JP3544707B2 - Liquid crystal display - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は液晶表示装置に係り、特に多階調表示が可能で小型の液晶駆動回路系を備えた液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶表示装置は、その薄型・軽量、低消費電力等の特徴を生かして、様々な分野で利用されるに至っており、中でも多階調表示が可能な液晶表示装置は、テレビ画面あるいはパーソナルコンピュータ等の電子機器のディスプレイデバイスとして注目を集めている。
【0003】
そして近年さらなる高精細化、表示の高品位化を図るために、画素数の増大化、画素密度の高密度化、各画素サイズのさらなる微細化、および階調数のさらなる多階調化が求められており、そのための種々研究開発が進められている。そのような技術的な要求を満たすために、例えば各画素に薄膜トランジスタ等のスイッチング素子が設けられたアクティブマトリックス型液晶表示装置は、走査線数および信号線数の多い、すなわち画素数の多い表示に対しても隣り合う電極間どうしでのクロストークの発生が押えられた表示が可能であることから、近年注目されて盛んに研究・開発そして実用化が成されてきている。
【0004】
このようなアクティブマトリックス型液晶表示装置を、従来の液晶表示装置の一例として、特にその液晶駆動回路を中心として説明する。
【0005】
アクティブマトリックス型液晶表示装置は、複数の信号線と複数の走査線とがマトリックス状に配置され、その各交差部ごとに画素電極に接続されたスイッチング素子が配置されており、その画素電極は前記のマトリックスで囲まれた一つ一つの格子内部に形成されて各画素領域ごとに形成されている。このように走査線と信号線と画素電極とそれらに接続されるスイッチング素子とが形成された第1の基板と、共通電極が形成された第2の基板とが対向配置され間隙を有してその間隙に周囲を封止して液晶組成物が注入・挟持されて液晶セルが形成され、さらにその液晶セルの各画素電極および共通電極に液晶駆動電極を印加するための液晶駆動回路が例えば前記の第1の基板上に形成されている。その出力は信号線および走査線に接続されてそれぞれ信号電圧、走査電圧を供給する。そして装置の小型化および接続配線の簡易化等を図るために、この液晶駆動回路は例えばICとして集積化されてCOG(Chip On Glass )方式によって前記の第1の基板(いわゆるアレイ基板)上にマウントされている。あるいはこの部分の回路系をも画素部スイッチング用TFTの形成材料を用いてそれと同じ基板上にTFT素子として作り込む方式もある。これがいわゆる駆動回路一体型の液晶表示装置である。
【0006】
そのような液晶駆動回路による各信号線への画像信号電圧の供給(印加)は、アナログ画像信号を入力としこれを順次サンプルホールドすることにより、 1水平ライン分の並列画像信号を得るというアナログ方式と、デジタル画像信号を入力としそのデジタル画像信号を処理することにより水平ライン分の並列画像信号を得るというデジタル方式とがある。
【0007】
そこで従来の多階調表示が可能なアクティブマトリックス型液晶表示装置の信号線駆動回路について、図5および図6に基づいて説明する。
【0008】
図5に示すように、信号線駆動回路301は、シフトレジスタとラッチを組み合わせて主要部が形成された直並列変換回路302、k個のデコーダ303、k個の電圧選択回路304からその主要部が構成されている。
【0009】
直並列変換回路302には、構成された 2n 階調の階調表現を行なうnビットの多階調デジタル画像信号DSと、シフトクロック信号CPHと、水平スタート信号STHとが入力される。多階調デジタル画像信号DSは、シフトクロック信号CPHと水平スタート信号STHとにより各デコーダ303に対して同時に出力されるように直並列変換されてnビットの表示データとなる。
【0010】
そして各電圧選択回路304には、図6に示すようなフレーム周期の整数倍またはライン周期の整数倍の期間Tごとに基準電圧VSCを中心として極性が反転する電圧V1、V2、…V(2n)が供給される。このような電圧波形が中心電圧を基準として極性反転しているのは、液晶組成物の劣化を防ぐために交流的な電圧波形とする必要があるからである。
【0011】
nビットの多階調情報を含んだ表示データは、デコーダ303によって復号化され、これに基づいて電圧選択回路304内の各スイッチ305のオン・オフが制御されて、各電圧選択回路304ごとに電圧V1 、V2 、…V( 2n )の中から1つの電圧レベルを選択し、各々接続された信号線へとその電圧をそれぞれ供給する。
【0012】
このように、従来の信号線駆動回路301においては、nビットで構成された階調情報を有するデジタル画像信号DSに対して、 2n 個の異なったレベルの動電圧V1 、V2 、…V( 2n )のうちから 1つずつを選択してそれぞれの信号線に画像信号電圧として出力していた。このため、液晶表示装置の表示階調数を増加するにつれてデジタル画像信号のビット数nおよび画像信号電圧として必要な電圧のレベルの種類 2n が増えることになる。
【0013】
このことは、液晶駆動回路の集積化に際してそのICチップのチップサイズの増大を招くとともに、液晶駆動回路の製造歩留まりの低下を招き高コスト化につながるといった問題を引き起こしてしまう。
【0014】
特に、階調数に比例して画像信号電圧のレベルの種類 2n が増えるので、この電圧レベルごとに少なくとも一本ずつの駆動電圧供給配線306が必要となり、液晶駆動回路全体の小型化・微細化を進めるための妨げとなる。即ち、そのような多数本の駆動電圧供給配線306を配設すると、基板上での配線の占有面積が著しく増大してしまうからである。あるいは、限られたチップサイズ内にそのような多数本の配線を形成するためには配線をはじめとして液晶駆動回路のパターン設計ルールをさらに微細化しなければならず、その結果、液晶駆動回路の製造歩留りが低下するという問題が生じる。そしてこのような問題は、液晶表示装置としての小型化および表示画像の多画素化および多階調表示を実現するためには、さらに顕著な問題となる。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、アナログスイッチ305を用いたデジタル駆動方式の信号線駆動回路301では、nビットのデジタル画像データに対して 2n 個の異なるレベルの電圧を用意する必要がある。このため、さらなる多階調表示を行なおうとすると、駆動電圧供給配線306やそれらの多レベルの電圧レベルの中から 1つを選択するためのスイッチ305の個数が顕著に増加し、液晶駆動回路の回路寸法の増大やパターン設計ルールのさらなる微細化が必要となる。その結果、液晶駆動回路を集積化する場合などに、その集積回路の素子寸法の増大や、あるいは素子寸法をそのままにするためにはそのさらなる高密度化を図ることが必要となり、パターン設計ルールがさらに厳しくなって、歩留まりの低下を引き起こし、高コスト化をも招くという問題が生じる。
【0016】
本発明は、このような問題を解決するために成されたもので、その目的は、少ない電圧供給配線本数で多階調表示が可能であり、液晶駆動回路が小型化されて装置全体としての小型化を図ることができ、かつ多階調で高品位な画像表示を可能とした液晶表示装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の液晶表示装置は、第1の基板上に信号線および走査線がマトリックス状に配置され、前記信号線および前記走査線によって囲まれる領域に画素電極と該画素電極に接続されるとともに前記信号線および前記走査線に接続されたスイッチング素子とが形成されたアレイ基板と、該アレイ基板の前記画素電極に対向する対向電極が第2の基板上に形成された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板とが間隙を有して対向配置され周囲を封止して形成された液晶セルに注入・挟持された液晶層と、前記走査線に走査電圧を印加する走査線駆動回路と、前記信号線に画像信号電圧を印加する信号線駆動回路とを有する液晶表示装置において、シリアルデータ形態で入力された階調データを有する画像信号をパラレルデータ形態へと変換して出力する直並列変換回路と、あらかじめ記憶された第1のデコード情報に基づいて前記直並列変換回路の出力するパラレルデータ形態の画像信号をデコードして複数個のスイッチのオン・オフをパラレルに制御するための第1の制御信号を出力する第1のデコーダと、前記直並列変換回路の出力するパラレルデータ形態の画像信号を、前記第1のデコーダとは異なったデコードルールとしてあらかじめ記憶された第2のデコード情報に基づいてデコードして前記スイッチとは別の複数個のスイッチのオン・オフをパラレルに制御するための制御信号を出力する第2のデコーダと、複数種類の異なるレベルの電圧がそれぞれ印加される複数本の電圧供給配線と、前記第1のデコーダによってオン・オフをそれぞれパラレルに制御される複数個のスイッチが形成されており、該スイッチの一つ一つの一端は前記電圧供給配線のうち異なる配線にそれぞれ接続され他端は共通の出力端に接続されている第1の電圧選択回路と、前記第2のデコーダによってオン・オフをそれぞれパラレルに制御される複数個のスイッチが形成されており、該スイッチの一つ一つの一端は前記電圧供給配線のうち異なる配線にそれぞれ接続され他端は共通の出力端に接続されている第2の電圧選択回路と、前記第1の電圧選択回路の出力端に一端が接続され、他端は接地または定電圧が印加される第1の電気容量と、前記第2の電圧選択回路の出力端に一端が接続され、他端は接地または定電圧が印加される第2の電気容量と、前記第1の電気容量の前記一端と前記 第2の電気容量の前記一端との短絡を制御する短絡スイッチであって該短絡スイッチを閉じた際に前記第1の電気容量の前記一端と前記第2の電気容量の前記一端とを短絡させて前記第1の電気容量に蓄積された電荷と前記第2の電気容量に蓄積された電荷とを平均化する短絡スイッチと、前記第1の電気容量および前記第2の電気容量の前記一端の平均化された前記電荷に対応した電圧を、所定の増幅率で増幅し、前記信号線にそれぞれ印加するように前記信号線の一つ一つごとに接続された電流バッファとを備えて、前記電圧供給配線の供給する異なったレベルの複数種類の電圧どうしのそれぞれ中間のレベルの電圧を含む、少なくとも前記電圧供給配線の供給する複数種類の異なったレベルの電圧よりも多種類のレベルの電圧を形成し、前記電圧供給配線の本数以上の階調数を有する画像を表示する画像信号電圧として前記信号線のそれぞれに印加する信号線駆動回路を具備することを特徴としている。
【0018】
あるいは、上記の液晶表示装置において、階調データのビット数をn、異なったレベルの複数種類の電圧のレベル数をKとして、K(K+1)/2≧2 n の関係を満たすことを特徴としている。
【0021】
【作用】
本発明の液晶表示装置は、信号電圧の波高(振幅)を変調させてその電圧ごとに対応した階調を表示する方式の液晶表示装置において用いられる電圧レベルを、表示すべき階調数よりも少ない数だけ用意しておき、それらの電圧の組み合わせを変えることによって少なくとも階調数と同じ種類の電圧レベルを発生させて、これを画像信号電圧として所定の信号線にそれぞれ印加する信号線駆動回路を具備することによって、その信号線駆動回路自体の内部での電圧供給配線の本数を増やすことなくむしろ減少させつつ、さらなる多画素・多階調表示を実現することができる。つまり、信号線駆動回路の小型化を図りつつ、さらなる多階調化を実現することができる。
【0022】
上述のような少ない種類の電圧レベルの組み合わせによって多階調表示に対応した多種類の電圧を形成するには、前述の如く主に 2通りの回路方式が考えられる。
【0023】
そのうちの一つとしては、電圧選択回路として第1の電圧選択回路および第2の電圧選択回路のように 2種類の選択回路を用意する。この 2種類の選択回路が、用意された少ない電圧供給配線の中から複数本選を一度に選択し、それらの電圧供給配線から供給される少ない種類の電圧レベルを組み合わせることによって、それら電圧レベルとは異なる新たなレベルの電圧を含んだ多レベルの電圧を形成することができる。こうして、信号線駆動回路に入力する電圧のレベルの種類を増やすことなくむしろ少ない種類の電圧を用意するだけで、さらなる多階調に対応した多種類の電圧レベルを得ることができる。その結果、さらなる多階調表示に対応することができる。
【0024】
したがって、本発明によれば、少ない電圧供給配線数で、多階調表示が可能な液晶駆動回路を備えて、特に液晶駆動回路が小型化されて装置全体としての小型化を図ることができ、かつ多階調で高品位な画像表示が可能な、液晶表示装置を提供することができるのである。
【0025】
【実施例】
以下、本発明の液晶表示装置の実施例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0026】
図1は、本発明の液晶表示装置の構造の概要を示す図である。この液晶表示装置は、透明絶縁性基板上に、走査電圧(走査パルス)が印加されるm本の走査線101(Y1 〜Ym)と、この走査線101に直交して設けられ画像信号電圧が印加されるk本の信号線102(X1 〜Xk )とがマトリックス状に形成され、その走査線101と信号線102との各交差部ごとに画素電極スイッチング用素子として薄膜トランジスタ(以下、TFTと略称)103が形成されており、そのTFT103のゲート電極が走査線101に、ドレイン電極が信号線102に、ソース電極が画素電極104に、それぞれ電気的に接続されている。このような概略構造を有するTFTアレイ基板の周辺部には、前記の走査線101に走査電圧(走査パルス)を印加する走査線駆動回路105および前記の信号線102に画像信号電圧を印加する信号線駆動線回路106が、それぞれ形成されている。そしてこのような概略構造の形成されたTFTアレイ基板に対して間隙を有して対面するように、対向電極が形成された対向基板(図示省略)が対向配置され、両基板の周囲を封止しその間隙に液晶組成物を注入して液晶層として挟持させ、対向電極には対向電極駆動回路107が接続されて、本発明に係る液晶表示装置の主要部が形成されている。
【0027】
図2は、本発明に係る液晶表示装置の信号線駆動回路106の構造を詳細に示す図である。
【0028】
信号線駆動回路106は、外部からデジタル画像信号(DS)1等の表示に係る信号が入力される、シフトレジスタおよびラッチを組み合わせてその主要部が形成された直並列変換器2と、k個の第1のデコーダ3、同じくk個の第2のデコーダ4、k個の第1の電圧選択回路5、k個の第2の電圧選択回路6、k個の第1のホールドコンデンサ7、k個の第2のホールドコンデンサ8、k個の短絡スイッチ9、k個の電流バッファ10、異なるnレベルの電圧V1 、V2 …Vn を供給するためのn本の電圧供給配線11とから、その主要部が形成されている。そしてk個の電流バッファ10それぞれから出力される電圧は各々、前記の全k本の信号線102の 1本ずつにそれぞれ接続され、さらにTFT103でスイッチングされて各々対応する画素電極104にいわゆる画像信号電圧として印加される。
【0029】
直並列変換回路2には、nビットからなる多階調情報を含んだデジタル画像信号(DS)1とシフトクロック信号CPHと水平スタート信号STHとが入力される。このデジタル画像信号(DS)1は、シフトクロック信号CPHと水平スタート信号STHとにより第1のデコーダ3および第2のデコーダ4に同時に出力されるように直並列変換される。このようにして直並列変換回路2で変換された表示データは、後段の第1のデコーダ3および第2のデコーダ4にそれぞれ同様にパラレルに供給される。
【0030】
このようにして入力された表示データは、第1のデコーダ3によって復号化される。そしてその表示データに含まれているnビットの階調情報に基づいて次段の電圧選択回路5内の各スイッチング素子12のオン・オフが制御されて、電圧供給配線11から供給される電圧V1 、V2 、…Vn のうちから1つのレベルの電圧をそれぞれ選択する。こうして第1の電圧選択回路5内部で選択された電圧はさらに後段の第1のホールドコンデンサ7に書き込まれ(蓄積され)る。一方、表示データは第1のデコーダ3と並行して第2のデコーダ4にも入力されるが、入力された表示データに含まれているnビットの階調情報は、この第2のデコーダ4においては第1のデコーダとは異なったデコードルールに基づいて復号化され、第1のデコーダとは独立した動作で後段の第2の電圧選択回路6内のスイッチをオン・オフ制御して、電圧供給配線11から供給される複数レベルの電圧V1 、V2 、…Vn のうちから1つのレベルの電圧を選択する。そして選択された電圧はさらに後段の第2のホールドコンデンサ8に書込まれ(蓄積され)る。
【0031】
ここで、第1のホールドコンデンサ7と第2のホールドコンデンサ8は、本実施例においては同じ電気容量のものを用いた。それは、両者に蓄積された電荷の平均を取る際に、両者の電気容量が等しい方が演算が簡単になるためである。ただし、これら両者のコンデンサの電気容量を違った電気容量に設定しても良いことは言うまでもない。その場合には、両者に蓄積された電荷を平均化して最終的に得られる電圧が、各階調表示に対応したレベルの電圧となるように、その前段の第1のデコーダおよび第2のデコーダのデコードルール等を適宜に対応させておくことが必要である。
【0032】
第1のホールドコンデンサ7と第2のホールドコンデンサ8にそれぞれ第1の電圧選択回路5および第2の電圧選択回路6のスイッチ12の開・閉によって選択された電圧を所定期間内で書き込み、その電圧が各ホールドコンデンサ7、8に十分に蓄積された後、第1の電圧選択回路5内の複数のスイッチ12および第2の電圧選択回路6内の複数のスイッチ12をともに一度にオフ状態とし、続いて前段とは切り離された状態になっている第1のホールドコンデンサ7および第2のホールドコンデンサ8を、短絡スイッチ9で短絡させて、それら各々に別に蓄積されていた電荷を平均化させる。この短絡スイッチ9の動作は、制御信号Sに基づいて制御される。このようにして第1のホールドコンデンサ7および第2のホールドコンデンサ8に保持されていた電荷の平均を取って形成された電圧にしたがって電流が電流バッファ10へと流れるが、このとき電流バッファ10は、入力された電流を所定の増幅率で電流増幅し、各々に接続されている信号線102に対して各々画像を表示するための画像信号電圧として印加する。この電流バッファ10は入力インピーダンスの高い回路に形成されており、その制御は制御信号OEおよび、画像表示を行なうためのフレーム周期や各画素ごとの選択期間に同期して制御される。
【0033】
図3に、そのような制御信号OEや制御信号Sの波形を示す。またそのような制御信号と第1のデコーダ3の出力および第2のデコーダ4の出力のタイミングとの関係も同図3中に示した。
【0034】
ここで、第1および第2のホールドコンデンサ7、8への電圧の書き込み期間およびそれらを短絡して電荷の平均化を行なう期間は、画面の表示を行なう期間(いわゆる表示期間)中に設けることは、表示画像の品位に悪影響を生じる恐れがあるので好ましくないため、これらの期間はいわゆる水平ブランキング期間内に該当するように設定した。即ち、本実施例においては、表示に係らない期間中に第1および第2のホールドコンデンサ7、8への書き込みおよびその電圧の平均化を行なうようにしている。しかし、言うまでもなく、このようなブランキング期間以外に書き込み期間および平均期間を設定しても、表示画像に対して悪影響を殆ど生じないのであれば構わない。
【0035】
続いて、本発明の液晶表示装置における第1および第2のホールドコンデンサ7、8によって行なわれる電圧の平均化およびそれによって形成される新たなレベルの電圧について説明する。
【0036】
今、仮に第1のホールドコンデンサ7に電圧V1 が書き込まれたとすると、その第1のホールドコンデンサ7に蓄積される電荷Q1 は、Q1 =C・V1 となる。同時に第2のホールドコンデンサ8に電圧V2 が書き込まれたとすると、そのとき第2のホールドコンデンサ8に蓄積される電荷Q2 は、Q2 =C・V2 となる。 その後、上述したように第1の電圧選択回路5内のスイッチ12と第2の電圧選択回路6内のスイッチ12とを共にオフにした後、短絡スイッチ9をオンにすると、それまでに第1のホールドコンデンサ7および第2のホールドコンデンサ8に蓄積されていた電荷は平均化される。そのときの電荷Q0 は、
Q0 =Q1 +Q2 =C・(V1 +V2 )=2 C・V0
となり、第1のホールドコンデンサ7および第2のホールドコンデンサ8に保持される電圧V0 は、
V0 =(V1 +V2 )/2
となる。これは、V1 とV2 との中間の電圧レベル(電位)になっていることがわかる。
【0037】
即ち、本実施例のような液晶表示装置の信号線駆動回路においては、上述したようなあらかじめ用意した異なる複数レベルの電圧を組み合わせて、さらに多種類のレベルの電圧を形成することができる。そのような多種類のレベルの電圧は、多種類のレベルの画像信号電圧として用いられる。そのような画像信号電圧の多種類のレベルの電圧に対応した多階調の表示を行なうことができる。
【0038】
故に、従来よりも少ない種類の電圧で多階調表示が可能なので、電圧供給配線の本数を増やすことなくむしろ減少させつつ、表示画像の階調のさらに多階調化を実現することができる。
【0039】
ここで、第1のホールドコンデンサ7および第2のホールドコンデンサ8の容量をそれぞれC1、C2とすると、上述の実施例はC1=C2の場合についての一例を示している。
【0040】
ここで、具体的に、例えばデジタル画像信号が 3bitのときについて考えてみる。
【0041】
デジタル画像信号が 3bitのとき、 23 = 8階調を表示するための 8種類の異なったレベルの電圧を持つ画像信号電圧が必要である。従来の構成では、前述したように異なる 8種類のレベルの電圧を用意し、そのうちから 1つずつを信号線駆動回路が選択してそれぞれの信号線に画像信号電圧として出力していた。
【0042】
しかし、本発明に係る上述の実施例の液晶表示装置においては、レベルの異なる 4種類の電圧を用意すれば、それらの組み合わせによって上述のような8階調を用意するために必要なレベルの異なった 8種類以上の電圧を形成して画像信号電圧として出力することが可能である。
【0043】
第1の電圧選択回路5に供給される電圧はレベルの異なった 4種類の電圧V1 、V2 、V3 、V4 である。
【0044】
一方、第2の電圧選択回路6に供給される電圧は前記と同様にレベルの異なった 4種類の電圧V1 、V 2、V 3、V 4である。
【0045】
これらを組み合わせで用いることによって、得られる電圧のレベルの種類としては、16 通りの組み合わせのうち10種類の組み合わせが可能となる。つまり、異なった10種類のレベルの電圧が形成可能である。ここで10種類となる理由は、例えばV1とV2との組み合わせとV2とV1との組み合わせというのは、C1、C2が同じである場合には同じ電圧レベルになるからである。その残った10種類の電圧のうちから8種類を用いれば、上述のようなデジタル画像信号(3bit)に対応した8階調の階調表現を有する画像を表示することが可能となるのである。
【0046】
さらには、上述と同様にデジタル画像信号が 4bitの場合には、用意すべき異なるレベルの電圧の種類は 2 4=16階調を表示するための16種類が必要となる。従来の構成の液晶表示装置ではレベルの異なった16種類の電圧を用意することが必要であった。つまり16本の電圧供給配線が必要であった。しかし、本発明によれば用意すべき電圧のレベル数は 6種類でよい。
【0047】
さらには、デジタル画像信号が 6bitの場合には、上述と同様の理論によって 2 6階調を表示するための 2 6種類、つまり64種類の電圧が必要となっていた。しかし本発明によれば、11種類の電圧を用意するだけでよい。
【0048】
さらにまた、デジタル画像信号が 8bitの場合には、 2 8= 256階調を表示するために従来では 256種類の異なった電圧を必要としていたが、本発明によれば、23種類の電圧を用意し、これらの組み合わせによって上述の 256レベル以上の電圧を形成することが可能である。
【0049】
さらには、従来の構造の液晶表示装置では 2 n種類の電圧レベルが必要であった。しかし本発明の液晶表示装置においては、階調数とそれを実現するための必要な電圧の種類kとは、k(k+1)/ 2≧ 2 n種類となるようなk種類のレベルの電圧を用意すればよい。このように少ない電圧レベル数で従来と同様あるいはさらに多数の階調表示を行なうことが可能となる。
【0050】
次に、第1のホールドコンデンサ7と第2ホールドコンデンサ8との容量がそれぞれ異なる場合、即ちC 1:C 2= 1:m(mは 1以外))の場合について考える。
【0051】
デジタル画像信号が3bitのときには、23=8階調を表示するためのレベルの異なった8種類の電圧が必要となる。従来の構造の液晶表示装置ではそのような8種類の電圧が必要であったが、本発明の液晶表示装置においては用意する電圧は3種類の電圧だけでよい。これらの3種類の電圧を組み合わせて8種類以上の電圧を形成することが可能である。
【0052】
C 1:C 2= 1:m(mは1以外)のとき、形成可能な電圧レベルの種類は、電圧の種類={(第1の選択電圧)+m(第2の選択電圧)}/(1+m)なる式で求められる。
【0053】
このような関係式および前述の電圧の組み合わせから明らかなように、9 種類の組み合わせが可能となる。従ってそのように組み合わせにより形成された9種類の異なる電圧から8種類の電圧を用いることによって8階調を表示することが可能となる。
【0054】
これと同様に、デジタル画像信号が 4bitのときについて考察すると、 2 4=16階調を表示するための16種類の異なるレベルの電圧を用意することが必要である。従来の場合には16種類の電圧を用意することを必要としていた。しかし本発明によれば 4種類の電圧だけを用意して、これらの組み合わせによって16種類以上の電圧の形成が可能である。
【0055】
また、デジタル画像信号が 6bitの場合には、 2 6=64階調の表示が必要となり、これを実現するための64種類の電圧レベル数が必要となる。本発明によれば、そのような64種類の異なる電圧を形成するためには、異なる 8種類の電圧を用いればよいことになる。このように、極めて少ない種類の電圧を用意するだけで多階調表示が可能となる。
【0056】
さらにデジタル画像信号が 8bitの場合には、 2 8= 256階調の表示が必要であり、これを実現するための 256種類の電圧が必要となっていた。しかし本発明によれば16種類の電圧を用いて 256階調以上の階調数を表示することが可能である。このように、デジタル画像信号の階調表現bit数が増加するに従って本発明はさらに有効なものになることは明らかである。
【0057】
一般に、このようなC 1とC 2との容量比が異なる場合には、 2 n階調の表示に必要な電圧の種類は、本発明によればk 2≧ 2 nなる条件を満たすような種類の電圧を供給するだけでよいので、装置を極めて簡易化することができる。
【0058】
次に、本発明の液晶表示装置における、上記のような 2つの容量による多種類の電圧の形成作用について説明する。
【0059】
第1のホールドコンデンサ7および第2のホールドコンデンサ8それぞれの容量C 1、C 2に、それぞれ電圧V x、V yを印加すると、それぞれのコンデンサに蓄積される電荷Q 1、Q 2は、
Q 1=C 1・V x
Q 2=C 2・V Y
となる。
【0060】
このような電圧印加を行なって各容量が十分に充電された後に、C 1とC 2とを並列に接続しそのそれぞれの片端子どうしを接続すると、C 1、C 2がそれぞれが保持していた電荷が平均化される。そのときの第1のホールドコンデンサ7および第2のホールドコンデンサ8の両者の平均化された電圧V zと、全体的な蓄積電荷量Q 3との関係は、
Q 3=(C 1+C 2)V zとなる。ここで、電圧平均化前後での電荷量の総和は基本的に保存されるので(電荷の放電等による誤差的な損失を無視できるものとして)、
Q 3=Q 1+Q 2、
(C 1+C 2)V z=C 1・V x+C 2・V y、
故に、V z=(C 1・V x+C 2・V y)/(C 1+C 2)となる。ここで、2つのホールドコンデンサ7、8の容量が等しいとき(C 1=C 2)には、
Vz=(C 1・V x+C 1・V y)/(C 1+C 1)=(V x+V y)/ 2
となる。
【0061】
また、第1および第2のホールドコンデンサの容量が等しくないとき(C 1:C 2= 1:m,mは 1以外)には、
となる。
【0062】
このようにして、本発明の液晶表示装置においては、異なる電圧の組み合わせによって少ない種類の電圧から多種類のレベルの電圧を形成して多階調表示が可能である。
【0063】
(参考例)本発明に係る参考例の液晶表示装置を、図4に基づいて詳細に説明する。本参考例においては、3ビットの階調情報を含む画像表示データを用いて8階調表示が可能なアクティブマトリックス型液晶表示装置に本発明を適用した場合について述べる。
【0064】
3ビットの階調情報を含む、デジタル画像データD2 (MSB)、D1 、D0 (LSB)に対してそれぞれ対応する、 3つの異なるレベルの電圧V3 、V2 、V1 を用意する。このとき、電圧値が 0の場合(V0)も含めて合計 4種類の電圧が用意されていることになる。
【0065】
これらの電圧は、それぞれについて 1本ずつが対応する合計4本の電圧供給配線401で各々供給される。そして3ビット・ラッチ回路402によって外部から供給されるOE信号に基づいて、電圧供給配線401の供給する電圧のなかから電圧が選択され、この選択された電圧が加算される。その結果、異なったレベルの7種類の電圧を発生する。ここで、前述したように加算する電圧として上記の 3つのレベルに加えて0V(0ボルト)すなわちV0を用意することによって、3ビットのデジタル画像データがすべて0(Low)即ち(0,0,0)のときにも電圧として0Vを供給することができる。このように、3ビットのデジタル画像データに対して合計4本の電圧供給配線を用意することで、本参考例では最終的に合計8種類の異なったレベルの電圧を発生させることができる。つまり8階調表示を行なうことが可能である。
【0066】
また、例えば電圧V1 +V2 がV3 よりも大きくならないように、V1 、V2 、V3 の各電圧のレベルをあらかじめ設定するなどしておけば、それらの電圧の組み合わせによって、それぞれ異なったレベルの電圧を生成することができる。デジタル画像データD0 、D1 、D2 の組み合わせと、それに対応して生成される電圧との対応関係の一例を図4(b)に示した。
【0067】
次に3ビット・ラッチ回路402は、本参考例のような3ビットのデジタル画像データD0、D1、D2にラッチをかける。こうしてパラレルに保持された3ビットのデジタル画像データD0、D1、D2は3個のAND回路403a、b、cおよび1個のNOR回路404にそれぞれ入力される。
【0068】
例えば、データ( 0、 0、 0)が入力されたときには、NOR回路404の出力が 1となり、アナログスイッチ405dが動作して電圧供給配線401のうちV0 のみが選択されて電圧V0 として信号線102に出力される。
【0069】
また 3個のAND回路403a、403b、403cにおいては、それぞれの2つの入力端子のうち一方には常にデータ 1(Hi)が入力されている。例えば、デジタル画像データとして( 0、 1、 1)が入力された場合には、403a、403bの出力が 1となりこれに接続されているアナログスイッチ405a、および405bのみがオン状態となって、それぞれ電圧V1 、V2 が出力され、これらが抵抗R1 、R2 、R3 を備えた電流変換回路406を通って各電圧に対応した電流に変換され、さらにそれらは加算回路407で加算され、加算された電流に対応したレベルの電圧としてこの加算回路407に設定されている増幅率で増幅されて、階調表示を行なう電圧(V2 +V1 )として出力される。
【0070】
このように、k個のレベル数の電圧を用意し、このレベルのうちからAND回路403a〜cおよびNOR回路404のデジタル画像データに対応したスイッチングによって、選択する電圧の組み合わせを変えることにより、合計2n 個の異なるレベルの電圧を発生させることができる。このとき、前述したようにV0 を計算に入れれば、n+1個の電圧を用意することで2n 個の異なるレベルの電圧を発生させて、2n 階調の階調数を有する画像の表示が可能となる。
【0071】
この計算式に従えば、前述した 3ビットの(階調情報を含んだ)デジタル画像データに対しては、レベルの異なる 8種類の電圧を発生させて、 8階調の階調表現を有する画像を実現することができる。
【0072】
このとき、レベルの異なるn種類の電圧V1、V2、…Vnには、Vn>Vn-1+…V2+V1、Vn-1>Vn-2+…+V2+V1…の関係が成り立つ。このように、この参考例に示したような回路構成および電圧の選択方式によっても、少ない電圧の組み合わせによって、効果的に多くの異なる多種類の電圧を発生させて、それに対応した多階調の表示を行なうことが可能となる。この参考例の場合にも、階調数が多くなるほど本発明は有効であることは、上述の計算式から明らかである。
【0073】
例えば、この参考例の方式で32階調の階調数を有する表示を実現するためには、上式から32=25であるからn=5であって、0Vを含めて合計6本の電圧供給配線を形成するだけでよく、従来の技術の場合に必要な32本と比較して約1/5の本数で済む。
【0074】
なお、電流変換回路406は、本参考例では並列に接続されたR1、R2、R3によってそれぞれが接続されたV1、V2、V3の各電圧をそれぞれ抵抗R1、R2、R3によって電流の違いへと変換されるように形成したもので、これらの電流をR1、R2、R3の端部で並列に1本に接続することによって電流を合計し、今度はその合計された電流に基づいて加算回路407で電圧へと再変換して、最終的に電圧V1、V2、V3の組み合わせを種々変えて加算して新たなレベルの電圧を形成していることは上述した通りであるが、このような入力された電圧を加算して一つの電圧として出力する回路構造は、本参考例の回路構造のみには限定されないことは言うまでもない。
【0075】
本発明は上述のようにあらかじめ用意したV0〜V3のような異なった電圧の組み合わせを変えることによってそれらの用意した電圧とは異なったレベルの電圧を発生させることによってさらに多種類の電圧を得ることができるような回路であれば、上記参考例のような論理回路素子の組み合わせによる回路構成のみには限定されないことは言うまでもない。
【0076】
【発明の効果】
以上、詳細な説明で明示したように、本発明によれば、特に少ない電圧レベル数すなわち少ない本数の電圧供給配線で多階調表示が可能な液晶駆動回路を備えて、特に液晶駆動回路の小型化によって装置全体としても小型化を図りつつ多階調で高品位な画像表示を可能とした液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例の液晶表示装置の構造の概要を示す図である。
【図2】本発明に係る実施例の液晶表示装置の信号線駆動回路の構造を示す図である。
【図3】本発明に係る実施例の液晶表示装置に用いられる制御信号OEおよび制御信号Sの波形を示す図である。
【図4】本発明に係る参考例の液晶表示装置の構造の概要を示す図(a)およびそれに用いられる階調情報の組み合わせを示す図(b)である。
【図5】従来の多階調表示が可能なアクティブマトリックス型液晶表示装置の信号線駆動回路の構造を示す図である。
【図6】図5に示す電圧選択回路に供給される電圧V 1 、V 2 、…V( 2 n )を示す図である。
【符号の説明】
1…デジタル画像信号DS
2…直並列変換回路
3…第1のデコーダ
4…第2のデコーダ
5…第1の電圧選択回路
6…第2の電圧選択回路
7…第1のホールドコンデンサ
8…第2のホールドコンデンサ
9…短絡スイッチ
10…電流バッファ
11…電圧供給配線
101…走査線
102…信号線
103…TFT
104…画素電極
105…走査線駆動回路
106…信号線駆動回路
107…対向電極駆動回路[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly to a liquid crystal display device capable of multi-gradation display and having a small liquid crystal drive circuit system.
[0002]
[Prior art]
Liquid crystal display devices have been used in various fields, taking advantage of their features such as thinness, light weight, and low power consumption. Among them, liquid crystal display devices capable of multi-gradation display include television screens and personal computers. Has attracted attention as a display device for electronic devices.
[0003]
In recent years, in order to achieve higher definition and higher display quality, it is necessary to increase the number of pixels, increase the pixel density, further refine each pixel size, and further increase the number of gradations. Therefore, various research and development are being promoted. In order to satisfy such technical requirements, for example, an active matrix liquid crystal display device in which a switching element such as a thin film transistor is provided for each pixel has a large number of scanning lines and signal lines, that is, a display having a large number of pixels. On the other hand, since it is possible to display an image in which the generation of crosstalk between adjacent electrodes is suppressed, attention has been paid in recent years, and research, development and practical use have been made actively.
[0004]
Such an active matrix type liquid crystal display device will be described as an example of a conventional liquid crystal display device, particularly focusing on its liquid crystal drive circuit.
[0005]
In an active matrix liquid crystal display device, a plurality of signal lines and a plurality of scanning lines are arranged in a matrix, and a switching element connected to a pixel electrode is arranged at each intersection thereof, and the pixel electrode is formed of the above-described pixel electrode. Are formed in each of the grids surrounded by the above matrix and are formed for each pixel region. The first substrate on which the scanning lines, the signal lines, the pixel electrodes, and the switching elements connected to them are formed, and the second substrate on which the common electrode is formed are opposed to each other with a gap therebetween. A liquid crystal composition is injected and sandwiched by sealing the periphery in the gap to form a liquid crystal cell, and a liquid crystal driving circuit for applying a liquid crystal driving electrode to each pixel electrode and common electrode of the liquid crystal cell is, for example, the liquid crystal driving circuit described above. Is formed on the first substrate. Its output is connected to a signal line and a scanning line to supply a signal voltage and a scanning voltage, respectively. In order to reduce the size of the device and simplify the connection wiring, the liquid crystal driving circuit is integrated as an IC, for example, and is mounted on the first substrate (so-called array substrate) by a COG (Chip On Glass) method. Mounted. Alternatively, there is also a method in which the circuit system of this portion is formed as a TFT element on the same substrate as that of the pixel portion by using the material for forming the switching TFT. This is a so-called drive circuit integrated type liquid crystal display device.
[0006]
The image signal voltage is supplied (applied) to each signal line by such a liquid crystal drive circuit. The analog image signal is input, and the sampled and held sample is sequentially held to obtain a parallel image signal for one horizontal line. And a digital system in which a parallel image signal for a horizontal line is obtained by inputting a digital image signal and processing the digital image signal.
[0007]
Therefore, regarding the signal line drive circuit of the conventional active matrix type liquid crystal display device capable of multi-tone display,5 and 6It will be described based on.
[0008]
FIG.As shown in (1), the main part of the signal
[0009]
The serial-to-
[0010]
Then, in each
[0011]
The display data including the n-bit multi-gradation information is decoded by the
[0012]
As described above, in the conventional signal
[0013]
This causes problems such as an increase in the chip size of the IC chip when the liquid crystal drive circuit is integrated, a reduction in the manufacturing yield of the liquid crystal drive circuit, and an increase in cost.
[0014]
In particular, the type of image signal voltage level is proportional to the number of gradations.nTherefore, at least one drive
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the signal
[0016]
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to enable a multi-gradation display with a small number of voltage supply wirings, to reduce the size of a liquid crystal driving circuit, and to realize an overall device. It is an object of the present invention to provide a liquid crystal display device which can be reduced in size and capable of displaying high-quality images with multiple gradations.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a liquid crystal display device of the present invention isThe signal lines and the scanning lines are arranged in a matrix on the first substrate, and are connected to the pixel electrodes and the pixel electrodes in a region surrounded by the signal lines and the scanning lines, and are connected to the signal lines and the scanning lines. An array substrate on which a switching element formed is formed, a counter substrate on which a counter electrode facing the pixel electrode of the array substrate is formed on a second substrate, and a gap between the array substrate and the counter substrate. A liquid crystal layer injected and sandwiched in a liquid crystal cell which is disposed facing and is sealed around the periphery, a scanning line driving circuit for applying a scanning voltage to the scanning line, and an image signal voltage to the signal line. Serial-parallel conversion circuit for converting an image signal having gradation data input in a serial data format into a parallel data format and outputting the same in a liquid crystal display device having a signal line driving circuit to be applied A first control for decoding an image signal in the form of parallel data output from the serial-parallel conversion circuit based on first decode information stored in advance and controlling on / off of a plurality of switches in parallel; A first decoder that outputs a signal and an image signal in the form of parallel data output by the serial / parallel conversion circuit are converted based on second decoding information stored in advance as a decoding rule different from that of the first decoder. A second decoder for decoding and outputting a control signal for controlling on / off of a plurality of switches other than the switches in parallel, and a plurality of switches to which a plurality of types of voltages of different levels are respectively applied; A voltage supply line and a plurality of switches whose on / off are controlled in parallel by the first decoder are formed. One end of each of the switches is connected to a different one of the voltage supply wirings, and the other end is turned on / off by a first voltage selection circuit connected to a common output terminal and the second decoder. A plurality of switches each of which is controlled to be turned off in parallel are formed, one end of each of the switches is connected to a different one of the voltage supply wirings, and the other end is connected to a common output terminal. A second voltage selection circuit, a first capacitor having one end connected to an output terminal of the first voltage selection circuit and the other end grounded or a constant voltage applied thereto, and the second voltage selection circuit One end is connected to the output end of the second capacitance, and the other end is connected to the ground or a constant voltage. A short-circuit switch that controls a short circuit between the one end of the second electric capacitance and the one end of the second electric capacitance when the short-circuit switch is closed. A short-circuit switch for averaging the electric charge accumulated in the first electric capacitance and the electric charge accumulated in the second electric capacitance, and the one end of the first electric capacitance and the one end of the second electric capacitance. A voltage corresponding to the averaged charge is amplified at a predetermined amplification rate, and a current buffer connected to each of the signal lines so as to be applied to each of the signal lines, comprising: Including at least an intermediate level voltage between a plurality of different levels of voltages supplied by the voltage supply wiring, and at least a plurality of different levels of voltages than the plurality of different levels of voltage supplied by the voltage supply wiring. Form It is provided with a signal line driver circuit for applying to each of the signal lines as an image signal voltage for displaying an image having a gradation number than the number of said voltage supply linesIt is characterized by.
[0018]
Alternatively, in the above liquid crystal display device,K (K + 1) / 2 ≧ 2, where n is the number of bits of gradation data, and K is the number of levels of a plurality of types of voltages having different levels. n Satisfy the relationshipIt is characterized by:
[0021]
[Action]
The liquid crystal display device of the present invention modulates the wave height (amplitude) of a signal voltage to display a gradation corresponding to each voltage so that the voltage level used in the liquid crystal display device is larger than the number of gradations to be displayed. A signal line drive circuit that prepares a small number of them and changes the combination of these voltages to generate at least the same kind of voltage level as the number of gradations, and applies this to a predetermined signal line as an image signal voltage Is provided, it is possible to realize further multi-pixel / multi-gradation display while reducing the number of voltage supply wirings inside the signal line drive circuit itself without increasing it. That is, further downsizing can be realized while reducing the size of the signal line driver circuit.
[0022]
In order to form various types of voltages corresponding to the multi-gradation display by combining a small number of types of voltage levels as described above, there are mainly two types of circuit systems as described above.
[0023]
As one of them, two types of selection circuits such as a first voltage selection circuit and a second voltage selection circuit are prepared as voltage selection circuits. These two types of selection circuits select a plurality of lines at once from among the prepared few voltage supply wirings, and combine the small number of voltage levels supplied from those voltage supply wirings, A multi-level voltage including a different new level voltage can be formed. In this manner, it is possible to obtain more voltage levels corresponding to more gray scales by merely preparing a small number of voltage levels without increasing the number of voltage levels input to the signal line driving circuit. As a result, it is possible to cope with further multi-tone display.
[0024]
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a liquid crystal drive circuit capable of performing multi-gradation display with a small number of voltage supply wirings, and in particular, to reduce the size of the liquid crystal drive circuit and downsize the entire device. It is also possible to provide a liquid crystal display device capable of displaying high-quality images with multiple gradations.
[0025]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the liquid crystal display device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0026]
FIG.FIG. 1 is a diagram showing an outline of a structure of a liquid crystal display device of the present invention. This liquid crystal display device has m scanning lines 101 (Y1 to Ym) to which a scanning voltage (scanning pulse) is applied on a transparent insulating substrate, and an image signal voltage provided orthogonal to the scanning lines 101. The k signal lines 102 (X1 to Xk) to be applied are formed in a matrix, and a thin film transistor (hereinafter abbreviated as TFT) is used as a pixel electrode switching element at each intersection of the
[0027]
FIG. 2 is a diagram showing in detail the structure of the signal
[0028]
The signal
[0029]
The serial / parallel conversion circuit 2 receives a digital image signal (DS) 1 including multi-bit information of n bits, a shift clock signal CPH, and a horizontal start signal STH. The digital image signal (DS) 1 is serial-parallel converted by the shift clock signal CPH and the horizontal start signal STH so as to be simultaneously output to the first decoder 3 and the
[0030]
The display data thus input is decoded by the first decoder 3. On / off of each switching
[0031]
Here, the first hold capacitor 7 and the second hold capacitor 8 have the same electric capacity in this embodiment. This is because, when taking the average of the electric charges accumulated in both, the calculation becomes simpler when the electric capacity of both is equal. However, it goes without saying that the electric capacity of these two capacitors may be set to different electric capacities. In this case, the first decoder and the second decoder of the preceding stage are arranged such that the voltage finally obtained by averaging the electric charges accumulated in both of them becomes a voltage of a level corresponding to each gradation display. It is necessary to make decoding rules and the like appropriately correspond.
[0032]
The voltages selected by opening and closing the
[0033]
FIG. 3 shows the waveforms of the control signal OE and the control signal S. FIG. 3 also shows the relationship between such control signals and the timing of the output of the first decoder 3 and the output of the
[0034]
Here, the period for writing the voltage to the first and second hold capacitors 7 and 8 and the period for averaging the charges by short-circuiting them are provided during the period for displaying the screen (so-called display period). These periods are not preferable because they may adversely affect the quality of the displayed image. Therefore, these periods are set to correspond to the so-called horizontal blanking period. That is, in the present embodiment, writing to the first and second hold capacitors 7 and 8 and averaging of the voltages are performed during a period not related to display. However, needless to say, even if the writing period and the averaging period are set in addition to the blanking period as long as the display image is hardly adversely affected.
[0035]
Subsequently, the averaging of the voltage performed by the first and second hold capacitors 7 and 8 in the liquid crystal display device of the present invention and the new level voltage formed thereby will be described.
[0036]
Now, if the voltage V1 is written to the first hold capacitor 7, the charge Q1 stored in the first hold capacitor 7 becomes Q1 = C.V1. At the same time, if the voltage V2 is written to the second hold capacitor 8, the charge Q2 stored in the second hold capacitor 8 at that time becomes Q2 = CV2. Thereafter, as described above, the
Q0 = Q1 + Q2 = C. (V1 + V2) = 2 C.V0
And the voltage V0 held by the first hold capacitor 7 and the second hold capacitor 8 is
V0 = (V1 + V2) / 2
It becomes. It can be seen that this is an intermediate voltage level (potential) between V1 and V2.
[0037]
That is, in the signal line driving circuit of the liquid crystal display device as in the present embodiment, voltages of a plurality of different levels prepared in advance as described above can be combined to form voltages of further various levels. Such various levels of voltages are used as various levels of image signal voltages. Multi-tone display corresponding to such various levels of image signal voltages can be performed.
[0038]
Therefore, multi-gradation display can be performed with a smaller number of voltages than in the related art, so that it is possible to further increase the gradation of a display image while reducing the number of voltage supply wirings without increasing them.
[0039]
Here, assuming that the capacities of the first hold capacitor 7 and the second hold capacitor 8 are C1 and C2, respectively,ExampleShows an example in the case of C1 = C2.
[0040]
Here, specifically, for example, consider a case where the digital image signal is 3 bits.
[0041]
When the digital image signal is 3 bits, 2Three= It is necessary to have image signal voltages having eight different levels of voltages to display eight gradations. In the conventional configuration, eight different levels of voltages are prepared as described above, and one of them is selected by the signal line drive circuit and output to each signal line as an image signal voltage.
[0042]
However, the above-mentionedExampleIn the liquid crystal display device, if four types of voltages having different levels are prepared, eight or more types of voltages having different levels necessary for preparing the eight gradations as described above are formed by combining them. It can be output as an image signal voltage.
[0043]
The voltages supplied to the first
[0044]
On the other hand, the voltages supplied to the second
[0045]
In combinationThe type of voltage level obtained by using16 Street combinationsOf these, 10 combinations are possible. That is, voltages of ten different levels can be formed. The reason why there are ten types is that, for example, the combination of V1 and V2 and the combination of V2 and V1 are the same when C1 and C2 are the same. If eight of the remaining ten voltages are used, it is possible to display an image having eight gradations corresponding to the digital image signal (3 bits) as described above.
[0046]
Further, as described above, when the digital image signal is 4 bits, the types of voltage of different levels to be prepared are 2Four= 16 types for displaying 16 gradations are required. In a conventional liquid crystal display device, it was necessary to prepare 16 types of voltages having different levels. That is, 16 voltage supply wirings were required. However, according to the present invention, the number of voltage levels to be prepared may be six.
[0047]
Furthermore, when the digital image signal is 6 bits, the same62 for displaying gradation6There were 64 types of voltages required. However, according to the present invention, only eleven kinds of voltages need to be prepared.
[0048]
Furthermore, when the digital image signal is 8 bits, 28Conventionally, 256 different voltages were required to display 256 gradations. According to the present invention, 23 kinds of voltages are prepared, and a voltage of 256 levels or more is formed by a combination of these voltages. It is possible to do.
[0049]
Furthermore, the conventional liquid crystal display device has twonDifferent voltage levels were required. However, in the liquid crystal display device of the present invention, the number of gradations and the type of voltage k required to realize the gradation are k (k + 1) / 2 ≧ 2nIt suffices to prepare k types of voltage levels. As described above, it is possible to perform the same or a larger number of gradation displays with a small number of voltage levels.
[0050]
Next, the case where the capacitances of the first hold capacitor 7 and the second hold capacitor 8 are different from each other, that is, the case where C1: C2 = 1: m (m is other than 1) is considered.
[0051]
When the digital image signal is 3 bits, 2Three= Eight different voltages at different levels to display eight gradations are required. In a liquid crystal display device having a conventional structure, such eight types of voltages are required. However, in the liquid crystal display device of the present invention, only three types of voltages are required. Combine these three voltages to form more than eight voltagesIt is.
[0052]
When C1: C2 = 1: m (m is other than 1), the types of voltage levels that can be formed are: voltage type = {(first selection voltage) + m (second selection voltage)} / ( 1 + m).
[0053]
Such a relation andThe aforementionedAs is evident from the voltage combination,9 Kind ofCombinations are possible. Therefore, it is possible to display eight gradations by using eight kinds of voltages from nine kinds of different voltages formed by such a combination.
[0054]
Similarly, considering the case where the digital image signal is 4 bits, 2Four= It is necessary to prepare 16 different levels of voltages for displaying 16 gradations. In the conventional case, it was necessary to prepare 16 types of voltages. However, according to the present invention, only four types of voltages are prepared, and 16 or more types of voltages can be formed by combining these.
[0055]
When the digital image signal is 6 bits, 26= Display of 64 gradations is required, and 64 types of voltage levels for realizing this are required. According to the present invention, in order to form such 64 different voltages, eight different voltages may be used. In this manner, multi-gradation display can be performed by preparing only a very small number of types of voltages.
[0056]
If the digital image signal is 8 bits, 28= Display of 256 gradations was required, and 256 kinds of voltages for realizing this were required. However, according to the present invention, it is possible to display 256 or more gray levels using 16 types of voltages. Thus, it is apparent that the present invention becomes more effective as the number of gradation expression bits of the digital image signal increases.
[0057]
Generally, when the capacitance ratio between
[0058]
Next, the operation of the liquid crystal display device of the present invention for forming various types of voltages by the two capacitors as described above will be described.
[0059]
A voltage V is applied to each of the
Q2 = C2VY
It becomes.
[0060]
After each capacitor is sufficiently charged by applying such a voltage,
QThree= (C1 + C2) VzIt becomes. Here, since the sum of the charge amounts before and after the voltage averaging is basically stored (assuming that error loss due to charge discharge or the like can be ignored)
QThree= Q1 + Q2,
(C1 + C2) Vz=
Therefore, Vz= (
Vz= (
It becomes.
[0061]
When the capacitances of the first and second hold capacitors are not equal (C1: C2 = 1: m, m is other than 1),
It becomes.
[0062]
In this manner, in the liquid crystal display device of the present invention, a multi-level display can be performed by forming voltages of various levels from a small number of voltages by a combination of different voltages.
[0063]
(Reference example) According to the inventionReference exampleThe liquid crystal display device will be described in detail with reference to FIG.This reference exampleIn the following, a case will be described in which the present invention is applied to an active matrix liquid crystal display device capable of displaying eight gradations using image display data including 3-bit gradation information.
[0064]
Three different levels of voltages V3, V2, V1 corresponding to the digital image data D2 (MSB), D1, D0 (LSB), respectively, including 3-bit gradation information are prepared. At this time, a total of four types of voltages are prepared, including the case where the voltage value is 0 (V0).
[0065]
These voltages are supplied by a total of four
[0066]
Also, for example, if the levels of V1, V2, and V3 are set in advance so that the voltage V1 + V2 does not become larger than V3, voltages of different levels are generated depending on the combination of these voltages. can do. FIG. 4B shows an example of a correspondence relationship between a combination of digital image data D0, D1, and D2 and a voltage generated corresponding thereto.
[0067]
Next, the 3-bit latch circuit 402This reference exampleAre latched on 3-bit digital image data D0, D1, and D2. The 3-bit digital image data D0, D1, and D2 held in parallel in this manner are input to three AND circuits 403a, 403b, and c and one NOR
[0068]
For example, when data (0, 0, 0) is input, the output of the NOR
[0069]
In the three AND circuits 403a, 403b, and 403c, data 1 (Hi) is always input to one of the two input terminals. For example, when (0, 1, 1) is input as digital image data, the outputs of 403a and 403b become 1, and only the analog switches 405a and 405b connected thereto are turned on. Voltages V1 and V2 are output, and these are passed through a
[0070]
As described above, k levels of voltages are prepared, and the voltages selected from the levels are changed by switching corresponding to the digital image data of the AND circuits 403a to 403c and the NOR
[0071]
According to this formula, for the above-mentioned 3-bit digital image data (including gradation information), eight types of voltages having different levels are generated, and an image having eight gradations is expressed. Can be realized.
[0072]
At this time, n types of voltages V1, V2,... Vn having different levels include Vn> Vn-1 +.,Vn-1> Vn-2 +... + V2 + V1. Thus, thisReference exampleAccording to the circuit configuration and the voltage selection method shown in the above, it is possible to effectively generate many different types of voltages by a combination of a small number of voltages and to perform multi-gradation display corresponding thereto. Become. thisReference exampleIt is clear from the above formula that the present invention is more effective as the number of gradations increases in the case of.
[0073]
For example, thisReference exampleIn order to realize a display having the number of gradations of 32 gradations by the method of the above, 32 = 2FiveTherefore, n = 5, and it is sufficient to form a total of six voltage supply wirings including 0 V, which is only about one fifth of the number required for 32 in the conventional technique. .
[0074]
Note that the current conversion circuit 406This reference exampleAre formed such that the respective voltages of V1, V2, and V3, which are respectively connected by R1, R2, and R3 connected in parallel, are converted into current differences by resistors R1, R2, and R3, respectively. Are connected in parallel at the ends of R1, R2 and R3 to sum the currents. This time, based on the summed currents, a summing
[0075]
As described above, the present invention is to obtain a greater variety of voltages by generating different levels of voltage from the prepared voltages by changing combinations of different voltages such as V0 to V3 prepared in advance. If the circuit is capable ofReference exampleIt is needless to say that the circuit configuration is not limited only to the combination of the logic circuit elements as described above.
[0076]
【The invention's effect】
As described in the detailed description above, according to the present invention, a liquid crystal driving circuit capable of performing a multi-gradation display with a particularly small number of voltage levels, that is, a small number of voltage supply wirings is provided. Accordingly, it is possible to provide a liquid crystal display device capable of displaying high-quality images with multiple gradations while reducing the size of the device as a whole.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 according to the inventionExampleFIG. 2 is a diagram showing an outline of the structure of the liquid crystal display device of FIG.
FIG. 2 according to the inventionExampleFIG. 3 is a diagram illustrating a structure of a signal line driving circuit of the liquid crystal display device of FIG.
FIG. 3 according to the inventionExampleFIG. 6 is a diagram showing waveforms of a control signal OE and a control signal S used in the liquid crystal display device of FIG.
FIG. 4 according to the inventionReference example(A) showing an outline of the structure of the liquid crystal display device of FIG. 1 and a diagram showing a combination of gradation information used therein.(B)It is.
FIG. 5FIG. 11 is a diagram illustrating a structure of a signal line driving circuit of a conventional active matrix type liquid crystal display device capable of multi-gradation display.
FIG. 6The voltage V supplied to the voltage selection circuit shown in FIG. 1 , V Two , ... V ( Two n )FIG.
[Explanation of symbols]
1: Digital image signal DS
2. Serial-to-parallel conversion circuit
3. First decoder
4. Second decoder
5. First voltage selection circuit
6. Second voltage selection circuit
7 ... first hold capacitor
8 Second hold capacitor
9 Short-circuit switch
10 ... Current buffer
11 Voltage supply wiring
101 scanning line
102 ... signal line
103 ... TFT
104: Pixel electrode
105 ... Scanning line drive circuit
106 ... signal line drive circuit
107: Counter electrode drive circuit
Claims (2)
シリアルデータ形態で入力された階調データを有する画像信号をパラレルデータ形態へと変換して出力する直並列変換回路と、
あらかじめ記憶された第1のデコード情報に基づいて前記直並列変換回路の出力するパラレルデータ形態の画像信号をデコードして複数個のスイッチのオン・オフをパラレルに制御するための第1の制御信号を出力する第1のデコーダと、
前記直並列変換回路の出力するパラレルデータ形態の画像信号を、前記第1のデコーダとは異なったデコードルールとしてあらかじめ記憶された第2のデコード情報に基づいてデコードして前記スイッチとは別の複数個のスイッチのオン・オフをパラレルに制御するための制御信号を出力する第2のデコーダと、
複数種類の異なるレベルの電圧がそれぞれ印加される複数本の電圧供給配線と、
前記第1のデコーダによってオン・オフをそれぞれパラレルに制御される複数個のスイッチが形成されており、該スイッチの一つ一つの一端は前記電圧供給配線のうち異なる配線にそれぞれ接続され他端は共通の出力端に接続されている第1の電圧選択回路と、
前記第2のデコーダによってオン・オフをそれぞれパラレルに制御される複数個のスイッチが形成されており、該スイッチの一つ一つの一端は前記電圧供給配線のうち異なる配線にそれぞれ接続され他端は共通の出力端に接続されている第2の電圧選択回路と、
前記第1の電圧選択回路の出力端に一端が接続され、他端は接地または定電圧が印加される第1の電気容量と、
前記第2の電圧選択回路の出力端に一端が接続され、他端は接地または定電圧が印加される第2の電気容量と、
前記第1の電気容量の前記一端と前記第2の電気容量の前記一端との短絡を制御する短絡スイッチであって該短絡スイッチを閉じた際に前記第1の電気容量の前記一端と前記第2の電気容量の前記一端とを短絡させて前記第1の電気容量に蓄積された電荷と前記第2の電気容量に蓄積された電荷とを平均化する短絡スイッチと、
前記第1の電気容量および前記第2の電気容量の前記一端の平均化された前記電荷に対応した電圧を、所定の増幅率で増幅し、前記信号線にそれぞれ印加するように前記信号線の一つ一つごとに接続された電流バッファとを備えて、
前記電圧供給配線の供給する異なったレベルの複数種類の電圧どうしのそれぞれ中間のレベルの電圧を含む、少なくとも前記電圧供給配線の供給する複数種類の異なったレベルの電圧よりも多種類のレベルの電圧を形成し、前記電圧供給配線の本数以上の階調数を有する画像を表示する画像信号電圧として前記信号線のそれぞれに印加する信号線駆動回路を具備すること
を特徴とする液晶表示装置。The signal lines and the scanning lines are arranged in a matrix on the first substrate, and are connected to the pixel electrodes and the pixel electrodes in a region surrounded by the signal lines and the scanning lines, and are connected to the signal lines and the scanning lines. An array substrate on which a switching element formed is formed, a counter substrate on which a counter electrode facing the pixel electrode of the array substrate is formed on a second substrate, and a gap between the array substrate and the counter substrate. A liquid crystal layer injected and sandwiched in a liquid crystal cell which is disposed facing and is sealed around the periphery, a scanning line driving circuit for applying a scanning voltage to the scanning line, and an image signal voltage to the signal line. A liquid crystal display device having a signal line drive circuit for applying
A serial-parallel conversion circuit that converts an image signal having gradation data input in a serial data form into a parallel data form and outputs the converted signal;
A first control signal for decoding an image signal in the form of parallel data output from the serial / parallel conversion circuit based on first decode information stored in advance and controlling on / off of a plurality of switches in parallel; A first decoder that outputs
An image signal in the form of parallel data output from the serial-parallel conversion circuit is decoded based on second decoding information stored in advance as a decoding rule different from that of the first decoder, and a plurality of image signals different from the switches are output. A second decoder that outputs a control signal for controlling on / off of the switches in parallel;
A plurality of voltage supply wirings to which a plurality of different levels of voltages are applied,
A plurality of switches whose on / off are controlled in parallel by the first decoder are formed, and one end of each of the switches is connected to a different one of the voltage supply wirings, and the other end is connected to a different one of the voltage supply wirings. A first voltage selection circuit connected to a common output terminal;
A plurality of switches whose on / off are respectively controlled in parallel by the second decoder are formed, and one end of each of the switches is connected to a different one of the voltage supply wirings, and the other end is connected to a different one of the voltage supply wirings. A second voltage selection circuit connected to the common output terminal;
One end is connected to an output end of the first voltage selection circuit, and the other end is a first capacitance to which a ground or a constant voltage is applied;
One end is connected to the output end of the second voltage selection circuit, and the other end is grounded or a second capacitance to which a constant voltage is applied;
A short-circuit switch for controlling a short circuit between the one end of the first electric capacitance and the one end of the second electric capacitance, wherein the one end of the first electric capacitance is connected to the one end of the first electric capacitance when the short-circuit switch is closed. A short-circuit switch for short-circuiting the one end of the second capacitance and averaging the charge accumulated in the first capacitance and the charge accumulated in the second capacitance;
A voltage corresponding to the averaged electric charge of the one end of the first electric capacitance and the second electric capacitance is amplified at a predetermined amplification factor, and the voltage of the signal line is set to be applied to the signal line. With a current buffer connected to each one,
A voltage of a higher level than a voltage of a plurality of different levels supplied by the voltage supply wiring, including a voltage of an intermediate level between a plurality of types of voltages of different levels supplied by the voltage supply wiring; And a signal line driving circuit for applying to each of the signal lines as an image signal voltage for displaying an image having the number of gradations equal to or more than the number of the voltage supply wirings.
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