JP2001075072A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容量性ノイズにより発生するクロストークの
軽減と消費電力の削減を課題とする。 【解決手段】 セグメント信号をｎ値の階段波形にし、
容量性ノイズの波高値を低減しクロストークを軽減す
る。さらにｎ＝３に限定し、中間電位を非選択電圧と
し、ディレイ回路とディレイ回路の入力と出力の排他的
論理和回路によりセグメント電圧と非選択電圧を切り替
えることにより簡便に階段波形を作成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パッシブマトリク
ス型液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パッシブマトリクス型液晶表示装置は、
画像を表示する液晶パネルにトランジスタやダイオード
などのアクティブ素子を用いず、パッシブ素子のみを用
いて構成する。また、パッシブマトリクス型液晶表示装
置は、電圧平均化法を用いて表示を行う。

【０００３】図１は、従来の技術における液晶表示装置
の駆動信号の一例を示す波形図である。駆動信号は、セ
グメント信号とコモン信号からなり、毎回極性が交番す
るフレーム期間を繰り返す。フレーム期間は、選択期間
と非選択期間よりなる。

【０００４】図１中（Ｃｍ）は、ｍ番目のコモン信号で
あり、鎖線で示す非選択電圧ＶＭと正の選択電圧＋Ｖｂ
と負の選択電圧−Ｖｂの３値レベルの信号である。（Ｓ
ａ）は、ａ番目のセグメント信号であり、ＶＭを挟んだ
セグメント電圧すなわち＋Ｖａと−Ｖａの２値レベルの
信号である。同じく（Ｓｂ）は、ｂ番目のセグメント信
号である。（Ｃｍ−Ｓａ）は、液晶パネル上のｍ行ａ列
の画素に印加する合成電圧波形である。（Ｃｍ−Ｓｂ）
は液晶パネル上のｍ行ｂ列の画素に印加する合成電圧波
形である。この電圧波形の実効値により各画素の液晶の
透過率が変化し、表示を行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パッシ
ブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルは、駆動電極
の配線抵抗と液晶の静電容量がハイパスフィルタ回路と
して作用するため、セグメント信号の高周波成分がコモ
ン信号に容量性ノイズとして発生する。

【０００６】図１（Ｃｍ−Ｓａ）、（Ｃｍ−Ｓｂ）は、
本来パルス信号であるが、図中斜線で示す容量性ノイズ
が印加するいま、１画面の表示が、ＳａとＳｂのどちら
かである場合、この容量性ノイズの波高値は、ＳａとＳ
ｂの画面上の比率（ｋ：１−ｋ）によって変化する。
（Ｃｍ−Ｓａ）における容量性ノイズの波高値は、２Ｖ
ａ×（１−ｋ）、（Ｃｍ−Ｓｂ）における容量性ノイズ
の波高値は、２Ｖａ×ｋである。

【０００７】図２は、ｋ＝０．５の場合の非選択期間の
一部の波形図である。（Ｃｍ−Ｓａ）は１回目の容量性
ノイズ、２回目の容量性ノイズとも実効値が減少する方
向に作用する。（Ｃｍ−Ｓｂ）は、１回目の容量性ノイ
ズは、実効値の増加方向、２回目の容量性ノイズは、実
効値に減少する方向に作用する。このように容量性ノイ
ズは、ある電極には電圧増加、別の電極には電圧減少と
なるため、本来の表示とは異なる濃淡すなわちクロスト
ークが発生する。

【０００８】容量性ノイズによるクロストークを低減す
る駆動方法として、特開昭６２−１８３４３４号公報な
どが提案されている。液晶デバイスの面からは、静電容
量の小さい液晶材料や配線抵抗の小さい電極などの開発
が行われている。

【０００９】また、別のアプローチとして、容量性ノイ
ズを補償するために、ノイズの量に合わせてコモン信号
やセグメント信号に能動的に電圧を印加する方法も行わ
れている。しかし、この方法は別回路が必要になり、シ
ステムの複雑化と消費電力の増大につながる。

【００１０】よって、本発明の目的は、容量性ノイズを
低減することにより、クロストークの軽減と液晶パネル
の消費電力の削減を達成することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による液晶表示装
置は、セグメント信号をｎ値の階段波形にする。また、
ｎを３に限定した場合の階段波形を簡便に作成する方法
としては、ディレイ回路とディレイ回路の入力と出力の
排他的論理和回路によりセグメント電圧と非選択電圧Ｖ
Ｍを切り替えることを特徴とする。さらに、ディレイ回
路を小型かつ低電力で達成するために、Ｄ型フリップフ
ロップ回路にすることを特徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】電圧平均化法により駆動するパッ
シブマトリクス型液晶表示装置の構成について説明す
る。図３は、本発明を含む一般的なパッシブマトリクス
型液晶表示装置のブロック図である。パッシブマトリク
ス型液晶表示装置は、液晶パネル２０とセグメント回路
２１とコモン回路２２とコントロール回路２３と電源回
路２４からなり、階調データと制御信号と外部電源を供
給し、液晶パネル２０に画像を表示する。

【００１３】階調データは、セグメント回路２１に入力
する。制御信号は、コントロール回路２３に入力する。
外部電源は電源回路２４に入力する。

【００１４】セグメント回路２１の出力は、それぞれ液
晶パネル２０のセグメント電極に接続する。コモン回路
２２の出力は、それぞれ液晶パネル２０のコモン電極に
接続する。

【００１５】液晶表示装置の動作について説明する。コ
ントロール回路２３は、コモン回路２２にクロックとリ
セットを供給しタイミングを制御する。また、同時にセ
グメント回路２１にクロックとリセットなどの制御信号
を供給し、タイミングを制御する。電源回路２４は、液
晶表示装置外部より電源を受け取り、コモン回路２２に
は正の選択電圧＋Ｖｂ、負の選択電圧−Ｖｂ、非選択電
圧ＶＭを、セグメント回路２１には正のセグメント電圧
＋Ｖａ、負のセグメント電圧−Ｖａ、非選択電圧ＶＭ
を、コントロール回路２３にはロジック電圧を供給す
る。セグメント回路２１は、コントロール回路２３から
のクロックやリセット信号などの制御信号に従い、液晶
表示装置外部より階調データを受け取り格納し、パルス
幅変調と極性反転を行い、セグメント信号を出力する。
コモン回路２２は、コントロール回路２３の制御信号に
従い、コモン信号を出力する。

【００１６】つぎに、液晶パネル２０について説明す
る。図４は、液晶パネル２０の説明図である。説明の簡
略化のため、３行×３列とする。３１と３２と３３はセ
グメント電極である。３４と３５と３６はコモン電極で
ある。各電極はＩＴＯを使うため抵抗がつく。各電極の
交点すなわち画素には、液晶が静電容量として接続す
る。

【００１７】各画素の両端には、コモン信号とセグメン
ト信号を供給するので、画素にはその差の電圧が印加さ
れる。各画素には、液晶が挟持されており、差の電圧の
実効値に応じた濃淡を表示する。電圧の実効値Ｖｒｍｓ
は、数１で表される。ｖは瞬時電圧である。Ｔはフレー
ム周期である。

【数１】

【００１８】抵抗と静電容量がなければ、画素には、電
圧平均化法による理論値通りのＯＮ電圧及びＯＦＦ電圧
が印加される。セグメント回路２１内にパルス幅変調回
路を内蔵すれば中間階調の表示も可能である。

【００１９】つぎに、抵抗と静電容量がある場合につい
て説明する。説明の簡便化のため、すべてのセグメント
信号は、ａ、ｂいずれかのセグメント信号と同じとす
る。図５は、この場合の液晶パネル２０の等価回路図で
ある。Ｓａは、ａと同じセグメント信号を印加した電極
をまとめたもの、Ｓｂは、ｂと同じセグメント信号を印
加した電極をまとめたものである。Ｃはコモン電極をま
とめたものである。

【００２０】ＲａはＳａの配線抵抗である。ＲｂはＳｂ
の配線抵抗である。ＣａはＳａとＣ間の静電容量であ
る。ＣｂはＳｂとＣ間の静電容量である。Ｒｃはコモン
電極の配線抵抗である。これら抵抗とコンデンサがハイ
パスフィルタを構成し、各画素のコモン側電極にセグメ
ント信号の高周波成分が発生する。これが、容量性ノイ
ズである。本発明の方針は、この容量性ノイズの実効値
成分を減少させることによりクロストークを軽減し、同
時に消費電力を削減することである。

【００２１】＜実施の形態１＞本発明の実施の形態１に
ついて説明する。図６は、本発明の実施の形態１の駆動
信号を示す波形図である。駆動信号は、毎回極性が交番
するフレーム期間を繰り返す。この周期をフレーム周期
とする。コモン電極１本に注目すると、１回のフレーム
期間は、その電極に表示データを印加する期間すなわち
選択期間と表示データが実効電圧に関与しない期間非選
択期間よりなる。

【００２２】コモン信号（Ｃｍ）は従来と同じであり、
鎖線で示す非選択電圧（ＶＭ）と正の選択電圧（＋Ｖ
ｂ）と負の選択電圧（−Ｖｂ）の３値レベルの信号であ
る。（Ｓａ）は、ａ番目のセグメント信号であり、セグ
メント電圧すなわち＋Ｖａと−Ｖａと中間電位のＶＭの
３値２ステップの階段波形信号である。同様に（Ｓｂ）
は、ｂ番目のセグメント信号であり、＋Ｖａと−Ｖａと
中間のＶＭの３値２ステップの階段波形である。

【００２３】（Ｃｍ−Ｓａ）は、液晶パネル上のｍ行ａ
列の画素に印加する合成電圧波形である。同様に（Ｃｍ
−Ｓｂ）はｍ行ｂ列の画素に印加する合成電圧波形であ
る。コモン電極とセグメント電極は、図５に示すように
接続しているので、実際の画素の両端の電圧には、図６
の（Ｃｍ−Ｓａ）や（Ｃｍ−Ｓｂ）に斜線で示す容量性
ノイズが発生する。

【００２４】セグメント信号を３値にすることにより、
パルス幅変調に関与しない中間電位が存在するが、この
中間電位は、すべての階調で同じ期間設定するので、階
調の再現性には影響を与えない。中間電位は、コントラ
ストの低下につながるが、この期間Ｔは１選択期間に比
較し、十分短く設定するので、実際はほとんど影響はな
い。ただし、図５で形成されるハイパスフィルタの時定
数τよりは長く設定しておかないとクロストーク対策の
効果が低くなる。よって、設計値は、τ＜Ｔ＜３τ程度
が妥当である。

【００２５】複数のコモン電極を同時に選択するマルチ
ライン選択駆動（ＭＬＳ駆動）においても、セグメント
信号が３値以上の階段波形になる場合がある。しかし、
本発明は、セグメント信号が変化する場合必ず中間電位
の期間が存在し、ＭＬＳ駆動のセグメント信号とは異な
る。また、本発明は、中間電位が選択期間に比べ十分短
い時間であり、階調表示に関与しないので、ＭＬＳ駆動
の階段波形とは意味が異なる。

【００２６】図７は、本発明の実施の形態１の波形図で
あり、図６の非選択期間の一部を示す。コモン信号は、
従来技術と同じである。セグメント信号（Ｃｍ−Ｓａ）
および（Ｃｍ−Ｓｂ）は３値となったので、変動が２ス
テップとなる。よって、１回あたりの変動がＶａとなる
ので、ａの容量性ノイズの波高値は、Ｖａ×ｋ、ｂの容
量性ノイズの波高値は、Ｖａ×（１−ｋ）である。ｋ＝
０．５の場合は、１回目の容量性ノイズと２回目の容量
性ノイズの波高値は等しく、１／２Ｖａとなる。波高値
は、図２に示した同じ条件の従来の技術における容量性
ノイズの波高値に比べて半減している。

【００２７】＜実施の形態２＞本発明の実施の形態２
は、セグメント信号をｎ値とし、ステップの数ｎ−１を
実施の形態１より多くした階段波形を提案するものであ
る。図８は、本発明の実施の形態２の波形図であり、非
選択期間の一部を示す。ここでは、ｎ＝９の場合につい
て説明する。コモン信号は、従来の技術と同じである。
セグメント信号（Ｃｍ−Ｓａ）および（Ｃｍ−Ｓｂ）
は、９値の階段波形である。８ステップとなるので、実
施の形態１よりもさらに容量性ノイズの波高値が低下す
る。ｋ＝０．５の場合、容量性ノイズは１／８Ｖａとな
る。しかし、この信号を作成するために、多くの電源レ
ベルが必要となるため、電源回路２４とセグメント回路
２１の回路規模が増加し、コスト増となる。実施の形態
１のセグメント信号で中間電位に利用するＶＭは、もと
もとコモン回路２２で必要であるので、新たに設ける必
要がない。

【００２８】＜実施の形態３＞本発明の実施の形態３に
ついて説明する。実施の形態１は、セグメント信号を３
値の階段波形とするが、この中間電位を出力する期間Ｔ
を制御する信号が必要になる。パルス幅変調の場合、こ
の信号は各階調に対応して作成しなければならない。こ
れをコントロール回路２３で作成すると回路規模の増加
につながる。本発明の実施の形態３は、簡便な方法で中
間電位を出力する期間Ｔを制御する信号を作成する回路
を提案する。

【００２９】実施の形態３は、図３におけるセグメント
回路２１の構成内に簡単な回路を付加することにより実
現する。図９は、本発明の実施の形態３のセグメント回
路２１の説明図である。

【００３０】９０は駆動回路である。セグメント回路２
１は、セグメント電極の数と同数の点線で示す駆動回路
９０で構成する。各駆動回路の内部は同じ構成であるた
め、１番目の駆動回路の内部のみ記述する。９１はメモ
リ回路である。９２はパルス幅変調回路である。９３は
極性反転回路である。９４は増幅回路である。９５はデ
ィレイ回路である。９６は排他的論理和回路である。９
７は増幅回路を出力する第１のスイッチである。９８は
ＶＭを出力する第２のスイッチである。９９はセグメン
ト回路の出力端子であり、液晶パネル２０にセグメント
信号を供給する。

【００３１】実施の形態３において付加する回路は、デ
ィレイ回路９５，排他的論理和回路９６、第１のスイッ
チ９７、第２のスイッチ９８は不要である。

【００３２】メモリ回路９１の出力は、パルス幅変調回
路９２の入力に接続する。パルス幅変調回路９２の出力
は、極性反転回路９３の入力に接続する。極性反転回路
９３の出力は、増幅回路９４とディレイ回路９５と排他
的論理和回路９６に入力に接続する。増幅回路９４の出
力は第１のスイッチ９７に接続する。ディレイ回路９５
の出力は、排他的論理和回路９６の入力に接続する。排
他的論理和回路９６の正の出力は第２のスイッチ９８の
制御端子に接続し、負の出力は第１のスイッチ９７の制
御端子に接続する。第１のスイッチ９７と第２のスイッ
チ９８の出力は、セグメント回路の出力９９に接続す
る。

【００３３】階調データは、メモリ回路９１に入力す
る。コントロール信号は、パルス幅変調回路９２と極性
反転回路９３に入力する。セグメント電圧＋Ｖａ、−Ｖ
ａは増幅回路９４に入力する。非選択電圧ＶＭは、第２
のスイッチ９８に入力する。

【００３４】実施の形態３のセグメント回路２１の３値
の階段波形の作成について、タイミングチャートで説明
する。図１０は、実施の形態３のセグメント回路２１の
タイミングチャートである。ディレイ回路９５の出力
は、極性反転信号９３より一定の時間（Ｔ）遅れる。排
他的論理和回路９８の出力は、幅Ｔのパルスになる。こ
の幅Ｔの期間だけ第２のスイッチ９８がＯＮするので、
セグメント回路の出力９９は、中間電位ＶＭを出力す
る。

【００３５】＜実施の形態４＞一般にディレイ回路は図
１１に示す回路を用いる。この回路は、アナログディレ
イ回路であり、外部よりディレイ制御信号を必要としな
い簡便な回路であるが、ローパスフィルタの電位が後段
のインバータの入力となるため貫通電流の原因となる。
そこで、実施の形態４では、貫通電流の少ないディレイ
回路９５を提案する。

【００３６】本発明の実施の形態４は、図３におけるセ
グメント回路２１の中の図９のディレイ回路９５につい
てのものである。図１２は、本発明の実施の形態４の擬
似ディレイ回路の回路図である。擬似ディレイ回路は、
ディジタルのＤ型フリップフロップ回路で構成する。セ
グメント回路２１には、パルス幅変調回路９２が備わっ
ているので、コントロール回路２３よりパルス幅変調ク
ロックが入力する。このパルス幅変調クロックを図１２
のクロック入力に接続することにより、擬似的にディレ
イ回路として動作する。

【００３７】図１３は、本発明の実施の形態４の擬似デ
ィレイ回路のタイミングチャートである。極性反転回路
９３の出力は、パルス幅変調クロックの立ち下がりに同
期している。Ｄ型フリップフロップは、パルス幅変調ク
ロックの立ち上がりに同期するので出力は、半クロック
遅れて出力する。この半クロック分の幅がＴであり、排
他的論理和回路９６の出力は、幅Ｔのパルスになる。セ
グメント回路の出力９９は、幅Ｔの期間、中間電位ＶＭ
を出力する。Ｄ型フリップフロップはディジタル回路で
あるので、最小限の貫通電流しか流れない。

【００３８】

【発明の効果】クロストークや消費電力に影響する実効
値は、数１で与えられる。容量性ノイズによる実効値の
変動もこの式で与えられる。瞬時電圧ｖと実効電圧Ｖｒ
ｍｓは比例関係であるが、時間成分は平方根に比例す
る。実施の形態１では、容量性ノイズの回数すなわち時
間成分は２倍になるが、瞬時値に比例する波高値が１／
２となる。よって、容量性ノイズの実効値は低下するの
で、クロストークは軽減する。

【００３９】実施の形態２は、セグメント信号をｎ値の
階段波形にすることにより、さらに容量性ノイズの実効
値が低下し、クロストークは低下する。

【００４０】実施の形態３は、ディレイ回路の入力と出
力の排他的論理和によりセグメント電圧＋Ｖａ、−Ｖａ
と非選択電圧ＶＭを切り替えるため、簡便な回路で実施
の形態１の装置を実現する。

【００４１】実施の形態４は、ディレイ回路をＤ型フリ
ップフロップで構成するため、貫通電流の少ないディレ
イ回路で実施の形態３を実現する。

【００４２】セグメント信号を階段波形にすることによ
り、液晶パネル２０内の抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃに印加す
る電圧が低下するので、抵抗により消費する電力は低下
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の技術における液晶表示装置の駆動信号の
一例を示す波形図である。

【図２】従来の技術における液晶表示装置の非選択期間
の一部の波形図である。

【図３】一般的なパッシブマトリクス型液晶表示装置の
ブロック図である。

【図４】液晶パネルの説明図である。

【図５】液晶パネルの等価回路図である。

【図６】本発明の実施の形態１の波形図である。

【図７】本発明の実施の形態１の非選択期間の一部の波
形図である。

【図８】本発明の実施の形態２の非選択期間の一部の波
形図である。

【図９】本発明の実施の形態３のセグメント回路の説明
図である。

【図１０】本発明の実施の形態３のセグメント回路のタ
イミングチャートである。

【図１１】一般のディレイ回路の回路図である。

【図１２】本発明の実施の形態４の擬似ディレイ回路の
回路図である。

【図１３】本発明の実施の形態４の擬似ディレイ回路タ
イミングチャートである。

【符号の説明】

２０ 液晶パネル ２１ セグメント回路 ２２ コモン回路 ２３ コントロール回路 ２４ 電源回路 ３１、３２，３３ セグメント電極 ３４，３５，３６ コモン電極 ９０ 駆動回路 ９１ メモリ回路 ９２ パルス幅変調回路 ９３ 極性反転回路 ９４ 増幅回路 ９５ ディレイ回路 ９６ 排他的論理和回路 ９７ 第１のスイッチ ９８ 第２のスイッチ ９９ セグメント回路出力 Ｃｍ コモン電極 Ｓａ、Ｓｂ セグメント電極 Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ 抵抗 Ｃａ，Ｃｂ 静電容量

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧平均化法により画像を表示するパッ
   シブマトリクス型液晶表示装置において、セグメント信
   号をｎ値の階段波形にすることを特徴とする液晶表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記階段波形は３値であり、前記３値の
   うち中間電位は非選択電圧であることを特徴とする請求
   項１の液晶駆動装置。
3. 【請求項３】 前記セグメント信号を生成するセグメン
   ト回路はディレイ回路を具備し前記ディレイ回路の入力
   と出力の排他的論理和回路によりセグメント電圧と前記
   非選択電圧を切り替えることを特徴とする請求項２の液
   晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記ディレイ回路はＤ型フリップフロッ
   プであることを特徴とする請求項３の液晶表示装置。