JP2639763B2 - 電気光学装置およびその表示方法 - Google Patents
電気光学装置およびその表示方法Info
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- Liquid Crystal (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マトリクス状に配列さ
れ、駆動用スイッチング素子を有する複数の画素によっ
て構成された電気光学表示装置、例えば、液晶ディスプ
レーあるいはプラズマディスプレー、真空マイクロエレ
クトロニクスディスプレー等の画像表示に際して、高度
な階調表示を得るための表示方法に関する。
れ、駆動用スイッチング素子を有する複数の画素によっ
て構成された電気光学表示装置、例えば、液晶ディスプ
レーあるいはプラズマディスプレー、真空マイクロエレ
クトロニクスディスプレー等の画像表示に際して、高度
な階調表示を得るための表示方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の各種ＯＡ機器の小型化に伴い、デ
ィスプレー装置も、従来の陰極線管（ＣＲＴ）からプラ
ズマディスプレーや液晶ディスプレー等の薄型のディス
プレー（フラットパネルディスプレー）に置き換えられ
てきた。また、最近では、電界放射陰極とグリッドから
なる微小な真空管をマトリクスアレイ状に配列せしめ、
このマトリクスアレイから放射される電子を蛍光体に当
てて、画像を表示するという真空マイクロエレクトロニ
クスディスプレーも研究されるようになった。これらの
ディスプレー装置はいずれも、マトリクスの交点にかか
る電圧を制御することによって、映像を表示するもので
ある。
ィスプレー装置も、従来の陰極線管（ＣＲＴ）からプラ
ズマディスプレーや液晶ディスプレー等の薄型のディス
プレー（フラットパネルディスプレー）に置き換えられ
てきた。また、最近では、電界放射陰極とグリッドから
なる微小な真空管をマトリクスアレイ状に配列せしめ、
このマトリクスアレイから放射される電子を蛍光体に当
てて、画像を表示するという真空マイクロエレクトロニ
クスディスプレーも研究されるようになった。これらの
ディスプレー装置はいずれも、マトリクスの交点にかか
る電圧を制御することによって、映像を表示するもので
ある。
【０００３】すなわち、液晶材料は、電界によって、そ
の透過光量や散乱光量を変え、プラズマディスプレーで
は、電界によって、電極間に放電が生じ、また、真空マ
イクロエレクトロニクスディスプレーでは、カソードか
ら電界放射によって電子が放射される。
の透過光量や散乱光量を変え、プラズマディスプレーで
は、電界によって、電極間に放電が生じ、また、真空マ
イクロエレクトロニクスディスプレーでは、カソードか
ら電界放射によって電子が放射される。
【０００４】このようなマトリクスのうち、最も単純な
ものは、２枚の基板を向い合せ、それぞれの基板に縦と
横にストライプ状の配線をほどこし、任意の縦線と横線
に電圧を印加することによって、その交点に電圧を発生
させるものである。これは、単純マトリクス構造と称さ
れる。この構造は、単純であるがゆえ、作製が容易で、
安価にディスプレーができる。しかしながら、駆動の際
に、予定していなかった部分にまで信号が流れ、画像が
ぼけるというクロストークという現象がしばしば発生し
た。クロストークを回避するには、光学特性が、あるし
きい値以上の電界によって急峻に変化する材料を採用す
る必要があった。例えば、プラズマ放電は、このような
しきい値が明確に存在し、単純マトリクス方式には好ま
しいディスプレーであった。
ものは、２枚の基板を向い合せ、それぞれの基板に縦と
横にストライプ状の配線をほどこし、任意の縦線と横線
に電圧を印加することによって、その交点に電圧を発生
させるものである。これは、単純マトリクス構造と称さ
れる。この構造は、単純であるがゆえ、作製が容易で、
安価にディスプレーができる。しかしながら、駆動の際
に、予定していなかった部分にまで信号が流れ、画像が
ぼけるというクロストークという現象がしばしば発生し
た。クロストークを回避するには、光学特性が、あるし
きい値以上の電界によって急峻に変化する材料を採用す
る必要があった。例えば、プラズマ放電は、このような
しきい値が明確に存在し、単純マトリクス方式には好ま
しいディスプレーであった。
【０００５】しかしながら、そのような光学材料を使用
した場合には、各画素（すなわち、マトリクス配線の交
点）での電圧は、しきい値電圧のごく近傍となるように
駆動される必要があった。したがって、単純マトリクス
方式を採用する場合には、光学的なＯＮ／ＯＦＦ表示は
可能であるが、光学材料に、電圧に対して中間的な領域
を伴って明るさの変化する材料を用いることができず、
中間的な明度や色調を得ることが難しかった。
した場合には、各画素（すなわち、マトリクス配線の交
点）での電圧は、しきい値電圧のごく近傍となるように
駆動される必要があった。したがって、単純マトリクス
方式を採用する場合には、光学的なＯＮ／ＯＦＦ表示は
可能であるが、光学材料に、電圧に対して中間的な領域
を伴って明るさの変化する材料を用いることができず、
中間的な明度や色調を得ることが難しかった。
【０００６】これは、光学材料（液晶や放電ガス等）に
スイッチングの機能を持たせたためであった。そこで、
光学材料とは別に、スイッチング素子をマトリクスに組
み込むことがおこなわれた。このような素子は、アクテ
ィブマトリクスディスプレーと呼ばれ、各画素に１つ以
上のスイッチング素子を有している。スイッチング素子
としては、ＰＩＮダイオードやＭＩＭダイオード、ある
いは薄膜トランジスターなどが使用される。
スイッチングの機能を持たせたためであった。そこで、
光学材料とは別に、スイッチング素子をマトリクスに組
み込むことがおこなわれた。このような素子は、アクテ
ィブマトリクスディスプレーと呼ばれ、各画素に１つ以
上のスイッチング素子を有している。スイッチング素子
としては、ＰＩＮダイオードやＭＩＭダイオード、ある
いは薄膜トランジスターなどが使用される。
【０００７】しかしながら、アクティブマトリクス方式
を採用したとしてもＣＲＴで実現されたような高度の階
調表示は困難である。従来の階調表示方式を図１（Ａ）
に示す。縦軸はある特定の画素に印加される電圧の大き
さを、横軸は時間を表している。これは、液晶ディスプ
レーの１つの画素にかかる電圧の変化を示している。電
圧が、周期２τの交流パルス状にかけられているのは、
直流を長時間にわたって液晶に印加すると、液晶が電気
分解をおこして劣化するためである。
を採用したとしてもＣＲＴで実現されたような高度の階
調表示は困難である。従来の階調表示方式を図１（Ａ）
に示す。縦軸はある特定の画素に印加される電圧の大き
さを、横軸は時間を表している。これは、液晶ディスプ
レーの１つの画素にかかる電圧の変化を示している。電
圧が、周期２τの交流パルス状にかけられているのは、
直流を長時間にわたって液晶に印加すると、液晶が電気
分解をおこして劣化するためである。
【０００８】この図では、、最初の２周期は“８”の明
るさを、次の１周期は“４”の明るさを、最後の１周期
は“６”の明るさを示すように電圧が印加されている。
実際には、液晶材料は、あるしきい値で急速に光学特性
が変化するのであるが、ここでは、単純に、光学特性は
電圧に対して、線型に変化するものとする。この近似
は、液晶材料でも、例えば、分散型液晶といわれる材料
ではかなりの近い近似となる。したがって、例えば、１
６階調表示を得んとすれば、電圧を１６段階に制御し
て、これを画素にかける必要がある。
るさを、次の１周期は“４”の明るさを、最後の１周期
は“６”の明るさを示すように電圧が印加されている。
実際には、液晶材料は、あるしきい値で急速に光学特性
が変化するのであるが、ここでは、単純に、光学特性は
電圧に対して、線型に変化するものとする。この近似
は、液晶材料でも、例えば、分散型液晶といわれる材料
ではかなりの近い近似となる。したがって、例えば、１
６階調表示を得んとすれば、電圧を１６段階に制御し
て、これを画素にかける必要がある。
【０００９】通常の液晶材料は、５Ｖ以上の電圧を印加
すると、飽和状態となり、それ以上の電圧をかけてもほ
とんど光学特性は変化しない。もし、１６階調を達成し
ようとすれば、５Ｖを１６等分した３００ｍＶの精度の
電圧を印加しなければならない。より高階調を達成せん
とすれば、より微妙な電圧を印加しなければならないこ
とは当然である。実際に、３００ｍＶ以下の精度で電圧
を発生させることは容易なことではなく、また、このよ
うな微妙な電圧が、実際に画素に到達するまでに、さま
ざまな原因によって減衰してしまう。例えば、配線抵
抗、薄膜トランジスタの抵抗、薄膜トランジスタの寄生
容量による画素電位の低下、等である。そして、これら
の電圧変動のパラメータは、各画素のアクティブ素子に
よって、さまざまに違うため、実際には、大きなパネル
全体にわたって、画素電圧の変動を±０．２Ｖ程度に保
つことが精一杯である。
すると、飽和状態となり、それ以上の電圧をかけてもほ
とんど光学特性は変化しない。もし、１６階調を達成し
ようとすれば、５Ｖを１６等分した３００ｍＶの精度の
電圧を印加しなければならない。より高階調を達成せん
とすれば、より微妙な電圧を印加しなければならないこ
とは当然である。実際に、３００ｍＶ以下の精度で電圧
を発生させることは容易なことではなく、また、このよ
うな微妙な電圧が、実際に画素に到達するまでに、さま
ざまな原因によって減衰してしまう。例えば、配線抵
抗、薄膜トランジスタの抵抗、薄膜トランジスタの寄生
容量による画素電位の低下、等である。そして、これら
の電圧変動のパラメータは、各画素のアクティブ素子に
よって、さまざまに違うため、実際には、大きなパネル
全体にわたって、画素電圧の変動を±０．２Ｖ程度に保
つことが精一杯である。
【００１０】これにたいし、画素に印加される電圧パル
スの時間幅を制御することによって、階調表示を得る方
法がある。例えば、本発明者らの発明である特願平３−
１６９３０６、特願平３−１６９３０７、特願平３−１
６９３０７、特願平３−２０９８６９等である。この例
は図１（Ｂ）に示される。図１（Ａ）と同様に、最初の
２周期が“８”、次の１周期が“４”、最後の１周期が
“６”を表示せんとしたものである。
スの時間幅を制御することによって、階調表示を得る方
法がある。例えば、本発明者らの発明である特願平３−
１６９３０６、特願平３−１６９３０７、特願平３−１
６９３０７、特願平３−２０９８６９等である。この例
は図１（Ｂ）に示される。図１（Ａ）と同様に、最初の
２周期が“８”、次の１周期が“４”、最後の１周期が
“６”を表示せんとしたものである。
【００１１】液晶材料は、視覚的には、瞬間的な電圧で
はなく、平均実効値電圧に応じた色調・明度を示すこと
が知られている。すなわち、最初の２周期の実効値電圧
を１としたら、次の１周期は、ピーク電圧は最初の２周
期と同じであるが、平均実効値電圧は０．５であり、最
後の１周期は０．７５である。
はなく、平均実効値電圧に応じた色調・明度を示すこと
が知られている。すなわち、最初の２周期の実効値電圧
を１としたら、次の１周期は、ピーク電圧は最初の２周
期と同じであるが、平均実効値電圧は０．５であり、最
後の１周期は０．７５である。
【００１２】また、プラズマ放電の応答速度は１μｓｅ
ｃもの高速であるが、肉眼はそのような速さに追随でき
ず、視覚的には、平均的な明るさを感じ、結局、平均実
効値電圧によって、視覚的な明るさが決定される。
ｃもの高速であるが、肉眼はそのような速さに追随でき
ず、視覚的には、平均的な明るさを感じ、結局、平均実
効値電圧によって、視覚的な明るさが決定される。
【００１３】このような階調表示方式は、特に高階調表
示をおこなうには、スイッチング速度を著しく大きくす
る必要があるということである。図２は、図１（Ｂ）の
特殊なものを表現したものであり、図２の例では、６４
階調が達成できる。左の数字は画素の明るさの程度を示
している。ここでは、“１”から“５４”というように
順に光学特性が変化してゆく。図２において、（Ａ）と
（Ｂ）は本質的には違いがなく、複数のパルスの順番を
入れ換えただけのものである。その詳細は、本発明人等
の発明である特願平３−２０９８６９に述べられている
のでここでは詳細は省略する。
示をおこなうには、スイッチング速度を著しく大きくす
る必要があるということである。図２は、図１（Ｂ）の
特殊なものを表現したものであり、図２の例では、６４
階調が達成できる。左の数字は画素の明るさの程度を示
している。ここでは、“１”から“５４”というように
順に光学特性が変化してゆく。図２において、（Ａ）と
（Ｂ）は本質的には違いがなく、複数のパルスの順番を
入れ換えただけのものである。その詳細は、本発明人等
の発明である特願平３−２０９８６９に述べられている
のでここでは詳細は省略する。
【００１４】例えば、“17" と表示された部分では、パ
ルスは、１の長さのパルスと１６の長さのパルスが、τ
の中に１回ずつ現れ、平均的に“１７”の明るさを示
す。また、“３７”と表示された部分では、パルスは、
１の長さのパルスと４の長さのパルスと３２の長さのパ
ルスが、τの中に１回ずつ現れ、平均的に“３７”の明
るさを示す。このようにして、“０”（全くパルスがな
い）から“６３”まで、６４階調の表示がおこなえる。
ルスは、１の長さのパルスと１６の長さのパルスが、τ
の中に１回ずつ現れ、平均的に“１７”の明るさを示
す。また、“３７”と表示された部分では、パルスは、
１の長さのパルスと４の長さのパルスと３２の長さのパ
ルスが、τの中に１回ずつ現れ、平均的に“３７”の明
るさを示す。このようにして、“０”（全くパルスがな
い）から“６３”まで、６４階調の表示がおこなえる。
【００１５】図２からあきらかなように、最小パルスの
幅は、電圧の繰り返しの周期τの６４分の１である必要
がある。そして、実際に、薄膜トランジスタ等で、スイ
ッチングをおこなう場合には、薄膜トランジスタには、
マトリクスの行数だけ短いパルスが印加される。例え
ば、４８０行のマトリクスであれば、その４８０分の１
のパルスが薄膜トランジスタに印加される。τは、通常
３０ｍｓｅｃであるので、最小パルスの幅は、５００μ
ｓｅｃである。したがって、薄膜トランジスタ等の駆動
信号としては１μｓｅｃが要求される。この数字は十分
に大きいように考えられるかもしれないが、薄膜トラン
ジスタにとっては、極めて早い信号であり、また、より
高階調にする場合には、さらに高速パルスが行き来する
こととなり、ディスプレー面から電磁波が放射されるこ
ととなる。
幅は、電圧の繰り返しの周期τの６４分の１である必要
がある。そして、実際に、薄膜トランジスタ等で、スイ
ッチングをおこなう場合には、薄膜トランジスタには、
マトリクスの行数だけ短いパルスが印加される。例え
ば、４８０行のマトリクスであれば、その４８０分の１
のパルスが薄膜トランジスタに印加される。τは、通常
３０ｍｓｅｃであるので、最小パルスの幅は、５００μ
ｓｅｃである。したがって、薄膜トランジスタ等の駆動
信号としては１μｓｅｃが要求される。この数字は十分
に大きいように考えられるかもしれないが、薄膜トラン
ジスタにとっては、極めて早い信号であり、また、より
高階調にする場合には、さらに高速パルスが行き来する
こととなり、ディスプレー面から電磁波が放射されるこ
ととなる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の階調
方式における上記のような問題を鑑みてなされたもの
で、図１（Ａ）のような、純然たる電圧による階調表示
方式と、また、図１（Ａ）のような、純然たるパルス幅
による階調表示方式との利点を取り入れた新しい階調表
示方式である。そして、先に指摘したような、極めて微
妙な電圧制御を要求されることも、また、極めて高速な
パルスを要求されることもない。
方式における上記のような問題を鑑みてなされたもの
で、図１（Ａ）のような、純然たる電圧による階調表示
方式と、また、図１（Ａ）のような、純然たるパルス幅
による階調表示方式との利点を取り入れた新しい階調表
示方式である。そして、先に指摘したような、極めて微
妙な電圧制御を要求されることも、また、極めて高速な
パルスを要求されることもない。
【００１７】
【問題を解決する方法】本発明と従来の方式との違いを
明確にする目的で、図１（Ｃ）に、本発明の例を示す。
やはり図１（Ａ）および（Ｂ）と同様に、最初の２周期
が“８”、次の１周期が“４”、最後の１周期が“６”
を表示せんとしたものである。
明確にする目的で、図１（Ｃ）に、本発明の例を示す。
やはり図１（Ａ）および（Ｂ）と同様に、最初の２周期
が“８”、次の１周期が“４”、最後の１周期が“６”
を表示せんとしたものである。
【００１８】本発明も、図２の方法と同様にパルス電圧
の平均実効値電圧を利用して階調表示をおこなうもので
あるが、パルス幅に加えて、パルスの高さも変化させる
ことにより、その分、自由度を上げ、上記の問題を解決
するのである。本発明では、入力されたアナログ信号
を、直接、あるいは，いったんデジタル信号に変換して
から、Ｎ進法の数値もしくはそれに対応するデジタル信
号に変換する。例えば、図１（Ｃ）の例では、映像を４
進法２桁の信号に変換した。１０進法で、０から１５ま
での数字を４進法で表せば、表１のようになる。
の平均実効値電圧を利用して階調表示をおこなうもので
あるが、パルス幅に加えて、パルスの高さも変化させる
ことにより、その分、自由度を上げ、上記の問題を解決
するのである。本発明では、入力されたアナログ信号
を、直接、あるいは，いったんデジタル信号に変換して
から、Ｎ進法の数値もしくはそれに対応するデジタル信
号に変換する。例えば、図１（Ｃ）の例では、映像を４
進法２桁の信号に変換した。１０進法で、０から１５ま
での数字を４進法で表せば、表１のようになる。
【表１】
【００１９】図１（Ｃ）の例では、”８”を１０進数の
１２で、したがって、”４”を１０進数の６で，”６”
を１０進数の９で表現したものである。１０進数の１
２、６、９は、４進法で表現すれば、表１より、それぞ
れ、３０、１２、２１である。さて、このような２進数
でない数値を表現するには、それぞれの桁に対応するパ
ルスの幅を変えてやればよい。すなわち、４進法では、
第１桁のパルス幅が１であれば、第２桁のパルス幅は
４、第３桁のパルス幅は１６というように、４倍づつ増
えてゆく。これは、従来の例である、図２の場合（デジ
タル、すなわち２進法）では、パルス幅が２倍づつ増え
てゆくことと対応している。
１２で、したがって、”４”を１０進数の６で，”６”
を１０進数の９で表現したものである。１０進数の１
２、６、９は、４進法で表現すれば、表１より、それぞ
れ、３０、１２、２１である。さて、このような２進数
でない数値を表現するには、それぞれの桁に対応するパ
ルスの幅を変えてやればよい。すなわち、４進法では、
第１桁のパルス幅が１であれば、第２桁のパルス幅は
４、第３桁のパルス幅は１６というように、４倍づつ増
えてゆく。これは、従来の例である、図２の場合（デジ
タル、すなわち２進法）では、パルス幅が２倍づつ増え
てゆくことと対応している。
【００２０】図１（Ｃ）の例では、４進法の２桁表示で
あるので、長さが１のパルスと４のパルスを用いる。最
初の２周期では、幅４のパルスで、高さが３のパルスの
みを加え、次の１周期では、幅４のパルスで、高さが１
のパルスと幅１のパルスで、高さが２のパルスを加え、
最後の１周期では、高さが２のパルスと幅１のパルス
で、高さが１のパルスを加える。その結果、最初の２周
期に加えられたパルス電圧の実効値を１とすると、その
後は複雑なパルスであるが、３周期目のパルスの平均実
効値電圧は０．５であり、最後の１周期は平均実効値電
圧は０．７５となる。このように、パルスの幅だけでな
く、パルスの高さも制御することにより、パルス幅にか
かる負担（すなわち高速パルス化）をパルスの高さで緩
和することが出来る。特に、この高さを変化させるに際
して、４進法やその他の数値表現を採用したことが本発
明の特徴である。
あるので、長さが１のパルスと４のパルスを用いる。最
初の２周期では、幅４のパルスで、高さが３のパルスの
みを加え、次の１周期では、幅４のパルスで、高さが１
のパルスと幅１のパルスで、高さが２のパルスを加え、
最後の１周期では、高さが２のパルスと幅１のパルス
で、高さが１のパルスを加える。その結果、最初の２周
期に加えられたパルス電圧の実効値を１とすると、その
後は複雑なパルスであるが、３周期目のパルスの平均実
効値電圧は０．５であり、最後の１周期は平均実効値電
圧は０．７５となる。このように、パルスの幅だけでな
く、パルスの高さも制御することにより、パルス幅にか
かる負担（すなわち高速パルス化）をパルスの高さで緩
和することが出来る。特に、この高さを変化させるに際
して、４進法やその他の数値表現を採用したことが本発
明の特徴である。
【００２１】６４階調を達成しようとした場合、図２の
方法では、パルス幅が１、２、４、８、１６、３２の計
６個のパルスの組み合わせによって、これを達成した。
しかるに、本発明では、パルスの高さを０，１，２，３
の４段階とし、パルスとしては、幅が１，４，１６の３
つのパルスだけを用いて、４進法３桁の演算をおこな
い、６４階調を達成することができる。当然のことなが
ら、パルスの種類が少ないということは、それだけ最小
パルス幅が大きいということでもある。
方法では、パルス幅が１、２、４、８、１６、３２の計
６個のパルスの組み合わせによって、これを達成した。
しかるに、本発明では、パルスの高さを０，１，２，３
の４段階とし、パルスとしては、幅が１，４，１６の３
つのパルスだけを用いて、４進法３桁の演算をおこな
い、６４階調を達成することができる。当然のことなが
ら、パルスの種類が少ないということは、それだけ最小
パルス幅が大きいということでもある。
【００２２】図３にはその例を示す。．図３（Ａ）も
（Ｂ）も、パルスの順番が変更されている以外、実質的
には同じである。図３の例では、例えば、“１”は、高
さが１で、長さが１のパルス（最小パルス）で表現でき
る。“４”は高さが１で、長さが４のパルスで表現でき
る。“１６”は高さが１で、長さが１６のパルスで表現
できる。“３２”は高さが２で、長さが１６のパルスで
表現できる。そして、図３に示したように、“０”、
“１”から“６０”までの全ての数字をこれらの組合せ
で表現できる。図から明らかなように、最小パルスは従
来の方法に比べて長くなり、例えな、最小パルス幅は、
図２のものが、 τ／（１＋２＋４＋８＋１６＋３２）＝τ／６３ であったのに対し、図３の例では、τ／（１＋４＋１
６）＝τ／２１ であり、実に３倍の長さになる。すなわち、高速動作に
伴う消費電力の増加や装置の負担を著しく軽減できる。
（Ｂ）も、パルスの順番が変更されている以外、実質的
には同じである。図３の例では、例えば、“１”は、高
さが１で、長さが１のパルス（最小パルス）で表現でき
る。“４”は高さが１で、長さが４のパルスで表現でき
る。“１６”は高さが１で、長さが１６のパルスで表現
できる。“３２”は高さが２で、長さが１６のパルスで
表現できる。そして、図３に示したように、“０”、
“１”から“６０”までの全ての数字をこれらの組合せ
で表現できる。図から明らかなように、最小パルスは従
来の方法に比べて長くなり、例えな、最小パルス幅は、
図２のものが、 τ／（１＋２＋４＋８＋１６＋３２）＝τ／６３ であったのに対し、図３の例では、τ／（１＋４＋１
６）＝τ／２１ であり、実に３倍の長さになる。すなわち、高速動作に
伴う消費電力の増加や装置の負担を著しく軽減できる。
【００２３】本発明では、４進法的な方法以外に、３進
法的な表現や、５進法的な表現、あるいはより高進法的
な表現をおこなうことが可能である。図４（Ａ）には、
３進法４桁の表示による階調表示の、同図（Ｂ）には、
５進法３桁の表示による階調表示の例をそれぞれ示し
た。３進法４桁の表示方法では、３4＝８１階調が、ま
た、５進法３桁の表示方法では、５3 ＝１２５階調の表
示方法が可能であり、それぞれの最短パルス幅は、それ
ぞれ、τ／４０、τ／３１である。
法的な表現や、５進法的な表現、あるいはより高進法的
な表現をおこなうことが可能である。図４（Ａ）には、
３進法４桁の表示による階調表示の、同図（Ｂ）には、
５進法３桁の表示による階調表示の例をそれぞれ示し
た。３進法４桁の表示方法では、３4＝８１階調が、ま
た、５進法３桁の表示方法では、５3 ＝１２５階調の表
示方法が可能であり、それぞれの最短パルス幅は、それ
ぞれ、τ／４０、τ／３１である。
【００２４】図４（Ａ）において、パルス幅１のパルス
は３進法表現の第１桁に対応し、パルス幅３のパルスは
３進法表現の第２桁に対応する。また、図４（Ｂ）にお
いて、パルス幅１のパルスは５進法表現の第１桁に対応
し、パルス幅２５のパルスは５進法表現の第２桁に対応
する。
は３進法表現の第１桁に対応し、パルス幅３のパルスは
３進法表現の第２桁に対応する。また、図４（Ｂ）にお
いて、パルス幅１のパルスは５進法表現の第１桁に対応
し、パルス幅２５のパルスは５進法表現の第２桁に対応
する。
【００２５】一般に、低進法の表現では、同じ桁数で表
現する（同じ数のパルスを使用する）場合でも、階調段
階は小さく、逆に高進法の表現では、少ない桁数（パル
ス数）で高度の階調表現が可能である。しかしながら、
高進法を採用する場合には、パルスの電圧レベルの設定
が細かくなり、回路上の問題から無制限に高進法を採用
することができない。３進法から６進法が適当である。
また、一般に高進法を採用すれば、同程度の階調表示を
える場合にも、最小パルス幅は大きくなる。
現する（同じ数のパルスを使用する）場合でも、階調段
階は小さく、逆に高進法の表現では、少ない桁数（パル
ス数）で高度の階調表現が可能である。しかしながら、
高進法を採用する場合には、パルスの電圧レベルの設定
が細かくなり、回路上の問題から無制限に高進法を採用
することができない。３進法から６進法が適当である。
また、一般に高進法を採用すれば、同程度の階調表示を
える場合にも、最小パルス幅は大きくなる。
【００２６】以上のように、一般に表現が難しい、アナ
ログ信号をＮ進法で表現することによって、これをもと
に、パルス幅が異なり、波高の異なるパルスを作り、こ
れを組み合わせることによって極めて多段階の階調表示
をすることができた。本発明においては、例えば、４進
法４桁の表示方法を採用すれば、パルス電圧は４段階の
値を設定しなければならないが、液晶のしきい値電圧を
５Ｖとすれば、それぞれ０Ｖ、１．６７Ｖ、３．３３
Ｖ、５Ｖとすればよいのであって、それだけで、２５６
階調が可能である。一方、従来技術の図１（Ａ）のよう
に、電圧を細かく刻む方式では、２５６階調を達成せん
とすれば、２０ｍＶもの細かい電圧レベルを設定して、
入力電圧を刻む必要があって、実行不可能であった。以
上が本発明の根幹となるべき部分であり、実際には、各
表示装置に入力する信号は、より複雑である。以下に実
施例を示し、具体的な例を説明する。
ログ信号をＮ進法で表現することによって、これをもと
に、パルス幅が異なり、波高の異なるパルスを作り、こ
れを組み合わせることによって極めて多段階の階調表示
をすることができた。本発明においては、例えば、４進
法４桁の表示方法を採用すれば、パルス電圧は４段階の
値を設定しなければならないが、液晶のしきい値電圧を
５Ｖとすれば、それぞれ０Ｖ、１．６７Ｖ、３．３３
Ｖ、５Ｖとすればよいのであって、それだけで、２５６
階調が可能である。一方、従来技術の図１（Ａ）のよう
に、電圧を細かく刻む方式では、２５６階調を達成せん
とすれば、２０ｍＶもの細かい電圧レベルを設定して、
入力電圧を刻む必要があって、実行不可能であった。以
上が本発明の根幹となるべき部分であり、実際には、各
表示装置に入力する信号は、より複雑である。以下に実
施例を示し、具体的な例を説明する。
【００２７】
【実施例】本発明を実施するための装置の概略を図５に
示す。ここで示される装置は本発明を説明するのに最小
限必要なものだけが記述されており、実際に動作させる
には、その他に様々な備品が必要となることがある。本
装置では、２５６階調の階調表示をおこなうものとす
る。
示す。ここで示される装置は本発明を説明するのに最小
限必要なものだけが記述されており、実際に動作させる
には、その他に様々な備品が必要となることがある。本
装置では、２５６階調の階調表示をおこなうものとす
る。
【００２８】まず、映像信号（Video Signal) は、本装
置の入力端から入力される。ここでは、画像の第ｎ行第
ｍ列の画素の信号として、その明るさの最大値を２５６
としたときに、“２１２”で表される信号が入力された
ものとする。もちろん、本装置には、絶えず他の画素の
信号も入力されている。
置の入力端から入力される。ここでは、画像の第ｎ行第
ｍ列の画素の信号として、その明るさの最大値を２５６
としたときに、“２１２”で表される信号が入力された
ものとする。もちろん、本装置には、絶えず他の画素の
信号も入力されている。
【００２９】この信号は入力後、Ａ／Ｄコンバータ（Ａ
／Ｄ Convertor)によって、２進法のデジタル信号に変
換される。ここで出力されるデジタル信号は、後に４進
法の数値表現に変換されるので、特に必要なものではな
いが、信号の処理を行ううえで、後に映像信号を一時記
憶させる必要が生じる。例えば、各画素の信号は刻々と
送られてくるが、本発明のような信号処理方法では、逐
一信号を放出するのではなく、１画面分の信号をまとめ
てから、出力することが必要とされるので、一時的に映
像信号を記憶する必要がある。そのような場合に、デジ
タル信号であれば記憶が容易である。アナログ信号を記
憶することは不可能である。“２１２”を２進法に変換
すると、“１１０１０１００”となる。しかしながら、
本発明では、このデジタル信号のみを直接利用すること
はできない。そこで、このデジタル信号を次段の信号処
理装置（Signal Processor) によって、本発明を実施す
るのに適した信号とする。
／Ｄ Convertor)によって、２進法のデジタル信号に変
換される。ここで出力されるデジタル信号は、後に４進
法の数値表現に変換されるので、特に必要なものではな
いが、信号の処理を行ううえで、後に映像信号を一時記
憶させる必要が生じる。例えば、各画素の信号は刻々と
送られてくるが、本発明のような信号処理方法では、逐
一信号を放出するのではなく、１画面分の信号をまとめ
てから、出力することが必要とされるので、一時的に映
像信号を記憶する必要がある。そのような場合に、デジ
タル信号であれば記憶が容易である。アナログ信号を記
憶することは不可能である。“２１２”を２進法に変換
すると、“１１０１０１００”となる。しかしながら、
本発明では、このデジタル信号のみを直接利用すること
はできない。そこで、このデジタル信号を次段の信号処
理装置（Signal Processor) によって、本発明を実施す
るのに適した信号とする。
【００３０】本装置では、パルス幅として、Ｔ0 、４Ｔ
0 、１６Ｔ0 、６４Ｔ0 の計４種類のパルスを使用し、
その波高は４段階（０、１、２、３）とする。
0 、１６Ｔ0 、６４Ｔ0 の計４種類のパルスを使用し、
その波高は４段階（０、１、２、３）とする。
【００３１】本装置では、デジタル信号“１１０１０１
００”は、４進法に変換され、“３１１０”と変換され
る。この変換作業は、１つの信号ごとにいちいち計算し
てもよいが、速度の制約から難があるので、予め信号処
理装置内の記憶装置に入力デジタル信号に対応する出力
信号を記憶させておき、入力信号に対比して出力させる
方がよい。
００”は、４進法に変換され、“３１１０”と変換され
る。この変換作業は、１つの信号ごとにいちいち計算し
てもよいが、速度の制約から難があるので、予め信号処
理装置内の記憶装置に入力デジタル信号に対応する出力
信号を記憶させておき、入力信号に対比して出力させる
方がよい。
【００３２】さて、実際には、この信号処理はデジタル
回路で行われるので、上述の”３１１０”という数字は
別な表現で表される。すなわち、４進法の数値をデジタ
ル化した信号（２進数）とする。例えば、３を１１、２
を１０、１を０１、０を００というようにして、”３１
１”を”１１ ０１ ０１ ００”というように表すと
回路の設計が容易である。すなわち、この信号処理回路
の内部では、、４進法に変換されたけれども、デジタル
信号である。画素のデータを一時記憶する場合には、最
初のデジタル信号でも、この４進法数値のデジタル信号
でも、どちらでも構わない。すなわち、最初のデジタル
信号は、１画素あたり８ビットの記憶容量が必要である
が、この４進法数値のデジタル信号も８ビットの容量が
必要である。しかしながら、例えば、５進法３桁の表現
方法で、１２５階調の表示をおこなう場合には、映像信
号をデジタル化した信号は７ビット（７桁）の信号であ
るので、記憶には７ビットの容量が必要であるが、これ
を５進法の数値に変換したもののデジタル信号は９ビッ
トの容量が必要である。すなわち、５進数の各桁のデジ
タル化には、３桁が必要なためである。したがって、こ
の場合には、最初のデジタル信号で記憶した場合の方が
容量がすくなくて済む。一般的に、最初のデジタル信号
と、後のＮ進法処理の結果得られるデジタル信号の桁数
を比べたら、同じか、後者の方が多い。
回路で行われるので、上述の”３１１０”という数字は
別な表現で表される。すなわち、４進法の数値をデジタ
ル化した信号（２進数）とする。例えば、３を１１、２
を１０、１を０１、０を００というようにして、”３１
１”を”１１ ０１ ０１ ００”というように表すと
回路の設計が容易である。すなわち、この信号処理回路
の内部では、、４進法に変換されたけれども、デジタル
信号である。画素のデータを一時記憶する場合には、最
初のデジタル信号でも、この４進法数値のデジタル信号
でも、どちらでも構わない。すなわち、最初のデジタル
信号は、１画素あたり８ビットの記憶容量が必要である
が、この４進法数値のデジタル信号も８ビットの容量が
必要である。しかしながら、例えば、５進法３桁の表現
方法で、１２５階調の表示をおこなう場合には、映像信
号をデジタル化した信号は７ビット（７桁）の信号であ
るので、記憶には７ビットの容量が必要であるが、これ
を５進法の数値に変換したもののデジタル信号は９ビッ
トの容量が必要である。すなわち、５進数の各桁のデジ
タル化には、３桁が必要なためである。したがって、こ
の場合には、最初のデジタル信号で記憶した場合の方が
容量がすくなくて済む。一般的に、最初のデジタル信号
と、後のＮ進法処理の結果得られるデジタル信号の桁数
を比べたら、同じか、後者の方が多い。
【００３３】次に、この信号処理装置から信号が出力さ
れる。ここで出力される信号は、“３１１０”（あるい
は、デジタル信号で書けば”１１０１０１００”）と連
続されるのではない。すなわち、他の画素のデータも同
時に出力される必要があるので、“．．３．．１．．
１．．０．．”（あるいはデジタル信号では”．．１
１．．０１．．０１．００．．”）というように、他の
画素の信号の合間に途切れ途切れに出力される。同時に
クロックパルスも出力される。
れる。ここで出力される信号は、“３１１０”（あるい
は、デジタル信号で書けば”１１０１０１００”）と連
続されるのではない。すなわち、他の画素のデータも同
時に出力される必要があるので、“．．３．．１．．
１．．０．．”（あるいはデジタル信号では”．．１
１．．０１．．０１．００．．”）というように、他の
画素の信号の合間に途切れ途切れに出力される。同時に
クロックパルスも出力される。
【００３４】このように信号処理装置から出力された信
号は、画面周辺のシフトレジスタ（Shift Resistor) に
送られる。ここで、各信号は、対応する信号線（Ｙ線）
に送られる電圧を発生させる。その際には、シフトレジ
スタに、あるいはそれの前の段階に電圧発生回路を接続
し、入力されるデジタル信号を、多段階の電圧パルスに
変換すればよい。このようにして発生したパルス（ある
いは電荷）は、シフトレジスタによって、各Ｙ線に分配
され、各Ｙ線に接続したキャパシタ等に蓄積されて、出
力されるまで保持される。そして、ドライバーがオンに
なると信号電圧は各Ｙ線に放出される。
号は、画面周辺のシフトレジスタ（Shift Resistor) に
送られる。ここで、各信号は、対応する信号線（Ｙ線）
に送られる電圧を発生させる。その際には、シフトレジ
スタに、あるいはそれの前の段階に電圧発生回路を接続
し、入力されるデジタル信号を、多段階の電圧パルスに
変換すればよい。このようにして発生したパルス（ある
いは電荷）は、シフトレジスタによって、各Ｙ線に分配
され、各Ｙ線に接続したキャパシタ等に蓄積されて、出
力されるまで保持される。そして、ドライバーがオンに
なると信号電圧は各Ｙ線に放出される。
【００３５】一方、クロックパルスは、ゲイト線（Ｘ
線）のシフトレジスタに送られ、各ゲイト線に順に信号
が流される。
線）のシフトレジスタに送られ、各ゲイト線に順に信号
が流される。
【００３６】本装置では、３とか１とかいった電圧値は
信号処理装置で出力されたデジタル信号をもとに電圧発
生回路で発生させられて、それをキャパシタで保持する
という機構を採用したが、信号処理装置から出力された
信号を途中に電圧発生回路を経由せずにシフトレジスタ
を通して、各Ｙ線に分配し、一方、各Ｙ線には、電圧発
生回路を接続しておいて、各Ｙ線に到達したデジタル信
号をもとに、各Ｙ線が独自に、信号に対応した電圧を画
素に供給してもよい。キャパシタを用いる場合には、キ
ャパシタから放電されるパルス電圧は矩形波ではなく、
時間とともに大きく変化し、画素に保持される電圧も、
スイッチングのタイミングがわずかにずれただけで、著
しく変化する。スイッチングのタイミングは薄膜トラン
ジスタの個々の性能に依存し、現状の技術では個々のト
ランジスタのこのようなアナログ特性まで正確に制御し
て作製することは困難であり、ひいては歩留りの低下の
要因となる。
信号処理装置で出力されたデジタル信号をもとに電圧発
生回路で発生させられて、それをキャパシタで保持する
という機構を採用したが、信号処理装置から出力された
信号を途中に電圧発生回路を経由せずにシフトレジスタ
を通して、各Ｙ線に分配し、一方、各Ｙ線には、電圧発
生回路を接続しておいて、各Ｙ線に到達したデジタル信
号をもとに、各Ｙ線が独自に、信号に対応した電圧を画
素に供給してもよい。キャパシタを用いる場合には、キ
ャパシタから放電されるパルス電圧は矩形波ではなく、
時間とともに大きく変化し、画素に保持される電圧も、
スイッチングのタイミングがわずかにずれただけで、著
しく変化する。スイッチングのタイミングは薄膜トラン
ジスタの個々の性能に依存し、現状の技術では個々のト
ランジスタのこのようなアナログ特性まで正確に制御し
て作製することは困難であり、ひいては歩留りの低下の
要因となる。
【００３７】従来の純然たるアナログ動作のアクティブ
マトリクス方式に比べると、本発明は、電圧の微妙な制
御が必要とされなくなったとはいえ、１０％の電圧の変
動は階調度を１桁悪化させるに十分である。
マトリクス方式に比べると、本発明は、電圧の微妙な制
御が必要とされなくなったとはいえ、１０％の電圧の変
動は階調度を１桁悪化させるに十分である。
【００３８】したがって、かようにキャパシタを使用す
るというアナログ的手法は本発明を実施するにあたって
はあまり好ましくない。その点、直に起電力回路から電
圧パルスが供給される方式を用いた場合には、、Ｙ線に
与えられるパルスはきれいな矩形波であり、したがっ
て、画素に保持される電圧は、どの画素においてもほぼ
一定であり、本発明の目的とするごとき高階調表示（例
えば、６４階調や２５６階調）にとって好ましいもので
ある。
るというアナログ的手法は本発明を実施するにあたって
はあまり好ましくない。その点、直に起電力回路から電
圧パルスが供給される方式を用いた場合には、、Ｙ線に
与えられるパルスはきれいな矩形波であり、したがっ
て、画素に保持される電圧は、どの画素においてもほぼ
一定であり、本発明の目的とするごとき高階調表示（例
えば、６４階調や２５６階調）にとって好ましいもので
ある。
【００３９】さて、このときの第ｎ行第ｍ列の画素Ｚ
n,m の電圧とそこに加えられるゲイト線Ｘn および信号
線（ドレイン線ともいう）Ｙm の電圧を図６に示す。画
素Ｚn,m の電圧の図において、点線は実際の信号であ
り、実線は理想的な信号である。さまざまな理由によっ
て、画素に印加される電圧は、理想的な矩形波とはなら
ない。すなわち、ゲイト電極とソース領域の重なりによ
って生じる、いわゆる飛び込み電圧による電圧降下と、
画素電極からの自然放電による電圧の降下、それと、薄
膜トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ動作の遅れが主な要因で
ある。アナログ的な電圧供給法を採用しなくともこのよ
うな、アクティブマトリク内部のアナログ要因に基づく
信号波形の乱れは、先に示したように本発明にとって好
ましくない。したがって、実際の回路の設計にあたって
は、これらの要因を十分考慮しなければならない。
n,m の電圧とそこに加えられるゲイト線Ｘn および信号
線（ドレイン線ともいう）Ｙm の電圧を図６に示す。画
素Ｚn,m の電圧の図において、点線は実際の信号であ
り、実線は理想的な信号である。さまざまな理由によっ
て、画素に印加される電圧は、理想的な矩形波とはなら
ない。すなわち、ゲイト電極とソース領域の重なりによ
って生じる、いわゆる飛び込み電圧による電圧降下と、
画素電極からの自然放電による電圧の降下、それと、薄
膜トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ動作の遅れが主な要因で
ある。アナログ的な電圧供給法を採用しなくともこのよ
うな、アクティブマトリク内部のアナログ要因に基づく
信号波形の乱れは、先に示したように本発明にとって好
ましくない。したがって、実際の回路の設計にあたって
は、これらの要因を十分考慮しなければならない。
【００４０】図６に示すように、画素では最初は電圧が
０の状態がＴ0 だけ持続し、次に最も電圧の高い３の段
階が、時間６４Ｔ0 だけ保持され、その次の時間４Ｔ0
では電圧が１になり、最後の時間１６Ｔ0 では、１の段
階の電圧が保持される。このようにして、時間Ｔ0 あた
り、平均２１２／８５の電圧が得られる。
０の状態がＴ0 だけ持続し、次に最も電圧の高い３の段
階が、時間６４Ｔ0 だけ保持され、その次の時間４Ｔ0
では電圧が１になり、最後の時間１６Ｔ0 では、１の段
階の電圧が保持される。このようにして、時間Ｔ0 あた
り、平均２１２／８５の電圧が得られる。
【００４１】このときの画素Ｚn,m の電圧は、図５の下
部に示すような矩形パルスの集まりとなっている。な
お、１フレームの周期を１７ｍｓｅｃとすれば、Ｔ0 ＝
２００μｓｅｃであり、例えば、ゲイト電極に印加され
るパルスの幅は、Ｘ線の総数が４８０本であれば、２１
０ｎｓｅｃである。Ｙ線に印加されるパルス信号も最小
幅が４２０ｎｓｅｃである。これは、数ＭＨｚの周波数
に対応する。
部に示すような矩形パルスの集まりとなっている。な
お、１フレームの周期を１７ｍｓｅｃとすれば、Ｔ0 ＝
２００μｓｅｃであり、例えば、ゲイト電極に印加され
るパルスの幅は、Ｘ線の総数が４８０本であれば、２１
０ｎｓｅｃである。Ｙ線に印加されるパルス信号も最小
幅が４２０ｎｓｅｃである。これは、数ＭＨｚの周波数
に対応する。
【００４２】一方、従来の方法（図２）であれば、その
約３分の１の７５ｎｓｅｃのゲイトパルスが要求され
た。これは、１３ＭＨｚの周波数に対応し、このような
高速の動作をおこなうには、例えば、アクティブ素子を
ＣＭＯＳ化するようなことが要求された。また、このよ
うな高周波駆動によってディスプレーから放射される電
磁波は問題であった。本発明ではそのような問題は少な
い。もちろん、本発明をＣＭＯＳ化したアクティブ素子
を用いておこなってもかまわない。
約３分の１の７５ｎｓｅｃのゲイトパルスが要求され
た。これは、１３ＭＨｚの周波数に対応し、このような
高速の動作をおこなうには、例えば、アクティブ素子を
ＣＭＯＳ化するようなことが要求された。また、このよ
うな高周波駆動によってディスプレーから放射される電
磁波は問題であった。本発明ではそのような問題は少な
い。もちろん、本発明をＣＭＯＳ化したアクティブ素子
を用いておこなってもかまわない。
【００４３】
【発明の効果】本発明によって、極めて階調度の高い画
像を得ることができるようになった。本発明は、液晶デ
ィスプレーに特に適しているが、他の方法、例えばプラ
ズマディスプレーや真空マイクロエレクトロディスプレ
ー等にも、適用することができる。特に本発明は、光学
材料が電圧に対して、ＯＮ／ＯＦＦだけではなく、中間
的な光学特性を示す材料であることが好ましい。
像を得ることができるようになった。本発明は、液晶デ
ィスプレーに特に適しているが、他の方法、例えばプラ
ズマディスプレーや真空マイクロエレクトロディスプレ
ー等にも、適用することができる。特に本発明は、光学
材料が電圧に対して、ＯＮ／ＯＦＦだけではなく、中間
的な光学特性を示す材料であることが好ましい。
【００４４】逆に、液晶材料に限らず、電圧によって光
学特性が変化し、特に中間的な状態を示すものであれ
ば、本発明を実施することができる。
学特性が変化し、特に中間的な状態を示すものであれ
ば、本発明を実施することができる。
【図１】本発明および従来法による階調表示方法を示
す。
す。
【図２】従来法による階調表示例を示す。
【図３】本発明による階調表示例を示す。
【図４】本発明による階調表示例を示す。
【図５】本発明を利用した画像表示装置の例を示す。
【図６】本発明を利用した画像表示装置における印加信
号等を示す。
号等を示す。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−51693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−262030（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−35218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−182695（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−20780（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−103199（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】 マトリクス状に配列され、駆動用スイッ
チング素子を有する複数の画素によって構成された電気
光学装置において、 入力のアナログ信号をＮ進法の数値（ｉ ｋ ｉ ｋ−１ …ｉ
１ ｉ ０ ） Ｎ もしくはそれに対応する信号に変換し、光学材料のしきい値電圧Ｖ ０ および最小パルス時間Ｔ ０
に対して、前記数値もしくは信号に対応する波高Ｖ ０ ｉ
ｊ ／（Ｎ−１）および幅Ｎ ｊ Ｔ ０ （ｊ＝０、１、２、
…、ｋ）を有する 複数の電圧パルスを発生させ、前記複数の電圧パルスによって、（ｉ ０ Ｎ ０ ＋ｉ １ Ｎ １
＋…＋ｉ ｋ Ｎ ｋ ）Ｖ ０ ／（Ｎ ０ ＋Ｎ １ ＋…＋Ｎ ｋ ）（Ｎ
−１）で表される平均実効値電圧を発生させ、前記複数
の画素に各々に対応した前記平均実効値電圧を供給し、
中間的な明るさを表示させることを特徴とする電気光学
装置の画像表示方法。 - 【請求項２】 マトリクス状に配列され、駆動用スイッ
チング素子を有する複数の画素によって構成された電気
光学装置において、 入力のアナログ信号をデジタル信号に変換する装置と、 該デジタル信号をＮ進法の数値（ｉ ｋ ｉ ｋ−１ …ｉ １ ｉ
０ ） Ｎ もしくはそれに対応するデジタル信号に変換する
装置と、光学材料のしきい電圧Ｖ ０ および最小パルス時間Ｔ ０ に
対して、前記数値もしくは信号に対応する波高Ｖ ０ ｉ ｊ
／（Ｎ＋１）および幅Ｎ ｊ Ｔ ０ （ｊ＝０）１、２、…、
ｋ）を有する 複数の電圧パルスを発生させる装置とを有
することを特徴とする電気光学装置。
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