(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
階調指定用数（ｎ）ビットのディジタルデータを貯蔵するデータ貯蔵部と、カウンティングデータを発生する係数器と、前記データ貯蔵部に貯蔵されたディジタルデータと前記係数器から印加されるカウンティングデータを比べて同一なら、サンプリングスイッチング手段を制御するためのイネーブルにされた比較信号を出力する比較器と、前記サンプリングスイッチング手段に駆動電源として印加する方形波を発生する方形波電圧発生部と、前記サンプリングスイッチング手段を通じて印加された方形波電圧をランプ電圧に整形するための、液晶キャパシタと抵抗とからなる積分回路と、コントローラーの放電制御信号によりオンされて前記液晶キャパシタに蓄積された電荷を放電する放電スイッチ手段とからなるグレイスケールＬＣＤドライバ。
【請求項２】
駆動電圧が薄膜トランジスタに印加されることを特徴とする請求項１記載のグレイスケールＬＣＤドライバ。
【請求項３】
前記抵抗は、前記薄膜トランジスタと前記液晶キャパシタとのあいだに介されることを特徴とする請求項２記載のグレイスケールＬＣＤドライバ。
【請求項４】
前記抵抗は、前記サンプリングスイッチング手段と前記薄膜トランジスタとのあいだに介されることを特徴とする請求項２記載のグレイスケールＬＣＤドライバ。
【請求項５】
前記放電スイッチ手段は薄膜トランジスタからなることを特徴とする請求項１記載のグレイスケールＬＣＤドライバ。
【請求項６】
前記放電スイッチ手段は、前記抵抗と前記液晶キャパシタとのあいだに介されたことを特徴とする請求項５記載のグレイスケールＬＣＤドライバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は液晶に印加される電圧を変化させて多階調を具現することができるグレイスケールＬＣＤドライバに関する。さらに詳しくは、駆動電源として用いた方形波電圧を積分回路によりランプ電圧に整形し、選ばれたビットタイミングで前記ランプ電圧をサンプリングして多階調を具現するグレイスケールＬＣＤドライバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、液晶表示素子は液晶が有する誘電異方性を用いて光透過量を制御することにより画像を表示する素子として、ラップトップパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサまたは携帯用テレビセットなどに広く使用されている。
【０００３】
液晶表示素子の構造としては、行列で直交したストライプ形態の電極を設置して交差点で発生された電圧により二つの電極のあいだに介された液晶物質の配列を制御する単純マトリックス構造と、前記マトリックスの構造に駆動用スイッチング手段として薄膜トランジスタ（Thin Film Transister）を組み込んでコントラスト、ドライブデューティの向上および多階調などができるアクティブマトリックス構造がある。
【０００４】
アクティブマトリックスを採用した薄膜トランジスタＴＦＴ液晶表示素子は図４に示したように、上面に偏光板３６が付着された上部基板３０は底面にカラーフィルター３４およびＩＴＯからなる共通電極３２が順次形成され、下部基板５０はその上面に画素電極５２とのあいだに絶縁層５４を介して前記画素電極５２とコンタクホールを通じて電気的に連結された薄膜トランジスタＴＦＴを備えており、前記透明電極３２と画素電極５２とのあいだには、二つの配向膜７５ａ，７５ｂのラビング方向により配向される液晶層７２が介された層状構造をしている。なお、ＧＩはゲート絶縁膜である。
【０００５】
このような構造からなるＴＦＴ液晶表示素子は、薄膜トランジスタＴＦＴのゲートで印加される信号の活性化により薄膜トランジスタＴＦＴがオン動作され、ドレインで印加された電気的信号をソースを通じて画素電極５２に印加する。これにより、前記画素電極５２と共通電極３２とのあいだに置かれた液晶分子が偏光板３６の偏光方向と異なるツイスト角に制御されるので画素を表示する。
【０００６】
液晶表示素子の画素表示において、天然色と類似の完全カラーを具現するための研究開発が最近に進んでいる。その一つの例として、韓国特許出願公告第９６−３９６１号に多階調を具現することができる三つの方法が開示されている。
【０００７】
前記三つの方法は、多段階の電圧レベルで変化させて多階調を表示する電圧レベル駆動法、同一レベルの電圧を印加し、単位フレームの中で電圧を印加する時間の幅を変化させて実効電圧を変化させ多階調を表示するフレーム駆動法、および前記電圧レベル駆動法とフレーム駆動法を併用する複合駆動法に定義することができる。
【０００８】
このような様々な階調方法の根幹になるのは、コントローラーのディジタルデータとして、このディジタルデータがディジタル−アナログ変換されて液晶に印加する電圧または時間の幅を制御することにより、単位画素の多階調が具現されることである。
【０００９】
前記のように多階調を具現するために用いられる従来のグレイスケールＬＣＤドライバの一つの例に対して図５を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図５に示したように、薄膜トランジスタＴＦＴ液晶表示素子に具備される薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲートに印加されるスキャン信号Ｖｇによりオン動作されてグレイスケールＬＣＤドライバのスイッチング素子Ｑ１からドレインに印加される電気信号をソース（もしくはソースに印加された信号をドレイン）に連結するように構成されている。この際、前記薄膜トランジスタＴＦＴのソースが、図４に示した下部基板５０の画素電極５２に電気的に連結されることにより前記下部基板５０の画素電極５２と上部基板３０の共通電極３２とのあいだには液晶キャパシタが存在するようになる。
【００１１】
そして、図示されないが、前記液晶キャパシタと並列接続される維持キャパシタ（蓄積キャパシタ）が上下基板に別途に用意されるので、停止画像で表示品質を低下させるＤＣ電圧レベルシフトを補償して表示装置の残像を除去することができる。
【００１２】
従来のグレイスケールＬＣＤドライバはシフトレジスターなどのクロック信号ＣＬＫに同期して順次に入力される階調指定用数（ｎ）ビットのディジタルデータＡ０〜Ａｎ−１を貯蔵するデータ貯蔵部１０と、前記クロック信号ＣＬＫに同期して係数が始まってカウンティングデータＢ０〜Ｂｎ−１を発生する係数器２０と、前記データ貯蔵部１０に貯蔵されたディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１と前記係数器２０から印加されたカウンティングデータＢ０〜Ｂｎ−１を比べて同一になれば活性化された比較信号Ｃｏｍｐを出力する比較器３０と、ランプ電圧を発生させるランプ電圧発生部５０と、図示されないコントローラーの制御信号に同期してスイッチング手段Ｑ１を制御してランプ電圧をサンプリングするサンプリング制御部４０と、前記サンプリング制御部４０の信号にしたがってオン動作されて前記ランプ電圧を液晶キャパシタＣに連結された薄膜トランジスタＴＦＴのドレインに伝達するスイッチング手段のトランジスタＱ１とからなる。
【００１３】
前記係数器２０は液晶表示素子の一つのラインの選択時間を階調数以上に細分化してこれをカウントする。このように設けられた従来のグレイスケールＬＣＤドライバの動作はつぎの通りである。
【００１４】
比較器３０の出力である比較信号Ｃｏｍｐは、初期からデータ貯蔵部１０に貯蔵されたディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１と係数器２０のカウンティングデータＢ０〜Ｂｎ−１が同じになるまではロウ（Ｌｏｗ）論理値を有する非活性化状態であるが、データ貯蔵部１０の出力と係数器２０のカウンタ値が同じになれば、ハイ（Ｈｉｇｈ）論理値を有するようになってサンプリング制御部４０を活性化させる。この際、印加されたコントロール信号Ｃｒｔ  Ｓｉｇによりサンプリング制御部４０はそのときのビットタイミングでサンプリング信号を出力してトランジスタＱ１をオンさせる。
【００１５】
これにしたがって、ランプ電圧発生部５０のランプ電圧はトランジスタＱ１を通じたのち、ドレインに入力されるゲートがスキャンされている薄膜トランジスタＴＦＴを通じて液晶キャパシタに充電される。つぎに前記比較信号Ｃｏｍｐがロウ論理値を有すると、前記トランジスタＱ１はオフされて液晶キャパシタＣに対する充電を中止する。
【００１６】
前記液晶キャパシタＣは、ディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１の値にしたがってサプリングビットタイミングが定まって多階調のレベルの中で一つのレベルを有する電圧に充電されて選択されたレベルの階調を表示する。
【００１７】
サンプリングされるビットタイミング、すなわち、ランプ電圧の波形傾斜面のある位置をサンプリングすることによって望ましい特定レベルの階調具現のための電圧が定まる。
【００１８】
前記係数器のビット数は液晶表示素子を通じて具現できる階調数を定める。たとえば、ビット数が８ビットであれば、２8＝２５６階調を具現する。
【００１９】
結論的に、従来のグレイスケールＬＣＤドライバは多様な階調表示のためにディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１の論理値により液晶キャパシタＣに充電される時間を制御し、液晶キャパシタＣの充電電圧は時間により変化するランプ電圧とその充電時間により定まる。
【００２０】
ところが、従来のグレイスケールＬＣＤドライバは前記のように、多階調に必要な駆動電源としてランプ電圧を用いたので、ランプ電圧をサンプリングする位置にしたがってランプ電圧発生部５０の出力インピーダンスが容易に変化されて雑音電圧が発生する。この際、前記雑音電圧が前記ディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１の最下位ビットでサンプリングした電圧値より大きい場合には、その最下位ビットに該当する階調表示をすることができない。したがって、雑音電圧より低い電圧値の下位ビットは使用できない短所があるので多数の多階調を具現することができない。
【００２１】
また、液晶表示素子の製作において、前記ランプ電圧発生部は多数例のグレイスケールＬＣＤドライバのトランジスタＱ１と共通接続されて前記トランジスタＱ１の数により負荷を受ける大きさが変るので、解像度が違う液晶表示素子に適用するときにはランプ電圧発生部の設計仕様を変更しなければならないという問題がある。
【００２２】
このように、従来のグレイスケールＬＣＤドライバのサンプリング用駆動電圧を発生するランプ電圧発生部は、負荷変動に敏感であり、液晶表示素子の解像度の変化に対する互換性が足りない。
【００２３】
また、前記ランプ電圧発生部５０は、精密、かつ複雑な電源回路で製作される。そのために、ランプ発生部５０の採用は製品の費用を上昇させる原因となり、同時に液晶表示素子のパネル上に実装されるときに、それが置かれる面積が大きくなる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の問題点を解決するために案出された本発明の目的は、ランプ電圧発生部の代わりに、容易に製作でき、雑音発生のおそれが少ない方形波電圧を駆動電圧として使用するとともに、簡単な回路で前記方形波電圧をランプ電圧に整形して使用することである。したがって、本発明は、その製作が容易で費用が低廉である。また、本発明は、パネル上に小面積化して実装できるグレイスケールＬＣＤドライバを提供することを他の目的とする。
【００２５】
さらに、本発明の他の目的は、最下位ビットのサンプリングで雑音の影響を受けるおそれを少なくしてサンプリングビット数を向上させたり、規定されたサンプリングビット数を正確にサンプリングできない従来の問題点を解決するものである。
【００２６】
また、本発明の他の目的は、出力を容易に高めうる方形波電圧を発生する回路を用いて負荷変動に対処して解像度が違う液晶表示素子にも互換することができるグレイスケールＬＣＤドライバを提供するものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のグレイスケールＬＣＤドライバは、階調指定用数（ｎ）ビットのディジタルデータを貯蔵するデータ貯蔵部と、カウンティングデータを発生する係数器と、前記データ貯蔵部に貯蔵されたディジタルデータと前記係数器から印加されるカウンティングデータを比べて同一なら、サンプリングスイッチング手段を制御するための活性化された比較信号を出力する比較器と、前記サンプリングスイッチング手段に駆動電源として印加する方形波を発生する方形波電圧発生部と、前記サンプリングスイッチング手段を通じて印加された方形波電圧をランプ電圧に整形し、液晶キャパシタと抵抗とからなる積分回路と、コントローラーの制御信号によりオンされて前記液晶キャパシタに蓄積された電荷を放電する放電スイッチ手段とからなることを特徴とする。
【００２８】
本発明のグレイスケールＬＣＤドライバは、前記コントローラーの制御信号によりオン−オフされる薄膜トランジスタＴＦＴを含むアクティブマトリックス液晶表示素子に適用できる。
【００２９】
このような本発明において、前記抵抗は前記薄膜トランジスタＴＦＴと前記液晶キャパシタとのあいだに介されたり、前記サンプリングスイッチング手段と前記薄膜トランジスタＴＦＴとのあいだに介して構成することができる。また、前記放電スイッチは薄膜トランジスタＴＦＴからなり、抵抗と液晶キャパシタとのあいだに介される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施の形態をより詳しく説明する。従来と同一の部分に対しては重複説明の防止と説明の明瞭性のために同一の符号を付与する。
【００３１】
図１は本発明の実施の形態による回路図である。本発明のグレイスケールＬＣＤドライバは、シフトレジスターなどのクロック信号ＣＬＫに同期して順次入力される階調指定用数（ｎ）ビットのディジタルデータＡ０〜Ａｎ−１を貯蔵するデータ貯蔵部１０と、前記クロック信号ＣＬＫに同期して係数が始まってカウンティングデータＢ０〜Ｂｎ−１を発生する係数器２０と、前記データ貯蔵部１０に貯蔵されたディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１と前記係数器２０から印加されるカウンティングデータＢ０〜Ｂｎ−１を比べて同一なら、活性化された比較信号Ｃｏｍｐを出力する比較器３０と、コントローラー（図示せず）の制御信号Ｃｒｔ  Ｓｉｇに同期して液晶キャパシタＣに駆動電源をサンプリングして印加するスイッチング手段のトランジスタＱ１を制御するサンプリング制御部４０を備えることは従来と同一である。
【００３２】
すなわち、本発明では、階調指定用数（ｎ）ビットのディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１と係数器２０のカウンティングデータＢ０〜Ｂｎ−１とを比較器３０が比較して、階調具現のためのビットタイミングが設定され、該ビットタイミングで同期されたコントローラーの制御信号により液晶キャパシタＣと連結されたトランジスタＱ１をオンさせて、液晶キャパシタＣに印加される駆動電源をサンプリングして液晶キャパシタＣに印加される電圧を制御して多階調の表示をする。
【００３３】
ここで、本発明は、前記トランジスタＱ１に印加される駆動電源としての方形波を発生する方形波電圧発生部１５０と、前記トランジスタＱ１と前記液晶キャパシタＣとのあいだの所定位置に抵抗Ｒを介して前記トランジスタＱ１を通じて印加された方形波電圧をランプ電圧に整形する積分回路１６０と、コントローラーの制御信号によりオンされて前記液晶キャパシタＣに蓄積された電荷を放電する放電スイッチＱ２をさらに含むことを特徴とする。
【００３４】
本発明は、液晶表示素子の下部基板に設けられる薄膜トランジスタＴＦＴを液晶キャパシタＣと前記トランジスタＱ１とのあいだに接続して構成することができるが、前記薄膜トランジスタＴＦＴを用いない方式の液晶表示装置にも適用できる。すなわち、本発明はアクティブマトリックス液晶表示素子のみに限定して適用されるものではない。
【００３５】
前記積分回路１６０は図２に示したように、液晶キャパシタＣと抵抗ＲとからなるＲＣ積分回路として、方形波電圧が印加されても液晶キャパシタＣに電荷が蓄積される時間のあいだ、電圧が徐々に上昇したのち、また徐々に放電されて実際に液晶キャパシタＣに印加される電圧波形は液晶キャパシタと抵抗とからなる積分回路により従来のランプ電圧と類似な波形を現わす。
【００３６】
このように本発明は、複雑で製作が難しい従来のランプ電圧発生部を使用せず波形製作が容易な方形波を用いる。また、薄膜トランジスタＴＦＴと液晶キャパシタＣとのあいだに抵抗Ｒを介して電圧レベルをサンプリングして階調を具現する基礎電圧であるランプ電圧を発生させることができる。
【００３７】
このように発生されたランプ電圧の上昇スロープの傾斜度は抵抗Ｒの値を調節して調整することができる。前記抵抗Ｒは薄膜トランジスタＴＦＴと液晶キャパシタＣとのあいだに接続したり、薄膜トランジスタＴＦＴとスイッチング手段Ｑ１とのあいだに接続して構成することができる。
【００３８】
図３は本発明の実施の形態における波形図である。ランプ電圧の最下位ビットで選択される電圧Ｖａは液晶が応答する臨界電圧以上であるべきであり、最上位ビットで選択される電圧Ｖｂは飽和電圧以下であるべきである。そして、水平同期信号はランプ波形の一周期ごと活性化され、カウンティングデータは前記最下位ビット選択電圧Ｖａと最上位ビット選択電圧Ｖｂとのあいだの値をとるべきである。
【００３９】
ビットタイミングが最下位ビットで選択されたときの比較器の出力ａは、サンプリング制御部で最下位ビット選択電圧Ｖａをサンプリングし、最上位ビットで選択されたときの比較器の出力ｂは、サンプリング制御部４０で最上位ビットの選択電圧Ｖｂをサンプリングして、液晶キャパシタＣに印加される電圧の大きさが調節される。
【００４０】
つぎにスイッチング手段Ｑ１のオフ動作でランプ波形は下降するようになる。
この際、放電スイッチＱ２はランプ波形が完全に下降したのち、上昇される直前の始点でオン動作されて積分回路１６０の液晶キャパシタＣに蓄積された電圧を放電する。
【００４１】
放電スイッチＱ２として用いる薄膜トランジスタは、放電制御信号ＤＣＲＧによりオン動作され、これにより液晶キャパシタＣに蓄積された電荷は瞬時に接地に流れて放電されるので、つぎのサンプリングを準備する状態になる。
【００４２】
このような放電スイッチＱ２のオン動作によるリセット信号は、一つのフレーム周期のあいだ、数回まで変更することができる。これは前記放電制御信号ＤＣＲＧをどのように印加するかにより定まる。
【００４３】
もし、図３に示したように各ランプ波形の一つの周期ごとにリセット信号を起さず、ランプ波形の数回の周期のあいだに一回だけのリセット信号を起して比較器の出力ａとｂでサンプリングする場合、液晶に掛かる電圧は図３のように中間にロウレベルに下がらず上昇したのち、一つのフレームのあいだ続いて維持される。
【００４４】
以下、本発明の動作を説明する。前記ディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１が２５６階調である場合に８ビットの二進データで入力され、このディジタル入力データＡ０〜Ａｎ−１がたとえば、‘０００１  １１１１’である場合、３１番目のビットタイミングを選ぶ。すなわち、比較器３０はデータ貯蔵部１０から前記‘０００１  １１１１’のデータをロードして、係数器２０のカウンティングデータＢ０〜Ｂｎ−１と比較する。
【００４５】
前記係数器２０が二進カウンティングを開示して３１回目にカウンティングされるときのデータ‘０００１  １１１１’と前記ディジタル入力データ‘０００１  １１１１’は同一であるので、比較器３０は比較信号Ｃｏｍｐをハイ論理値に活性化させる。このように比較信号Ｃｏｍｐが活性化された条件でサンプリング制御部４０は、コントローラーの制御信号Ｃｒｔ  Ｓｉｇにより前記スイッチング手段Ｑ１をオン動作させて方形波電圧発生部１５０から印加される方形波電圧を抵抗Ｒを通じて後段の薄膜トランジスタＴＦＴに印加するようになり、スキャン信号Ｖｇにより活性化された薄膜トランジスタＴＦＴはこの方形波電圧を放電状態の液晶キャパシタＣに印加して充電させる。続いて比較器３０の出力により選択されたビットタイミングによるサンプリングが終了されるとサンプリング制御部はロウレベルの信号を出力するようになるので、スイッチング手段Ｑ１はオフされて前記液晶キャパシタＣの充電を中止する。このときから液晶キャパシタＣは放電スイッチＱ２がオンされる前までサンプリングされた電位を維持するようになって選択された階調を表示することができる。
【００４６】
以上の説明では、ランプ電圧の上昇時間の中に付与されたビットタイミングでサンプリングした電圧は最下位ビットから３１回目の段階の階調を具現する。このように本発明のグレイスケールＬＣＤドライバは、実質的に方形波電圧を使用して多階調の具現ができるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は雑音発生のおそれが少なく、波形製作が容易であり、簡単な回路により具現することができる方形波電圧を用いて液晶の多階調具現をためのランプ電圧を形成するので、つぎの効果をもつ。
【００４８】
すなわち、最下位ビットでサンプリングされた電圧が雑音の影響を受けるおそれが少ないので、多いサンプリングビット数を割り当てることができて一段階進歩された多階調を具現することができる。
【００４９】
方形波電圧を発生する回路は、従来のランプ電圧を発生する回路より簡単な回路構成で小型化することができるので、液晶表示素子の基板の上に最小化面積でグレイスケールＬＣＤドライバを実装することができる。したがって、製造原価の節減および生産性も向上させることができる。
【００５０】
また、本発明で用いられる方形波電圧は出力（電力）を高めることが容易であるので、サンプリング制御により方形波電圧を液晶キャパシタにスイッチングするトランジスタの数量に基づいた負荷の変動に鈍感である。したがって、解像度が変化された液晶表示素子にも適用できる互換性の側面で有利である。
【００５１】
一方、本発明は特定の望ましい実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載された技術的権利の範囲では当業界の通常的な知識により多様な応用ができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるグレイスケールＬＣＤドライバの回路図である。
【図２】図１に示された積分回路の構成に対する等価回路図である。
【図３】本発明により液晶キャパシタに印加されるパルス波形図である。
【図４】一般的な液晶表示素子の層状構造図である。
【図５】多階調を具現するための従来のグレイスケールＬＣＤドライバの回路図である。
【符号の説明】
１０  データ貯蔵部
２０  係数器
３０  比較器
４０  サンプリング制御部
１５０  方形波電圧発生部
１６０  積分回路
Ｑ１  スイッチング手段（トランジスタ）
Ｑ２  放電スイッチ
ＴＦＴ  薄膜トランジスタ
Ｒ  抵抗
Ｃ  液晶キャパシタ
【図１】
0004531889.tif 000002
【図２】
0004531889.tif 000003
【図３】
0004531889.tif 000004
【図４】
0004531889.tif 000005
【図５】
0004531889.tif 000006