JP2001184032A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液晶表示装置の階調表示方式として、フレー
ム変調方式とパルス幅変調方式があるが、フレーム変調
方式は多階調にするとフリッカが発生しやすく、パルス
幅変調方式は多階調化が可能であるが消費電力が多い問
題がある。 【解決手段】 Ｎ（Ｎ≧３）ビットの階調データに対応
して所定のフレーム数を１表示期間としてフレーム毎に
所定のドットの点灯と非点灯を制御するフレーム変調方
式において、外部より入力される１画素につきＮ（Ｎ≧
３）ビットの階調データ信号をフレーム毎の点灯パター
ンを示したＮビットのパターンデータに変換するととも
に、信号側の極性信号のみ特定のフレームで反転させる
ことにより階調表示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置に関
するもので、詳細にはフレーム変調方式により中間階調
表示を行う液晶表示装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置において階調表示を
行う方法として、フレーム変調方式とパルス幅変調方式
の２方式が知られている。パルス幅変調方式は、階調レ
ベルに応じて選択（点灯）する時間（パルス幅）を変化
させるもので、階調数が多くなっても実現できるが専用
のドライバＬＳＩを必要とする。また、液晶に印加する
駆動波形の切り替わりが毎に発生するためクロストーク
の増加を招く。さらに、液晶に印加する駆動波形の切り
替わりが増えるので液晶素子容量への充放電が多く消費
電力が増えてしまう。そこで、４〜１６階調程度で簡単
に階調表示を得たい場合には、フレーム変調方式が有効
である。

【０００３】この方式の説明を図４を用いて行う。図４
は８階調を行う場合を示しており、表中の”１”はドッ
トの点灯を示し、”０”はドットの非点灯を示す。ここ
で、階調１は全フレーム中で０レベルであり、階調８は
全フレーム中で１レベルである。階調４は全フレーム中
３フレーム点灯であるから、階調１と階調８の中間の階
調となる。そのほかの階調も点灯するフレーム数で階調
１と階調８との間の階調を表現している。以上のように
フレーム毎に制御することにより階調表示を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このフレー
ム変調方式では、オン・オフをフレーム単位で行うた
め、図４の階調３のように、階調によってはオン・オフ
の切替わりが数フレーム単位となる。その結果フリッカ
ーが発生するという欠点がある。それでも８階調程度で
あればフレーム周波数を上げれば対応する事もできる。
しかし、１６階調表示となると１５個のフレームでオン
・オフを制御するために切り替わりのフレーム数が２倍
に増加する。フレーム周波数を上げて対応するにも限界
である。

【０００５】この場合には先に示したようにパルス幅変
調方式が用いられる。しかし、パルス幅変調方式は、１
フレーム中の全走査期間において選択期間のパルス幅を
制御するため、液晶表示素子への充電放電回数が極端に
増加してしまう。たとえば、全面中間階調表示の場合に
は１フレーム内の全走査期間毎にパルス幅が設定される
ので、全走査期間毎に液晶素子の充放電を繰り返す。そ
のために液晶駆動の消費電力が増加するという問題があ
る。さらに、このパルス幅は表示画像によりドット毎に
変化するため、クロストークが発生しやすい。また、走
査期間毎に１６階調の場合には４ビットのデータからパ
ルス幅を設定するために１ビットのデータを扱えばよい
フレーム変調方式に比べ、ドライバＬＳＩの消費電力も
増加してしまう。

【０００６】以上のように、液晶表示装置の階調表示を
実現するフレーム変調方式には、フリッカーが発生しや
すいという課題があり、パルス幅変調方式には多階調表
示が可能であるが、消費電力とクロストークが増加する
という課題がある。

【０００７】（発明の目的）本発明の目的は、上記の課
題点を解決して、フリッカーが無く、低消費電力の８階
調以上の階調表示を実現することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、Ｎ（Ｎ≧３）ビットの階調データに対応して所定
のフレーム数を１表示期間としてフレーム毎に所定のド
ットの点灯と非点灯を制御するフレーム変調方式によっ
て階調表示を行う液晶表示装置において、複数の走査電
極と複数の信号電極を対向させて液晶を狭持する液晶表
示素子と、前記複数の信号電極を駆動する信号電極駆動
装置と、前記複数の走査電極を駆動する走査電極駆動装
置と、前記信号電極駆動装置と前記走査電極駆動装置を
制御する信号を発生するタイミング信号発生回路と、前
記タイミング信号発生回路で作成される水平タイミング
信号に基づいて異なったＮ−１種類のフレーム信号を発
生し、またフレーム数を示すフレームカウント信号を発
生するフレームカウント回路と、前記フレームカウント
信号に基づいて、外部より入力される１画素につきＮ
（Ｎ≧３）ビットの階調データ信号をフレーム毎の点灯
パターンを示したＮビットのパターンデータに変換する
階調データ変換回路と、走査電極駆動装置と信号電極駆
動装置において異なった走査側極性信号と信号側極性信
号を発生する極性信号発生回路を有し、Ｎ個のフレーム
を１表示期間としたうちＮ−１個のフレームは前記Ｎ−
１種類のフレームからなり、残りの１フレームは前記Ｎ
−１種類のフレームの内１つのフレームと同じフレーム
周期で出来ていて、前記１フレームでは信号側極性信号
により信号電極駆動装置の出力を反転するを特徴とする
液晶表示装置を用いる。

【０００９】また、上記の目的を達成するために、Ｎ個
の連続するフレームを１表示期間として、前記フレーム
毎の点灯パターンを示したＮビットのパターンデータと
前記Ｎ個のフレームをそれぞれ１対１で組み合わて、所
定のドットの前記階調データに応じた点灯、非点灯を制
御し、前記Ｎ−１個のフレーム毎に走査電極駆動回路の
出力の１選択期間がすべて異なるように設定し、残り１
つフレームでは選択期間内で前記信号側極性信号を反転
することで前記走査電極駆動装置の出力の極性を反転し
て１表示期間内における点灯パターンの合計時間と非点
灯パターンの合計時間の比が異なるように設定すること
を特徴とする請求項１記載の液晶表示装置を用いる。

【００１０】（作用）本発明の液晶表示装置はＮビット
の階調データに対して、Ｎ個のフレームを１表示周期と
して、さらにＮ個のフレームのうち１フレームにおい
て、信号電極駆動装置側の極性信号のみ、選択期間内で
反転する。これにより、Ｎ個のフレームのいずれか一つ
を点灯する場合に、１表示周期に注目すると、それぞれ
の点灯期間が異なることになる。つまり、Ｎ個のフレー
ムのいずれか１つのフレームを点灯することで、Ｎ個の
中間階調の表示が可能になる。さらにＮ個のフレーム中
の複数の点灯の組み合わせを入れると、全部で２のＮ乗
個の点灯・非点灯の組み合わせがある。同様にそれぞれ
の組み合わせにおいて１表示周期に注目するとそれぞれ
の合計点灯期間はそれぞれ異なる。従って、２のＮ乗個
の中間階調を表示可能になる。つまり、Ｎビットの階調
データに対して２のＮ乗個の階調表示が可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を使用して本発明の液
晶表示装置を利用した最適な実施形態を説明する。

【００１２】図１は実施形態を説明するためのブロック
図である。ただし本実施の形態では４ビットの階調デー
タで表現可能な１６階調表示の場合について説明を行う
こととする。

【００１３】図１のタイミング信号発生回路１では入力
されたクロックを基にして、本液晶駆動装置を駆動する
ためのタイミング信号である水平タイミング信号、ドッ
ト信号、休止信号をそれぞれ作成し、走査電極駆動装置
５、信号電極駆動装置６にそれぞれ入力して、走査電極
駆動装置５、信号電極駆動装置６の出力を制御すること
により液晶パネル７を表示する。

【００１４】フレームカウント回路２は、タイミング信
号発生回路１で発生した水平タイミング信号をカウント
して作成したフレーム信号と、４フレームを１表示期間
とした内の何フレーム目かをカウントするフレームカウ
ント信号を生成する。

【００１５】フレームカウント信号はタイミング信号発
生回路１に入力されていて、タイミング信号発生回路１
では、フレームカウント信号に基づき水平タイミング信
号の周期を変化させる。

【００１６】階調データ変換回路３にはドット信号とフ
レームカウント信号が入力されていて、４ビットの階調
データを点灯パターンを示したパターンデータに変換
し、フレームカウント信号に対応したパターンデータを
ドット信号に同期して、信号電極駆動装置６に転送す
る。

【００１７】極性信号発生回路４はタイミング信号発生
回路１で発生した制御クロックとフレームカウント信号
が入力されており、制御クロックとフレームカウント信
号に基づいて、走査電極駆動装置５と信号電極駆動装置
６の出力極性を制御する走査側極性信号と信号側極性信
号を発生し、走査電極駆動装置５、信号電極駆動装置６
に入力されている。

【００１８】図２は実施形態を説明するための波形図で
ある。

【００１９】フレーム信号は水平タイミング信号に同期
して、順次走査電極を選択するための選択信号である。
最後走査電極が選択されると繰り返して走査電極１から
順次選択するように繰り返し出力されるクロックであ
る。

【００２０】フレームカウント信号は、フレーム信号が
出力されるより１クロック早い水平タイミング信号で切
り替わり、第１フレーム、第２フレーム、第３フレー
ム、第４フレームと４つの状態のフレームを順次示して
いく。また、第１フレームでの周期をｔ１、第２フレー
ムでの周期をｔ２、第３フレームでの周期をｔ３とし、
第４フレームでの周期は第３フレームの周期と同じｔ３
とおくことにする。各周期の条件については、ｔ１＞ｔ
２＞ｔ３とする。

【００２１】水平タイミング信号は、フレーム毎に異な
った周期で出力されるクロックであり、１選択期間を決
定する信号である。第１フレームでの周期をＴ１、第２
フレームでの周期をＴ２、第３フレームでの周期をＴ３
とし、第４フレームでの周期は第３フレームの選択周期
と同じＴ３とする。本実施の形態ではフレーム周期と水
平タイミング信号の周期との関係は、フレーム周期を走
査電極の数で割ったものが水平タイミング信号の周期に
等しくなるものとする。

【００２２】ここで、実際には液晶に直流電圧がかから
ないようにするために走査側極性信号、信号側極性信号
ともに交流化することが必要である。しかし、本実施の
形態では説明を簡単にするために、走査側極性信号につ
いては交流化せずに片側に固定することにする。

【００２３】信号側極性信号は第１フレーム〜第３フレ
ームまでは走査側極性信号と全く同じ信号である。しか
し、第４フレームではＴ３の選択期間のうちＴ４のとこ
ろで信号電極駆動装置６の出力を反転するために信号側
極性信号のみ反転する。

【００２４】発明者の実験によると、選択期間の比はＴ
１＝１、Ｔ２＝０．９、Ｔ３＝０．７５、Ｔ４＝０．６
の時が最も良好な１６階調表示が可能であった。しか
し、使用する液晶パネル７の液晶濃度と実効電圧との関
係により、各定数を調整することで使用した液晶パネル
に対して良好な表示が可能となる。

【００２５】再び図１に戻って、階調データ変換回路３
の変換動作に関して説明する。本実施の形態では、図２
で説明したＴ１＝１、Ｔ２＝０．９、Ｔ３＝０．７５、
Ｔ４＝０．６とそれぞれ異なる選択期間を持つ４つのフ
レームを１表示期間とする。

【００２６】この１表示期間内の各フレームで点灯・非
点灯を制御することにより点灯時間と非点灯時間の比を
可変する事ができる。例えば、第４フレームを点灯して
第１〜３フレームを非点灯にすると、点灯時間は０．５
／３．１５＝０．１６となる。全フレーム点灯すると
３．１５／３．１５＝１、全フレーム非点灯で０／３．
１５＝０となるので第４フレームを点灯した場合の０．
１６は中間に位置し、中間表示が可能である事がわか
る。さらに各フレームの点灯と非点灯の組み合わせを考
えると本実施形態の４フレームの場合は、２の４乗＝１
６通りの組み合わせが可能である。以下の表１に全ての
組み合わせの点灯時間と非点灯時間と比を示す。表１に
おいて、階調レベルは入力される４ビット階調データの
階調レベルを示し、各フレームの１と０は点灯と非点灯
を示す。ここで、第４フレームはＴ３の選択期間の内、
Ｔ４で信号電極駆動装置の出力の極性が反転してしまう
ため、点灯期間はＴ４またはＴ３−Ｔ４となる。また点
灯期間は各フレームの選択期間を点灯フレーム分だけ加
算した値で、点灯期間の比率は１表示期間における点灯
時間の比率である。

【表１】

【００２７】表１に示すように、各フレームのすべての
組み合わせにおいて、点灯時間はそれぞれ異なる時間に
なっている事がわかる。したがって、１６通りの点灯時
間が設定されていることになる。次に、点灯時間の比率
について説明する。液晶表示装置の場合は、液晶に印加
する単位時間あたりの実効電圧を可変すると濃淡が変化
する。いま、印加する駆動波形は方形波であるので実効
電圧＝平均電圧と考えることが出来る。したがって表１
の点灯時間の比率は、以下の式１で計算された１表示期
間における比率であるので、この値が液晶の濃淡を表す
実効値の比率と考えることができる。 点灯時間の比率 ＝ 点灯時間 ／ １表示期間 （式１）

【００２８】点灯時間の比率は階調１から階調１６まで
順に０．０５、０．１８、０．２８・・・１と順番に、
比率が高くなっている。したがって、液晶の濃度で考え
ると０．０５が白で１が黒とするとその中間では階調２
〜１５までの１４通りの中間階調が表現できていること
になる。

【００２９】以上のように、階調データ変換回路３は入
力された階調データをフレームカウント信号の状態によ
り、表１示したパターンデータに変換して、信号電極駆
動装置６にドット信号に同期して転送を行う。

【００３０】図３は実施形態を説明するための波形図
で、今まで説明したものをまとめたものである。図３は
４行×４列のマトリクスの液晶表示装置に１６階調を行
う場合の波形図である。１行目Ｙ１と１列目Ｘ１の交点
の画素には階調１を表示し、２行目Ｙ２と１列目Ｘ１の
画素には階調２を表示し、以下、順に列方向に階調が増
加して１６階調まで表示している。

【００３１】図３の波形図は、走査電極Ｙ１〜Ｙ４に印
加する波形と信号電極Ｘ１〜Ｘ４に印加する波形を示し
ている。図中のＶＹは走査電極に印加する選択電圧で走
査電極上の画素を点灯非点灯の書き込み可能な状態にす
る電圧である。ＶＸ、−ＶＸは信号電極に印加する書き
込み電圧で−ＶＸは点灯、ＶＸは非点灯の書き込み電圧
である。走査電極に印加する波形Ｙ１〜Ｙ４は、各フレ
ームにおいて、Ｙ１から順に選択電圧ＶＹを逐次選択す
る。信号電極に印加する波形Ｘ１〜Ｘ４は、表１に示し
た方法を用いて、階調に応じて点灯電圧−ＶＸと非点灯
電圧ＶＸを選択することで、１６階調表示が可能にな
る。

【００３２】さて、本実施の形態では第４フレームのフ
レーム周期として第３フレームのフレーム周期であるｔ
３、第３フレームの選択期間であるＴ３としたが、必ず
しも第３フレームのフレーム周期であるｔ３、第３フレ
ームの選択期間である必要はなく、第１フレームのフレ
ーム周期であるｔ１、第１フレームの選択期間であるＴ
１、または第２フレームのフレーム周期であるｔ２、第
２フレームの選択期間であるＴ２でもよい。ただし、本
実施の形態で示した第４フレームのおける信号側極性信
号の切り替わるタイミングであるＴ４については、使用
したフレーム周期、選択期間によって適当な比に変更す
ることで本実施の形態と同様に良好な１６階調表示が可
能となる。

【００３３】また、本実施の形態では４ビットの階調デ
ータで表現可能な１６階調を表示する場合について説明
を行ったが、５ビットの階調データで表現可能な３２階
調表示においても、５つのフレーム毎にをそれぞれ適切
な選択期間になるように設定して、表１の要領で階調デ
ータを変換し、表示することにより、３２階調表示が可
能になる。つまり、本発明によれば、Ｎビットの階調デ
ータで表現可能な階調は、連続するそれぞれ選択期間の
異なるＮ個のフレームの点灯非点灯の組み合わせにより
表現できる。

【００３４】ここで、本発明はＮビットの階調データを
Ｎフレームで表現できるところが大きな利点である。た
とえば、従来技術では、８階調を表現するのに７フレー
ムを必要とする。このときの階調１は７フレーム中１フ
レームのみの点灯であるので、フリッカをのぞこうとす
ると、１フレームの周波数は人間の目がフリッカを感じ
なくなる３０Ｈｚの７倍の周波数を必要とし、２１０Ｈ
ｚが必要となる。ところが、本実施の形態では、４フレ
ームの平均周波数１０２Ｈｚとなる。つまり、従来より
も遅いフレーム周波数にもかかわらず従来の８階調の倍
の１６階調を表示していることになる。フレーム変調方
式の欠点は階調が増えることにより周波数が高くなるこ
とであったが、本発明では周波数の増加を極端に抑える
ことが出来る。したがって、データ転送速度が遅くて済
み、液晶の駆動周波数も遅くて済むのでで低消費電力化
が可能となる。

【００３５】次に、液晶の充放電電力とクロストークに
ついてパルス幅変調方式と比較して考える。一般に表示
する画像は同一階調がある一定の画素で連続する場合が
ほとんどである。たとえば、中間階調である階調８が全
画面で表示されている場合について考えると、従来のパ
ルス幅変調方式では、ドット毎にパルス幅を可変するた
めに、信号電極の液晶駆動は１走査期間毎に出力電圧が
切り替わり、液晶の充放電が行われる。したがって、２
４０行の場合には１フレーム中に２４０回の充放電が行
われる。この回数を減らすために液晶の直流印加を防止
するための交流化駆動を１走査電極毎に行う方法がある
がそれでも１２０回の充放電が行われる。一方、本発明
の階調表示方式では、点灯と非点灯はフレーム毎に切り
替えるので１フレーム内では信号電極の充放電はない。
１表示期間で考えても充放電は２回である。交流化駆動
を考慮しても、フレーム毎に交流化すれば、１表示期間
で４回の充放電しか行われない。つまり、本発明によれ
ば、信号電極の充放電をパルス幅変調に比べて極端に減
らすことが出来る。つまり、低消費電力化が可能とな
る。また、クロストークに関しても同様に、クロストー
クの原因となる走査電極への容量カップルによるひげも
極端に軽減でき、クロストークを軽減できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、低いフ
レーム周波数で多階調表示が可能なため従来のフレーム
変調方式に見られるようなフリッカ成分を極端に軽減で
き、中間階調表示においてもフレーム単位で点灯非点灯
を切り替えるので液晶の充放電が少なく、信号の切替回
数も少ないのでパルス幅変調方式に比べて低消費電力で
クロストークのない多階調表示が可能な液晶表示装置を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を実現するブロック図であ
る。

【図２】本発明の実施形態における走査電極の駆動波形
を示す波形図である。

【図３】本発明の実施形態における駆動波形を示す波形
図である。

【図４】本発明の従来技術を説明するため表である。

【符号の説明】

１ タイミング信号発生回路 ２ フレームカウント回路 ３ 階調データ変換回路 ４ 極性信号発生回路 ５ 走査電極駆動装置 ６ 信号電極駆動装置 ７ 液晶パネル Ｔ１〜４ 選択期間 Ｙ１〜４ 走査電極 Ｘ１〜４ 信号電極 ＶＹ 走査電極選択電圧 ＶＸ 信号電極点灯電圧 −ＶＸ 信号電極非点灯電圧

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H093 NA31 NA41 NA55 NA56 ND10 ND15 ND39 5C006 AA14 AC28 AF44 AF46 BB12 BC03 BC12 BC16 BF22 FA23 FA47 FA56 5C080 AA10 BB05 DD06 DD10 EE29 FF12 JJ02 JJ04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｎ（Ｎ≧３）ビットの階調データに対応
   して所定のフレーム数を１表示期間としてフレーム毎に
   所定のドットの点灯と非点灯を制御するフレーム変調方
   式によって階調表示を行う液晶表示装置において、複数
   の走査電極と複数の信号電極を対向させて液晶を狭持す
   る液晶表示素子と、前記複数の信号電極を駆動する信号
   電極駆動装置と、前記複数の走査電極を駆動する走査電
   極駆動装置と、前記信号電極駆動装置と前記走査電極駆
   動装置を制御する信号を発生するタイミング信号発生回
   路と、前記タイミング信号発生回路で作成される水平タ
   イミング信号に基づいて異なったＮ−１種類のフレーム
   信号を発生し、またフレーム数を示すフレームカウント
   信号を発生するフレームカウント回路と、前記フレーム
   カウント信号に基づいて、外部より入力される１画素に
   つきＮ（Ｎ≧３）ビットの階調データ信号をフレーム毎
   の点灯パターンを示したＮビットのパターンデータに変
   換する階調データ変換回路と、走査電極駆動装置と信号
   電極駆動装置において異なった走査側極性信号と信号側
   極性信号を発生する極性信号発生回路を有し、Ｎ個のフ
   レームを１表示期間としたうちＮ−１個のフレームは前
   記Ｎ−１種類のフレームからなり、残りの１フレームは
   前記Ｎ−１種類のフレームの内１つのフレームと同じフ
   レーム周期で出来ていて、前記１フレームでは信号側極
   性信号により信号電極駆動装置の出力を反転することを
   特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 Ｎ個の連続するフレームを１表示期間と
   して、前記フレーム毎の点灯パターンを示したＮビット
   のパターンデータと前記Ｎ個のフレームをそれぞれ１対
   １で組み合わて、所定のドットの前記階調データに応じ
   た点灯、非点灯を制御し、前記Ｎ−１個のフレーム毎に
   走査電極駆動回路の出力の１選択期間がすべて異なるよ
   うに設定し、残り１つフレームでは選択期間内で前記信
   号側極性信号を反転することで前記走査電極駆動装置の
   出力の極性を反転して１表示期間内における点灯パター
   ンの合計時間と非点灯パターンの合計時間の比が異なる
   ように設定することを特徴とする請求項１記載の液晶表
   示装置。