記憶されている時、これら映像信号ｇ_r、ｇ_r1、ｇ_r2それぞれの階調Ｐ_r、Ｐ_r1、Ｐ_r2に対する透過率曲線（以下、“ガンマ曲線”と言う）を、図７に示したように、各々“Ｔ”、“Ｔ１”及び“Ｔ２”とする。

この時、上位階調電圧生成器８１０から出力される複数の階調電圧は、図７Ａに示したように、上位出力映像信号ｇｒ１に対するガンマ曲線Ｔ１に基づいて決められた階調電圧集合Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、．．．となり、下位階調電圧生成器８２０から出力される複数の階調電圧は、図７Ｂに示したように、下位出力映像信号ｇ_r2に対するガンマ曲線Ｔ２に基づいて決められた階調電圧集合Ｖ０'、Ｖ１'、Ｖ２'、Ｖ３'、．．．となる。

このように、上位階調電圧生成器８１０と下位階調電圧生成器８２０から出力される階調電圧集合を決定する時、これら２つの階調電圧生成器８１０、８２０において該当する階調電圧を選択するデータ駆動部５００'、５００の動作について説明する。
まず、入力映像信号ｇ_rに対応する上位／下位出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2が映像信号ＤＡＴとして順にデータ駆動部５００'、５００に印加され、信号制御部６００のマルチプレクサー６４０に印加されるフィールド選択信号ＦＳもスイッチング部８５０に印加される。フィールド選択信号ＦＳの状態によって、スイッチング部８５０は上位階調電圧生成器８１０または下位階調電圧生成器８２０からの階調電圧集合Ｖ０'、Ｖ１'、Ｖ２'、Ｖ３'、．．．またはＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、．．．のうちの１つの階調電圧集合を選択して、データ駆動回路５１０（またはデータ駆動部５００）に印加する。

データ駆動回路５１０（またはデータ駆動部５００）は、印加された階調電圧集合の中で印加されたデジタル映像信号ＤＡＴに対応する電圧を選択した後、データ信号として出力する。
このように、上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2各々に対応する階調電圧生成器が設けられているので、各上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2に対する全ての階調を表現する。これについてさらに詳細に説明する。

例えば、表現可能な階調の数が全部で２５６個である場合、階調電圧生成部が１つの階調電圧生成器だけで構成されているならば、この時出力される正極性及び負極性の階調電圧の数は各々２５６個である。この時、各２５６個の入力階調に対する上位出力映像信号ｇ_r1の透過率の個数と下位出力映像信号ｇ_r2の透過率の個数も、各々２５６個である。上位出力映像信号ｇ_r1の透過率と下位出力映像信号ｇ_r2の透過率の中で互いに同一の値を有する透過率が存在しないと仮定する場合、２５６個の入力階調に対応する全透過率の個数は、上位出力映像信号ｇ_r1の透過率個数と下位出力映像信号ｇ_r2の透過率個数を全て合せた５１２個である。つまり、上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2に対応する透過率を全て表現するためには、全て５１２個の階調電圧（正極性の階調電圧または負極性の階調電圧だけ考慮する時）が必要となる。

しかし、１つの階調電圧生成器だけを利用する場合、各極性に対して２５６個の階調電圧しか出力できないので、残り２５６個の透過率に対する階調電圧を生成できないという問題が生じ、各上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2に対する正確な階調表現が行われない。
実質的に同一の透過率を有する上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2が一部存在するが、上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2のガンマ曲線Ｔ１、Ｔ２の傾きが互いに相異していて、区間によっても透過率の変化が一定でないため、出力映像信号ｇ_r1、ｇ_r2に対する全透過率の個数は２５６個をはるかに超える。

既に説明したように、１つの階調電圧生成器だけを利用する場合、上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2に対する全ての階調表現が行われない。
しかし、本実施形態においては、上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2各々に対応する階調電圧生成器８１０、８２０から階調電圧集合が生成されるので、上位出力映像信号ｇ_r1と下位出力映像信号ｇ_r2に対する全ての階調表現が可能である。また、１つの入力映像信号はデジタル信号処理を通じて該当する階調を有する２つの出力映像信号に変換されるので、小数点のようにデジタル的に表現できない信号値によって発生する量子化エラー（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ）も減少する。

このように、第１実施形態によって１つの階調電圧生成器を含む場合と第２実施形態によって２つの階調電圧生成器を利用する場合、各々上位出力映像信号と下位出力映像信号に対するガンマ曲線を図８を参照して比較してみる。
図８は本発明の第１及び第２実施形態による上位出力映像信号と下位出力映像信号に対するガンマ曲線を示したグラフである。

次に、図８を参照して、第１実施形態による階調電圧に対する透過率曲線と第２実施形態による階調電圧に対する透過率曲線を比較してみる。
図８に示すように、１つの階調電圧生成器を利用する場合、上位出力映像信号のガンマ曲線Ｕ１と下位出力映像信号に対するガンマ曲線Ｌ１を見てみると、曲線Ｕ１、Ｌ１の傾きが徐々に変化するのではなく、“Ａ”部分でのように突然大幅に傾きが変わる区間が発生し、これによる突然の透過率変化は画質の悪化を招く。

これに比べて、２つの階調電圧生成器を利用する場合、上位出力映像信号のガンマ曲線Ｕ２と下位出力映像信号に対するガンマ曲線Ｌ２は突然に傾きが大幅に変わる区間がなく、ガンマ曲線の歪曲（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）なしで全区間でほとんど一定の傾きを有することが見られる。これによって、階調変化によって順次に透過率も変わるようになって、画質が良くなる。

本実施形態においては、インパルシブ実現などのために、互いに異なる階調の入力映像信号に対して同一の階調を有する上位出力映像信号と下位出力映像信号が複数個存在し、これによって、入力映像信号に対して各々上位出力映像信号と下位出力映像信号が一対一に対応せず、各入力映像信号に合致するように正確な値への抵抗値調整が困難であり、また、抵抗列の抵抗値を調整した後、液晶表示装置の特性などを考慮して決められた上位／下位出力映像信号の階調を調整するために、ルックアップテーブルを含む映像信号補正部を利用している。しかし、別途のルックアップテーブルなどを利用せず、直ちに入力映像信号とスイッチング部の動作によって該当する階調電圧生成器を選択し、１つの階調電圧を選択するように構成することも可能である。

また、本実施形態は、１つの入力映像信号に基づいて上位／下位出力映像信号に変換する時、上位または下位出力映像信号の階調を調整してインパルシブ実現が可能な液晶表示装置だけでなく、１つの入力映像信号に基づいて上位／下位出力映像信号のような複数の出力映像信号に変換して映像を表示する全ての表示装置に適用することができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるわけではなく、添付した請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の種々の変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。

本発明の一実施形態による液晶表示装置のブロック図である。 本発明の一実施形態による液晶表示装置の一つの画素に対する等価回路図である。 本発明の一実施形態による信号制御部のブロック図である。 本発明の一実施形態によって求められた入力映像データの階調に対する上位出力映像データに対応するデータ電圧と、下位出力映像データに対応するデータ電圧とを示した図面である。 （ａ）第１フィールドに、上位出力映像データに対応するデータ電圧が印加される場合の反転形態を示したものであり、（ｂ）第２フィールドに、上位出力映像データに対応するデータ電圧が印加される場合の反転形態を示したものである。 本発明の他の実施形態による階調電圧生成部とデータ駆動部の一例に対するブロック図である。 本発明の他の実施形態による階調電圧生成部、スイッチング部、及びデータ駆動部の一例に対するブロック図である。 上位出力映像信号に対するガンマ曲線に基づいて決められた階調電圧集合のグラフである。 下位出力映像信号に対するガンマ曲線に基づいて決められた階調電圧集合のグラフである。 本発明の実施形態による上位出力映像信号と下位出力映像信号に対するガンマ曲線を示したグラフである。

符号の説明

３ 液晶層
１００、２００ 表示板
１９１ 画素電極
２３０ カラーフィルタ
２７０ 共通電極
３００ 液晶表示板組立体
４００ ゲート駆動部
５００、５００’ データ駆動部
５１０ データ駆動回路
６００ 信号制御部
６１０ フレームメモリ
６２０ 映像信号補正部
６３０ ルックアップテーブル
６４０ マルチプレクサー
８００、８００’ 階調電圧生成部
８１０ 上位階調電圧生成器
８２０ 下位階調電圧生成器
８５０ スイッチング部
Ｇ₁〜Ｇ_n ゲート線
Ｄ₁〜Ｄ_m データ線
ＰＸ 画素
Ｑ スイッチング素子
Ｃ_LC 液晶キャパシタ
Ｃ_ST ストレージキャパシタ
Ｒ、Ｇ、Ｂ 入力映像信号
ＣＯＮＴ１ ゲート制御信号
ＣＯＮＴ２ データ制御信号
ＤＡＴ 映像信号
Ｖｏｎ ゲートオン電圧
Ｖｏｆｆ ゲートオフ電圧
ＯＥ 出力イネーブル信号
ＳＴＶ 走査開始信号
ＳＴＨ 水平同期開始信号
ＬＯＡＤ ロード信号
ＨＣＬＫ データクロック信号
Ｖｃｏｍ 共通電圧
ＲＶＳ 反転信号
ＦＳ フィールド選択信号
ｇ_r 入力映像信号
ｇ_r1、ｇ_r2 出力映像信号
Ｐ_r、Ｐ_r1、Ｐ_r2 階調

Claims (20)

1. 行列状に配列されている複数の画素と、
   第１周波数の入力映像信号を第２周波数の複数の出力映像信号に変換して出力する信号制御部と、
   前記複数の出力映像信号に各々対応する複数の階調電圧集合を生成する階調電圧生成部と、
   前記複数の出力映像信号に対応するそれぞれのデータ信号を１つの階調電圧集合の中で選択して前記画素に印加するデータ駆動部と、
   を含む表示装置。
2. 前記画素は前記データ信号に従って輝度が決められ、
   前記複数の出力映像信号による光量の合計は前記入力映像信号による光量と同一である、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記入力映像信号が所定階調以下であれば、前記複数の出力映像信号のうちの１つは最低階調を有する、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記入力映像信号が所定階調以上であれば、前記複数の出力映像信号のうちの１つは最高階調を有する、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記複数の出力映像信号は第１出力映像信号と第２出力映像信号とを含み、
   前記第１出力映像信号の階調は前記第２出力映像信号の階調より大きいか同じである、 請求項１または４に記載の表示装置。
6. 前記階調電圧生成部は、前記第１出力映像信号のための第１階調電圧集合と、前記第２出力映像信号のための第２階調電圧集合とを生成する、請求項５に記載の表示装置。
7. 前記第１階調電圧集合と前記第２階調電圧集合とを交互に選択して出力する選択回路をさらに含む、請求項６に記載の表示装置。
8. 前記信号制御部は、
   前記入力映像信号が記憶されているフレームメモリと、
   前記入力映像信号の関数で前記複数の出力映像信号が記憶されており、前記フレームメモリからの入力映像信号に該当する複数の出力映像信号を送出するルックアップテーブルと、
   制御信号によって前記ルックアップテーブルからの複数の出力映像データのうちの１つを選択して送出するマルチプレクサーと、
   を含む、請求項１に記載の表示装置。
9. 複数の画素を含む表示装置を駆動する装置であって、
   第１周波数の入力映像信号を第２周波数の複数の出力映像信号に変換して出力する信号制御部と、
   前記複数の出力映像信号に各々対応する複数の階調電圧集合を生成する階調電圧生成部と、
   前記複数の出力映像信号に対応するそれぞれのデータ信号を１つの階調電圧集合の中で選択して前記画素に印加するデータ駆動部と、
   を含む表示装置の駆動装置。
10. 前記画素は前記データ信号に従って輝度が決められ、
    前記複数の出力映像信号による光量の合計は前記入力映像信号による光量と同一である、請求項９に記載の表示装置の駆動装置。
11. 前記入力映像信号が所定階調以下であれば、前記複数の出力映像信号のうちの１つは最低階調を有する、請求項１０に記載の表示装置の駆動装置。
12. 前記入力映像信号が所定階調以上であれば、前記複数の出力映像信号のうちの１つは最高階調を有する、請求項１１に記載の表示装置の駆動装置。
13. 前記複数の出力映像信号は、第１出力映像信号と第２出力映像信号とを含み、
    前記第１出力映像信号の階調は前記第２出力映像信号の階調より大きいか同じである、請求項９または１２に記載の表示装置の駆動装置。
14. 前記階調電圧生成部は、前記第１出力映像信号のための第１階調電圧集合を生成する第１階調電圧生成器と、前記第２出力映像信号のための第２階調電圧集合を生成する第２階調電圧生成器とを含む、請求項１３に記載の表示装置の駆動装置。
15. 前記第１階調電圧集合と前記第２階調電圧集合とを交互に選択して出力する選択回路をさらに含む、請求項１４に記載の表示装置の駆動装置。
16. 前記選択回路はアナログスイッチである、請求項１５に記載の表示装置の駆動装置。
17. 前記信号制御部は、
    前記入力映像信号が記憶されているフレームメモリと、
    前記フレームメモリからの前記入力映像信号に基づいて前記第１出力映像信号と前記第２出力映像信号とを送出する映像信号補正部と、
    を含む、請求項１３に記載の表示装置の駆動装置。
18. 前記映像信号補正部は、
    前記入力映像信号の関数で前記第１出力映像信号と前記第２出力映像信号が記憶されており、前記フレームメモリからの入力映像信号に該当する前記第１出力映像データと前記第２出力映像データを送出するルックアップテーブルと、
    制御信号によって前記ルックアップテーブルからの第１出力映像データと第２出力映像データのうちの１つを選択して送出するマルチプレクサーと
    を含む、請求項１７に記載の表示装置の駆動装置。
19. 前記第２周波数は前記第１周波数の２倍である、請求項１３に記載の表示装置の駆動装置。
20. 第１周波数は６０Ｈｚである、請求項１９に記載の表示装置の駆動装置。

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