(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺環境の明るさ又は画面の輝度に応じて変化する第１制御信号に基づいて電源電圧のレベルを変更して第２制御信号として出力する電圧変更部と、
前記第２制御信号に基づいて複数の階調電圧を出力する階調電圧発生部と、
走査信号を液晶パネルのゲートラインに出力するゲートドライバーと、
外部の画像信号源から入力される画像データと前記階調電圧とに基づいてデータ信号を生成して前記液晶パネルのデータラインに出力するデータドライバーと、
前記画像データから画面の輝度レベルを感知して、前記輝度レベルに応じて変化する前記第１制御信号を出力する画面輝度決定部と、を含み、
前記画面輝度決定部は、
前記画像信号源から１Ｈの間に入力される画像データの示す階調値の平均値を計算し、前記平均値に応じてデューティ比が変化するデューティ信号を出力する矩形波出力部と、
前記デューティ信号を前記第１制御信号にアナログ変換して、前記第１制御信号を前記電圧変更部に出力するアナログ変換部と、
を含む液晶表示装置。
【請求項２】
前記第２制御信号に応じて共通電極電圧を前記液晶パネルの共通電極ラインに出力する共通電極電圧発生部をさらに含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記複数の階調電圧のうち、低階調レベルに対応する階調電圧は標準の階調電圧よりも液晶の透過率を上昇させるレベルである、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記電圧変更部は、
周辺光の照度レベルを感知して、前記照度レベルに応じて変化する前記第１制御信号を出力する外光監視部と、
前記第１制御信号に応じて前記電源電圧のレベルを変更するレベル調整部と、
を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記電圧変更部は、
画面の輝度レベルを示す前記第１制御信号の電圧レベルと所定の電圧との間の差を増幅する差動増幅部と、
前記差動増幅部の出力に応じて前記電源電圧のレベルを変更するレベル調整部と、
を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記アナログ変換部は、
前記デューティ信号に従ってオンオフするトランジスタと、
前記トランジスタのオンオフ動作に応じて充電と放電と繰り返し、それに伴う両端電圧の変化を前記第１制御信号として出力するキャパシタと、
を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記第１制御信号の電圧レベルは、前記キャパシタとそれに接続された抵抗との時定数によって決定され、前記デューティ信号のデューティ比とパルス数とに比例する、請求項６に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記矩形波出力部は、
前記画像データの示す、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の階調値を合算して出力する合算部と、
前記合算部によって合算された階調値を１Ｈの間、さらに合算して出力する１ライン合算部と、
前記１ライン合算部によって１Ｈの間に合算された階調値を３で割り、得られた値のＭＳＢから所定数のビットを出力する分割部と、
前記所定数のビットをダウンカウントするカウンティング部と、
前記カウンティング部のカウント数に基づいて矩形波のデューティ比を決定して、前記矩形波を前記デューティ信号として出力するデューティ信号発生部と、
を含む、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記矩形波出力部は、
前記画像データの示す、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の階調値のうち、少なくともいずれか一つの階調値に加重値を付与して前記合算部に提供するピクセルデータ変換部、
をさらに含む、請求項８に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
複数のゲートラインと、
前記複数のゲートラインから絶縁された状態で前記複数のゲートラインと交差する複数のデータラインと、
前記複数のゲートラインと前記複数のデータラインとによって囲まれた領域内にマトリックス状に配列され、各々が前記複数のゲートライン及び前記複数のデータラインに接続されているスイッチング素子を含む複数の画素と、
を有する液晶表示装置の駆動方法であり、
（ａ）外部から電源電圧を受ける段階と、
（ｂ）外部の画像信号源から画像データを受ける段階と、
（ｃ）周辺環境の明るさのレベルを感知して、又は前記画像データから画面の輝度レベルを感知して、感知されたレベルを示す第１制御信号を出力する段階と、
（ｄ）前記第１制御信号に基づいて前記電源電圧のレベルを変更して第２制御信号として生成する段階と、
（ｅ）前記第２制御信号に基づいて複数の階調電圧を生成する段階と、
（ｆ）前記複数の階調電圧に基づいて前記画像データをデータ電圧に変換し、前記データ電圧を前記複数のデータラインに供給する段階と、
（ｇ）前記複数のゲートラインに順番に走査信号を供給する段階と、
を含み、
前記段階（ｃ）は、
（ｃ−１）前記画像信号源から１Ｈの間に入力される画像データの示す階調値の平均値を計算し、前記平均値に応じてデューティ比が変化するデューティ信号を出力する段階と、
（ｃ−２）前記デューティ信号を前記第１制御信号にアナログ変換して出力する段階と、
を含む、液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１１】
前記第２制御信号のレベルは、周辺光の照度レベルを示す前記第１制御信号のレベルに反比例する、請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１２】
前記段階（ｃ−１）は、
（ｃ−１１）前記画像データの示す、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の階調値を合算する段階と、
（ｃ−１２）合算された階調値を１Ｈの間、さらに合算する段階と、
（ｃ−１３）前記１Ｈの間に合算された階調値を３で割る段階と、
（ｃ−１４）３で割って得られた値のＭＳＢから所定数のビットを分割して出力する段階と、
（ｃ−１５）前記所定数のビットをダウンカウントする段階と、
（ｃ−１６）ダウンカウントされたカウント数に基づいて矩形波のデューティ比を決定して、前記矩形波を前記デューティ信号として出力する段階と、
を含む、請求項１０に記載の液晶表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶表示装置及びその駆動方法に関し、特に暗い画面での階調間視認（識別）性を高めるための液晶表示装置及びその駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に映画館では明瞭に見えたにも拘わらず、ＤＶＤやＴＶで見ると、暗い画面がよく見えなくなる現象がある。これは人の目の特性に起因することで、周辺が暗い時は暗い映像でもよく認識するが、明るい所では同じ暗さの映像であっても輝度差を認識し難いためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特に、事務室照度水準の環境で使用する液晶表示装置を用いて動映像を見る時もやはり暗い画面に対する視認性が落ちる。このような場合、バックライト輝度を最大限に上げて暗い画面を見ようと努めるが、これもやはり限界がある。
【０００４】
一般に液晶表示装置は図１に図示したように、ガンマ（γ）=２．２のガンマ曲線を有するように調整されている。
【０００５】
図１に示したように、低階調データ、例えば、全６４階調における０乃至１６階調の領域では階調区分が明確でないが、特に周辺照度が明るい環境ではその問題がさらに深刻になる。つまり、０乃至１６階調データの範囲で構成される暗い画面では画像がよく見えないという視認性の問題が発生している。
【０００６】
これは液晶の透過率が階調データによって決定されるためであるが、例えば、ある０階調近くの液晶透過率で隣接階調データの液晶透過率差が微小である場合、二つの階調データ間の視認性を向上させるために光源、つまり、バックライトを強く発生させることによって輝度差を大きくすることができる。
【０００７】
実際にマルチメディアを指向するＬＣＤ製品は高輝度に調整する傾向があるが、液晶表示装置を高輝度化するのには次のような問題点がある。
【０００８】
つまり、消費電力問題が発生して携帯用ＬＣＤ製品に適用するのには限界があり、また、いくつかのランプを装着したり様々なプリズムシートを使う必要から費用上昇を誘発する問題点がある。
【０００９】
また、輝度を正常の明るさより２倍、３倍などに上げることが容易ではなく、かりに輝度を上げても視認性が輝度の増加分に比べて大きく増加しないという問題点がある。
【００１０】
また、高輝度に変換した明るい画面では眩しさが激しいため使用者が疲労を感じやすいという問題点がある。
【００１１】
このように高輝度化による多くの問題点のため、視認性を向上させるためにバックライトの輝度を上昇させることは好ましくない。
【００１２】
本発明の技術と課題はこのような従来の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、明るい周辺環境で低階調画像の視認性を良くするためにバックライト輝度を上げず、液晶の透過率を増加させて低階調での階調間視認性を高める暗さ調整機能を有する液晶表示装置を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の他の目的は、前記暗さ調整機能を有する液晶表示装置の駆動方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記本発明の目的を実現するための一つの特徴による液晶表示装置は、周辺環境の明るさ又は画面の輝度に応じて変化する第１制御信号に基づいて電源電圧のレベルを変更して第２制御信号として出力する電圧変更部と、前記第２制御信号に基づいて複数の階調電圧を出力する階調電圧発生部と、走査信号を液晶パネルのゲートラインに出力するゲートドライバーと、外部の画像信号源から入力される画像データと前記階調電圧とに基づいてデータ信号を生成して前記液晶パネルのデータラインに出力するデータドライバーと、前記画像データから画面の輝度レベルを感知して、前記輝度レベルに応じて変化する前記第１制御信号を出力する画面輝度決定部と、を含み、前記画面輝度決定部は、前記画像信号源から１Ｈの間に入力される画像データの示す階調値の平均値を計算し、前記平均値に応じてデューティ比が変化するデューティ信号を出力する矩形波出力部と、前記デューティ信号を前記第１制御信号にアナログ変換して、前記第１制御信号を前記電圧変更部に出力するアナログ変換部と、を含んで構成される。ここで、前記液晶表示装置は、前記第２制御信号に応じて共通電極電圧を前記液晶パネルの共通電極ラインに出力する共通電極電圧発生部をさらに含むことが好ましい。
【００１５】
また、前記複数の階調電圧のうち、低階調レベルに対応する階調電圧は標準の階調電圧よりも液晶の透過率を上昇させるレベルであるのが好ましい。
【００１６】
前記電圧変更部は、画面の輝度レベルを示す前記第１制御信号の電圧レベルと所定の電圧との間の差を増幅する差動増幅部と、前記差動増幅部の出力に応じて前記電源電圧のレベルを変更するレベル調整部と、を含むようにしてもよい。
【００１７】
前記アナログ変換部は、前記デューティ信号に従ってオンオフするトランジスタと、前記トランジスタのオンオフ動作に応じて充電と放電と繰り返し、それに伴う両端電圧の変化を前記第１制御信号として出力するキャパシタと、を含むようにしてもよい。
【００１８】
前記第１制御信号の電圧レベルは、前記キャパシタとそれに接続された抵抗との時定数によって決定され、前記デューティ信号のデューティ比とパルス数とに比例するようにしてもよい。
【００１９】
前記矩形波出力部は、前記画像データの示す、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の階調値を合算して出力する合算部と、前記合算部によって合算された階調値を１Ｈの間、さらに合算して出力する１ライン合算部と、前記１ライン合算部によって１Ｈの間に合算された階調値を３で割り、得られた値のＭＳＢから所定数のビットを出力する分割部と、前記所定数のビットをダウンカウントするカウンティング部と、前記カウンティング部のカウント数に基づいて矩形波のデューティ比を決定して、前記矩形波を前記デューティ信号として出力するデューティ信号発生部と、を含むようにしてもよい。
【００２０】
前記矩形波出力部は、前記画像データの示す、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の階調値のうち、少なくともいずれか一つの階調値に加重値を付与して前記合算部に提供するピクセルデータ変換部、をさらに含むようにしてもよい。
【００２１】
また、前記本発明の他の目的を実現するための一つの特徴による液晶表示装置
の駆動方法は、複数のゲートラインと、前記複数のゲートラインから絶縁された状態で前記複数のゲートラインと交差する複数のデータラインと、前記複数のゲートラインと前記複数のデータラインとによって囲まれた領域内にマトリックス状に配列され、各々が前記複数のゲートライン及び前記複数のデータラインに接続されているスイッチング素子を含む複数の画素と、を有する液晶表示装置の駆動方法であり、（ａ）外部から電源電圧を受ける段階と、（ｂ）外部の画像信号源から画像データを受ける段階と、
（ｃ）周辺環境の明るさのレベルを感知して、又は前記画像データから画面の輝度レベルを感知して、感知されたレベルを示す第１制御信号を出力する段階と、（ｄ）前記第１制御信号に基づいて前記電源電圧のレベルを変更して第２制御信号として生成する段階と、（ｅ）前記第２制御信号に基づいて複数の階調電圧を生成する段階と、（ｆ）前記複数の階調電圧に基づいて前記画像データをデータ電圧に変換し、前記データ電圧を前記複数のデータラインに供給する段階と、（ｇ）前記複数のゲートラインに順番に走査信号を供給する段階と、を含み、前記段階（ｃ）は、（ｃ−１）前記画像信号源から１Ｈの間に入力される画像データの示す階調値の平均値を計算し、前記平均値に応じてデューティ比が変化するデューティ信号を出力する段階と、（ｃ−２）前記デューティ信号を前記第１制御信号にアナログ変換して出力する段階と、を含む。
【００２２】
前記第２制御信号のレベルは、周辺光の照度レベルを示す前記第１制御信号のレベルに反比例するようにしてもよい。
【００２３】
前記段階（ｃ−１）は、（ｃ−１１）前記画像データの示す、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の階調値を合算する段階と、（ｃ−１２）合算された階調値を１Ｈの間、さらに合算する段階と、（ｃ−１３）前記１Ｈの間に合算された階調値を３で割る段階と、（ｃ−１４）３で割って得られた値のＭＳＢから所定数のビットを分割して出力する段階と、（ｃ−１５）前記所定数のビットをダウンカウントする段階と、（ｃ−１６）ダウンカウントされたカウント数に基づいて矩形波のデューティ比を決定して、前記矩形波を前記デューティ信号として出力する段階と、を含むようにしてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、通常の知識を持っている者が本発明を容易に実施できるように実施例について説明する。
【００２６】
図２は、本発明の実施例による液晶表示装置を説明するための図面である。
【００２７】
図２によると、本発明の実施例による液晶表示装置は電圧変更部１００、共通電極電圧（VCOM）発生部２００、階調電圧発生部３００、駆動電圧発生部４００、ゲートドライバー５００、データドライバー６００及び液晶パネル７００を含む。
【００２８】
電圧変更部１００は駆動電圧発生部４００から提供されるゲートオン電圧（Von）と暗さ調整のための制御信号９９に基づいてＤＣ/ＤＣコンバータ（図示せず）から提供される電源電圧（AVDD）のレベルを変更して液晶印加電圧（CVDD）を共通電極電圧（VCOM）発生部２００と階調電圧発生部３００に各々提供する。
【００２９】
ここで、前記暗さ調整のための制御信号９９としては、液晶表示装置の周辺環境の明るさレベルを反映した外光監視信号の場合もあり、また使用者の操作により発生された信号の場合もあり、画面状態に連動して自動的に変更される信号でもあり得る。
【００３０】
共通電極電圧発生部２００は電圧変更部１００から提供される液晶印加電圧（CVDD）の提供を受けて電圧レベル調整を通じて共通電極電圧（Vcom）を液晶パネル７００の共通電極ラインに印加する。
【００３１】
階調電圧発生部３００は電圧変更部１００から提供される液晶印加電圧（CVDD）の提供を受け、これに基づいて生成した多数（例えば６４階調なら６４種）の階調電圧をデータドライバー６００に基準階調電圧として提供する。この時、提供される基準階調電圧のうち低階調レベルに対応する階調電圧は、従来の標準的電圧よりも、液晶の透過率を上昇させるような階調電圧であることが好ましい。例えば、全階調が６４階調である時、低階調として処理される階調電圧は０乃至１６階調である。
【００３２】
駆動電圧発生部４００はゲートオン／オフ信号（Von/Voff）をゲートドライバーに提供すると同時に、前記ゲートオン電圧（Von）を電圧変更部１００に提供する。
【００３３】
ゲートドライバー５００はタイミング制御部（図示せず）から入力されるタイミング信号に基づいてゲートオン信号（または走査信号）を液晶パネル７００の指定ゲートラインに印加し、ゲートオン電圧が印加された指定ゲートラインにゲート電極が接続される薄膜トランジスタ（TFT）をターンオンさせる。指定ゲートラインは１本でも複数本でもよく、タイミング信号に応じて多数のゲートラインから選択指定される。
【００３４】
データドライバー６００はタイミング制御部から入力される画像データ（図示せず）を、階調電圧発生部３００から入力される多数の階調電圧に基づいて、画像データの階調レベルが反映されたデータ電圧に変換した後、液晶パネル７００内部のデータラインに出力する。
【００３５】
液晶パネル７００にはゲートオン信号を伝達するための多数のゲートラインが形成されており、データ電圧を伝達するためのデータラインも形成されている。この時、ゲートラインとデータラインによって囲まれた多数の小領域は各々画素をなし、各画素はゲートラインとデータラインに各々ゲート電極及びソース電極が接続される薄膜トランジスタ（TFT）と前記薄膜トランジスタのドレーン電極に並列接続される液晶キャパシタ（Clc）とストレージキャパシター（Cst）とを含む。この時、液晶キャパシターの一端は薄膜トランジスタのドレインに接続され、他端は共通電極ラインに接続される。ここで、液晶キャパシタは実質的な画素であって、充電電圧に応じた光透過率を発現する。
【００３６】
前記液晶表示装置の動作の時、例えば、前記液晶表示装置の液晶パネルがノーマリーホワイトモードである場合、液晶表示装置の周辺環境が明るいと感知されると階調電圧発生のための電圧レベルを下降させて画面を明るくし、周辺環境が暗いと感知されると階調電圧発生のための電圧レベルを正常に印加するようにして、かりに液晶表示装置の周辺環境が明るくても低階調の表示映像（つまり、暗画面）で発生する視認性の問題を解決することができる。一方、ノーマリーブラックならば電圧と明暗の関係が反対になる。
【００３７】
また、使用者の操作によって低階調レベルに対応する輝度レベルを上昇させる場合には、使用者の操作によって階調電圧発生のための電圧レベルを下降させることによって、低階調の表示映像で発生する視認性の問題を解決することができ、表示される映像の輝度レベルを感知して映像が暗い場合には階調電圧発生のための電圧レベルを下降させることによって、低階調の表示映像で発生する視認性の問題を解決することができる。
【００３８】
以上で説明したように、本発明の実施例によると暗さを調整するためにバックライトレベルを上げなくても、液晶の透過率を上昇させるように階調電圧発生のための電圧レベルを上昇させることによって、暗さを自動にまたは手動に各々調整することができる。
【００３９】
以下、前記暗さ調整のためのそれぞれの実施例についてより詳細に説明する。
【００４０】
図３は、前記図２の本発明の第１実施例による液晶表示装置を説明するための回路図であって、特に液晶表示装置が配置される外部の明るさレベルによって暗さを調整するための回路図である。
【００４１】
図３によると、本発明の第１実施例による液晶表示装置は外部の輝度レベルを自動感知して液晶印加電圧（CVDD）を出力する第１電圧変更部１１０、前記液晶印加電圧（CVDD）に基づいて共通電極電圧を出力する共通電極電圧発生部２００及び前記液晶印加電圧（CVDD）に基づいて多数の階調電圧（VCOM）を出力する階調電圧発生部３００を含んでいる。
【００４２】
第１電圧変更部１１０は外部の光量を感知するフォトトランジスター（Q2：Ｐｈｏｔｏ ＩＤＣを含む）と、前記感知された光量に基づいて、一端を通じて入力される、ゲートオン電圧（Von）のレベルを低減させるレベル低減部（R15、R16）と、前記レベル低減されたゲートオン電圧に基づいて電源電圧（AVDD）のレベルを低下させ液晶印加電圧（CVDD）を出力するトランジスタ（Q1）を含む。動作する時、フォトトランジスター（Q2）から光量に対応してトランジスタ（Q2）のベース端に印加されるベース電流が増加するほどトランジスタ（Q1）のエミッタ端を通じて出力される液晶印加電圧（CVDD）は減少する。つまり、液晶表示装置の周辺環境が明ければ明るいほど、Ｑ２のベース電流が増加して、液晶印加電圧（CVDD）は減少する。
【００４３】
共通電極電圧発生部２００は直列接続された抵抗Ｒ１３、Ｒ１４を備え、一端を接地し、他端を通じて入力される前記液晶印加電圧（CVDD）のレベルを低減させて共通電極電圧ＶＣＯＭを作り、液晶パネルの共通電極ラインに出力する。
【００４４】
階調電圧発生部３００は、多数の直列抵抗（R1乃至R6）を備えた正極性階調電圧発生部３１０と、これの一端に直列接続された第１及び第２ダイオード（D1、D2）と、前記第１及び第２ダイオードの接続点と接地点の間に接続されたキャパシター（C1）と、前記第２ダイオードの負極に接続された多数の直列抵抗（R7乃至R12）を備えた負極性階調電圧発生部３２０とを含み、正極性階調電圧発生部３１０の他端を通じて入力される液晶印加電圧（CVDD）に応答して多数の階調電圧（VREF1乃至VREF10）を出力し、データドライバー６００に提供する。
【００４５】
前述のように、液晶表示装置の動作時、外部光として感知される光量に比例してフォトトランジスター（Q2）のベース端に電流が流入すれば、これに応じて液晶印加電圧（CVDD）は低くなる。つまり、感知される光量が少ない場合には、高い液晶印加電圧（CVDD）が出力され、感知される光量が大きい場合には、低い液晶印加電圧（CVDD）が出力される。
【００４６】
前記液晶表示装置の一例は、フォトトランジスターを、光量に比例して出力されるフォト電流（IDC）と前記フォト電流をベース端を通じて受けるトランジスタとで構成される等価回路で表現し、これを電子回路シミュレータＰＳＰＩＣＥを用いてシミュレーションした結果を図４に示す。
【００４７】
図４は、前記図３の例でフォト電流量によって液晶印加電圧を説明するための図面である。
【００４８】
図４によれば、フォト電流量（I＿PHOTO）と液晶印加電圧（CVDD）とは増減反対の関係で、およそ１次関数に近い関係にあることが確認できる。
【００４９】
つまり、明るい周辺環境ではフォト電流量が多いため液晶印加電圧（CVDD）が低くなって液晶には液晶飽和電圧（Vs）より低い電圧がかかるようにし、ダークニス周辺環境ではフォト電流量が少ないためCVDD電圧が高まってノーマルな液晶電圧を印加することができる。
【００５０】
一方、前記フォト電流量による液晶印加電圧（CVDD）の曲線の傾きはフォトトランジスターの受光窓の透過率を調節することによって決定することができる。つまり、明るい環境では、暗い画面に対応する階調電圧を明るくなる階調電圧に変化させて暗い画面の視認性を良くすることができる。
【００５１】
図５は、本発明によって調整されたガンマ曲線を説明するための図面である。
【００５２】
図５によれば、ガンマが２．２である従来のガンマ曲線による液晶表示装置では低階調レベル、例えば０乃至１６階調近くでは視認性の問題が発生する。しかし、本発明によって調整された、最高輝度不変でガンマ値減少のガンマ曲線による液晶表示装置では、従来のガンマ曲線よりは一定のレベルだけ暗画面が明るくなるガンマ曲線に調整される。
【００５３】
このように調整されたガンマ曲線によると、明るく表示されるべき画像が表示されて視認性に問題が発生した時、バックライト輝度レベルを上げる替りに液晶の透過率を増加させることによって、画像の輝度を上げて視認性を高める効果を発生させることができる。
【００５４】
以上の本発明の一実施例では液晶表示装置の周辺環境の明るさによって暗さを調整することを説明した。
【００５５】
図６は、前記図２の本発明の第２実施例による液晶表示装置を説明するための回路図であって、特に使用者の操作によって暗さを調整するための回路図である。
【００５６】
図６によれば、本発明の第２実施例による液晶装置は使用者の操作によって液晶印加電圧（CVDD）を出力する第２電圧変更部１２０、前記液晶印加電圧（CVDD）に基づいて共通電極電圧（VCOM）を出力する共通電極電圧発生部２００及び前記液晶印加電圧（CVDD）に基づいて多数の階調電圧を出力する階調電圧発生部３００を含んでおり、前記図３と比較して同一の動作を行う構成要素については同一図面番号を付与し、それに関する説明は省略する。
【００５７】
第２電圧変更部１２０は一端がゲートオン電圧（Von）、他端が接地点に接続されて、使用者の操作によってゲートオン電圧の分割比を調節する直接抵抗列（R15、R16、R17）と、使用者の操作によってレベル調節されたゲートオン電圧に基づいて電源電圧（AVDD）のレベルを変化させ液晶印加電圧（CVDD）を出力するトランジスタ（Q1）を含む。なお、Ｒ１６としては手動可変抵抗器が好ましい。
【００５８】
第２電圧変更部の正常動作は、数式１および数式２で表現される。
【００５９】
【数１】
0004439171.tif 000002
【００６０】
【数２】
0004439171.tif 000003
【００６１】
ここで、ＣＶＤＤはトランジスタ（Q1）のエミッタから出力される液晶印加電圧、ＶＢはトランジスタ（Q1）のベース端電圧、Ｖｂｅはトランジスタ（Q1）のベース-エミッタ電圧、ＡＶＤＤは電源電圧である。
【００６２】
前記数式２によると、トランジスタ（Q1）のコレクター端子は電源電圧（AVDD）に接続されるので、液晶印加電圧（CVDD）は電源電圧（AVDD）より小さい。
【００６３】
動作する時、使用者は可変抵抗Ｒ１６の抵抗値を変更する手作業によって液晶印加電圧（CVDD）のレベルを変化させることができ、レベル変更された液晶印加電圧は共通電極電圧発生部２００と階調電圧発生部３００の各々に印加される。
【００６４】
上述の本発明第２実施例では液晶表示装置の輝度レベルを使用者の操作によって暗さを調整することを説明した。
【００６５】
図７は、本発明の第３実施例による液晶表示装置を説明するための回路図であって、特に画面の輝度レベルによって自動に暗さを調整するための回路図である。
【００６６】
図７によると、本発明第３実施例による液晶装置は画面の輝度レベルを感知して、調整電圧（VIN）を出力する画面輝度決定部１４０、画面の輝度レベルに適応して液晶印加電圧（CVDD）を出力する第３電圧変更部１３０、前記液晶印加電圧（CVDD）に基づいて共通電極電圧を出力する共通電極電圧発生部２００及び前記液晶印加電圧（CVDD）に基づいて多数の階調電圧を出力する階調電圧発生部３００を含んでおり、前記図３と比較して同一動作を行う構成要素については同一図面番号を付与し、それに関する説明は省略する。
【００６７】
画面輝度決定部１４０は画像信号源から提供されるＲＧＢ階調データの提供を受けてＲＧＢそれぞれの階調レベルをチェックし画面の輝度水準を決定し、決定された輝度水準に対応する調整電圧（VIN）を第３電圧変更部１３０に出力する。
【００６８】
好ましくは、画像信号源から提供される１フレーム画面の階調データの平均値に比例するデューティ幅を有するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号からＲＣフィルターを用いて調整電圧を生成するのが好ましい。この時、出力される調整電圧（VIN）は決定される輝度水準に比例することもあり、増減反転することもある。
【００６９】
以下、前記画面輝度決定部の詳細な説明は下記の図８乃至１１を通じてより詳細に説明する。
【００７０】
図８は、前記図７の画面輝度決定部の一例を説明するための図面である。
【００７１】
図８によれば、本発明第３実施例による画面輝度決定部１４０は矩形波出力部１４１０とアナログ変換部１４２０とからなって、外部から入力される階調データの提供を受けて画面全体的な輝度水準を決定し、決定された輝度レベル電圧を第３電圧変更部１３０に出力する。
【００７２】
より詳しくは、矩形波出力部１４１０は１Ｈ期間の間に入力される階調データの平均値に比例するデューティ（Duty）を有するデューティ信号（Dout）をアナログ変換部１４２０に出力する。
【００７３】
例えば、構造を簡単化するために、ホワイト階調データが１Ｈの期間中つづけて入力される場合を１００％デューティ信号、中間階調データが存在する場合には５０％デューティ信号、そしてブラック階調データが１Ｈの期間中つづけて入力される場合には０％デューティ信号が出力される。デジタル信号ならば中間階調は０信号と１信号の混在として検出でき、また、アナログ信号ならば、ＣＲ積分回路でＶＩＮを生成できる。前記矩形波出力部１４１０はタイミング制御部（図示せず）に装着されることもでき、スタンドアローン方式で実現することもできる。もちろん、入力データを厳密に測定、計算してもよい。
【００７４】
アナログ変換部１４２０は矩形波出力部１４１０からデューティ信号（Dout）の提供を受けて、これをアナログ変換して調整電圧（VIN）を第３電圧変更部１３０に出力する。つまり、アナログ変換部１４２０は任意のデューティ比をもつ矩形波の提供を受けて、これをアナログタイプの調整電圧に変換するデジタル-アナログ変換器の機能を遂行する。
【００７５】
以下、前記矩形波出力部１４１０とアナログ変換部１４２０のそれぞれの一例につき、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００７６】
図９は、前記図８の矩形波出力部１４１０をより詳細に説明するための図面である。
【００７７】
図９を参照すれば、本発明第３実施例による矩形波出力部１４１０はピクセルデータ変換部１１１、合算部１１２、１ライン合算部１１３、分割部１１４、カウンティング部１１５及びデューティ制御信号発生部１１６を含み、外部から１Ｈの間に入力される階調データの平均による所定のデューティ信号（Dout）を出力する。
【００７８】
この時、矩形波出力部１４１０はロード信号（LOAD）、加算信号（ADDING）、ライン加算信号（LINE ADDING）、分割信号（DIV）、計数信号（COUNTING）を出力するタイミング制御部に装着することもでき、スタンドアローン方式で実現することもできる。
【００７９】
一方、説明の便宜のために、Ｒ及びＢピクセル階調データとして各々‘００００００’の６ビットデータが入力され、Ｇピクセル階調データとして‘１１１１１１’の６ビットデータが入力された場合を説明する。
【００８０】
ピクセルデータ変換部１１１は外部から入力される第１ピクセル階調データ（R、G、B）の提供を受けてタイミング制御部２３０から提供されるロード信号（LOAD）に基づいてＧピクセル階調データに所定の加重値を付与し、他のＲ、Ｂピクセル階調データはＧピクセル階調データを複写して第１ピクセル階調データ（R´、G´、B´）を合算部１１２に出力する。つまり、合算部１１２に出力される第２ピクセル階調データ（R’、G’、B’）は全てＧピクセル階調データレベルと同一な‘１１１１１１’の６ビットである。
【００８１】
合算部１１２は第２ピクセル階調データの提供を受けて前記加算信号（ADDING）に基づいてＲＧＢ各ピクセル階調データを合算し、合算された階調データ（SUM）を１ライン合算部１１３に出力する。この時、合算された階調データは‘１０１１１１０１’である。
【００８２】
１ライン合算部１１３は前記ライン加算信号（LINE ADDING）に基づいて合算された階調データに対して一つのゲートライン期間の全ピクセルを合算し、合算された階調データ（TSUM）を分割部１１４に出力する。この時、一つのゲートラインが１０２４ＲＧＢピクセルであるＸＧＡ級解像度に適用されれば、合算された階調データ（TSUM）は‘１０１１１１０１００００００００００’の１８ビットである。
【００８３】
分割部１１４は前記分割信号（DIV）に基づいて合算された階調データ（TSUM）を‘３’で除算し、除算された階調データのうちＭＳＢ６ビットを抽出してカウンティング部１１５に出力する。この時‘３’で除算された階調データは‘１１１１１１００００００００００’であり、６ビットほど抽出されたＭＳＢは‘１１１１１１’である。なお、‘３’ではなく近似計算として‘４’で除算する場合には、除算を行っても、又、行わなくてもＭＢＳ６ビットとして同じ結果が得られる。したがって除算は不要になる。
【００８４】
カウンティング部１１５はデューティレジスターとダウンカウンターを備えて、ＭＳＢ６ビットに基づいて所定のカウント数をデューティ信号発生部１１６に提供する。つまり、前記デューティレジスターは前記ロード信号（LOAD）が入力されることによって分割部１１４から提供されるＭＳＢ６ビットの提供を受けて前記デューティレジスターに保存する。また、前記ダウンカウンターは前記カウント信号（COUNTING）をクロックとして、保存されたＭＳＢ６ビットから１ビットずつ順次にカウントして、その残りカウント数が‘０’になるまでは高レベル、‘０’に達した後は低レベル（反対でもよい）の信号、または、‘０’になった瞬間を表わすパルス信号をデューティ信号発生部１１６に提供する。
【００８５】
デューティ信号発生部１１６は提供された信号を処理して、１Ｈ毎にデューティ信号（Dout）をアナログ変換部１２０に出力する。もし、ホワイトデータが１Ｈ期間中つづけて入力される場合には１００％のデューティ信号（Dout）が出力され、ブラックデータが１Ｈ期間中つづけて入力される場合には０％デューティ信号（Dout）が出力される。
【００８６】
図１０は、前記図８のアナログ変換部をより詳細に説明するための図面である。
【００８７】
図８乃至図１０によれば、第１トランジスタ（Q11）のベース端に接続された第１抵抗（R11）を経由して矩形波出力部１４１０から出力されるデューティ信号（Dout）が入力されることによって調整電圧（VIN）が出力される。
【００８８】
例えば、デューティ信号（Dout）がローレベルである間には、第１トランジスタ（Q11）はターンオフされて、キャパシター（C1）に電圧が充電される。この時、充電電圧はＡＶＤＤ・（Ｒ１４／Ｒ１２＋Ｒ１３＋Ｒ１４）である。
【００８９】
一方、矩形波出力部１４１０から出力されるデューティ信号（Dout）がハイレバルである間には第１トランジスタ（Q11）はターンオンされて、キャパシター（C1）に充電された電圧が放電される。ここで、出力電圧である調整電圧（VIN）は抵抗（R15）とキャパシター（C1）の時定数によって決定され、これによって調整電圧（VIN）はデューティ信号（Dout）のデューティとパルス数に比例する値となる。
【００９０】
図１１は、前記図１０で時間対比それぞれのデューティ比のシミュレーション結果を示しており、特にＲ１１=２０ｋΩ、Ｒ１２=１ｋΩ、Ｒ１３=１ｋΩ、Ｒ１４=１ｋΩ、Ｒ１５=２０ｋΩ、Ｃ１=０．１μＦの部品値を有し、ＡＶＤＤ=９Ｖの時、デューティ信号（Dout）が初期デューティ比０％（つまり、ブラック階調）から１０％、３０％、５０％、７０％、９０％までの各場合のPSPICEによるシミュレーション結果を示している。
【００９１】
図１１に示したように、縦軸で示される調整電圧（VIN）の出力は１フレーム期間、つまり、１６．６ｍｓ後にはデューティ比に比例する電圧レベルに達していることが分かる。もちろん、前記時間は図１０で開示したＲ１５とＣ１の時定数調整で変更が可能である。
【００９２】
前記シミュレーション結果を整理すれば、図１２の通りである。
【００９３】
図１２に示したように、デューティ信号（Dout）と調整電圧（VIN）は線形的に比例することが確認でき、これにより、一つの画面の平均階調データをアナログ電圧に変換するＤ/Ａコンバータ機能を遂行することが分かる。
【００９４】
次に図７を見ると、第３電圧変更部１３０は一つの反転増幅器（OP）と、反転増幅器の出力電圧とゲートオン電圧のレベル差を分割する抵抗列（R15、R16）と、レベル分割されたゲートオン電圧に基づいて電源電圧（AVDD）のレベルを変化させて液晶印加電圧（CVDD）を出力するトランジスタ（Q1）を含む。
【００９５】
より詳しくは、反転増幅器（OP）の非反転入力端は、直列接続された抵抗列（R18、R19）の一端を通じて電源電圧（AVDD）の提供を受けて、レベル低減された電源電圧の提供を受け、反転入力端は反転増幅器（OP）のレベル低減された出力電圧のフィードバックを受けて差動増幅演算によって出力端を通じて出力する。
【００９６】
出力端を通じて出力される差動増幅された信号は、前記抵抗列（R15、R16）のＲ１６端に基準電圧（VREF）として入力されてトランジスタ（Q1）のベース端に入力されるレベル低減されたゲートオン電圧（VON）のレベルを変化させる。
【００９７】
このような回路構成を通じてトランジスタ（Q1）は表示される画面の輝度レベルに適応して液晶印加電圧（CVDD）を共通電極電圧発生部２００と階調電圧発生部３００に各々出力する。
【００９８】
以上で説明したように、本発明によると一つの画面全体の平均階調データに比例する調整電圧（VIN）によって液晶印加電圧（CVDD）が変更されることが分かる。つまり、暗い画面ではＣＶＤＤ電圧が低くなり、明るい画面ではＣＶＤＤ電圧が高くなる。したがって、暗画面では液晶キャパシタには液晶飽和電圧（ＶＳ）より低い電圧が印加されて低階調時の輝度が上がって画面の視認性が良くなる。
【００９９】
もちろん、明るい画面では暗さを低くして既存の画質を維持するようにすることができる。
【０１００】
また、画面の状態によって暗さを変更させるので、階調間視認性が改善される液晶表示装置の各種応用モジュールを提供することができる。
【０１０１】
前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、該当技術分野の熟練した当業者は特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更させることができることが理解できる。つまり、以上の実施例ではノーマリーホワイトモードの液晶表示装置の暗さ調整について説明したが、ノーマリーブラックモードの液晶表示装置に適用する場合には、ブラック電圧をホワイト電圧側に移動して同一な効果を得ることができるのは自明なことである。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば視認性が良い液晶表示装置を提供することができる。まず周辺環境の照度に合うように、また、使用者に最適となるように、更に、画面状態によっても、低階調時の輝度を決定できるので暗い画面の階調間輝度差を大きくすることができて視認性の良い画質を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なガンマ曲線を説明するための図面である。
【図２】本発明による暗さ調整機能を有する液晶表示装置を説明するためのブロック図である。
【図３】前記図２の本発明の第１実施例による液晶表示装置を説明するための階調電圧調製回路図である。
【図４】前記図３の例でフォト電流量によって液晶印加電圧レベルを調製する状況を説明するための図面である。
【図５】本発明による調整されたガンマ曲線を説明するための図面である。
【図６】前記図２の本発明の第２実施例による液晶表示装置を説明するための回路図である。
【図７】前記図２の本発明の第３実施例による液晶表示装置を説明する回路図である。
【図８】前記図７の画面輝度決定部の一例を説明するための図面である。
【図９】前記図８の矩形波出力部をより詳細に説明するための図面である。
【図１０】前記図８のアナログ変換部をより詳細に説明するための図面である。
【図１１】前記図１０でそれぞれのデューティ比による調製電圧の時間変化のシミュレーション結果を示す。
【図１２】前記図６のシミュレーション結果を整理した図面である。
【符号の説明】
９９      制御信号
１００    電圧変更部
１１０    第１電圧変更部
１１１    ピクセルデータ変換部
１１２    合算部
１１３    １ライン合算部
１１４    分割部
１１５    カウンティング部
１１６    デューティ信号発生部
１２０    第２電圧変更部
１３０    第３電圧変更部
１４０    画面輝度決定部
２００    共通電極電圧発生部
２３０    タイミング制御部
３００    階調電圧発生部
３１０    正極性階調電圧発生部
３２０    負極性階調電圧発生部
４００    駆動電圧発生部
５００    ゲートドライバー
６００    データドライバー
７００    液晶パネル
１４１    矩形波出力部
１４２０  アナログ変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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