JP2001195039A - 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、走査電極駆動装置と信号電極駆動装置の水平タイミ
ング信号を換えて走査電極の選択期間中に信号電極側の
出力を切り替えて階調表示を行う。

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走査線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
記走査電極駆動装置と前記信号電極駆動装置の出力する
周期を個々に制御するための水平タイミング信号発生回
路と、前記水平タイミング信号発生回路で作成される前
記信号電極駆動装置を制御する水平タイミング信号に基
づいて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と前記信号電
極駆動装置を制御する水平タイミング信号に基づいて、
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
を有し、Ｎ−１個の連続するフレームを１表示期間とし
て、前記Ｎ−１個のフレームの内少なくとも１フレーム
において、前記走査電極駆動装置の出力の１選択期間内
で前記信号電極駆動装置の出力のみを切り替えて、１選
択期間中に異なる２ビットの前記パターンデータを出力
すること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、前記
階調データ変換回路は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、非点灯を制御できるように変換する機能
を有して、Ｎ−１個のフレームを１表示期間として、前
記信号電極駆動装置に、前記Ｎ−１個のフレームのうち
Ｎ−２個のフレームでは前記階調データ変換回路で変換
した各フレームに対応したパターンデータを、残りの１
フレームでは１選択期間内に残りの２ビットのパターン
データを転送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−１個のフレームを１表示期
間とする。Ｎ−１個のフレームのうち１個のフレームで
は、走査電極駆動装置の１選択期間内で信号電極駆動装
置が異なったパターンデータの表示に切り替わる。これ
により、Ｎ−１個のフレームの内でいずれか一つを点灯
する場合に、１表示期間で注目すると、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表示期間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
されたクロックと、フレームカウント回路２で発生され
るフレームカウント信号と、水平タイミング信号発生回
路４で発生される信号側水平タイミング信号を基にし
て、本液晶駆動装置を駆動するためのタイミング信号で
ある極性信号、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
れ入力されて、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、水平タイミン
グ信号発生回路４で発生される走査側水平タイミング信
号をカウントして作成したフレーム信号と、３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、タイミング信
号、特にドット信号を制御されている。

【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と信号側水平タイミング信号が入力
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】水平タイミング信号発生回路４はクロック
とフレームカウント信号が入力されており、クロックと
フレームカウント信号に基づいて走査側水平タイミング
信号と信号側水平タイミング信号を発生して、走査電極
駆動装置５、信号電極駆動装置６にそれぞれ入力されて
いる。

【００１８】図２は実施形態を説明するための波形図を
示している。

【００１９】フレーム信号は走査側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な信号が発生し続けられる。

【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クロック早い走査側水平タイミング信
号で切り替わり、第１フレーム、第２フレーム、第３フ
レームと３つの状態のフレームを順番にしめしていく。

【００２１】ここで、各フレームの周期をそれぞれ第１
フレームの周期をｔ１、第２フレームの周期をｔ２，第
３フレームの周期をｔ３とおくと、ｔ１、ｔ２、ｔ３の
各フレーム周期の関係はｔ３＞ｔ１＞ｔ２の関係となっ
ている。

【００２２】走査側水平タイミング信号は第１フレーム
ではＴ１、第２フレームではＴ２、第３フレームではＴ
３の周期で出力されている。ここでフレーム周期と各走
査側水平タイミング信号との関係は、基本的には各フレ
ーム周期を走査電極数で割ったものが走査側水平タイミ
ング信号の周期になっているものとする。

【００２３】信号側水平タイミング信号は第１フレーム
ではＴ１、第２フレームではＴ２の周期で走査側水平タ
イミング信号と同じ信号となっている。第３フレームで
は走査側水平タイミング信号とは異なっていて、Ｔ４の
周期とＴ５の周期が交互に出力されている。ここで、第
３フレームの走査側水平タイミング信号の周期Ｔ３と信
号側水平タイミング信号の周期Ｔ４、Ｔ５の関係はＴ３
＝Ｔ４＋Ｔ５となっていて、かつＴ３とＴ５のクロック
は全く同じタイミングで出力されている信号となってい
る。

【００２４】走査電極駆動装置と信号電極駆動装置の各
出力は第１フレーム、第２フレームでは通常の駆動と同
様に、走査側水平タイミング信号と信号側水平タイミン
グ信号が同じであるから、同じタイミングで切り替わ
る。

【００２５】第３フレームにおいて、走査電極駆動装置
の出力は、走査側水平タイミング信号に同期して、Ｔ３
毎に切り替わっていく。また、信号電極駆動装置の出力
はまず最初のＴ４で１ビットのパターンデータを表示し
た後、走査電極駆動装置の出力はそのままで、残りのＴ
５で異なった１ビットのパターンデータを表示してい
く。

【００２６】そのため、第３フレームでは、Ｔ４の期間
の内にＴ５に表示するパターンデータを信号電極駆動装
置に転送しておくことになる。

【００２７】以上のように、走査側水平タイミング信号
と信号側水平タイミング信号をフレーム毎に別々に制御
することによって、１表示期間が３フレームで１６階調
表示が可能となる。

【００２８】発明者の実験によるとＴ１＝１とした場
合、Ｔ２＝０．９、Ｔ３＝１．２５、Ｔ４＝０．７５、
Ｔ５＝０．５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する
液晶パネル７に対して良好な表示が可能となる。

【００２９】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、Ｔ
１＝１、Ｔ２＝０．９、Ｔ３＝１．２５、Ｔ４＝０．７
５、Ｔ５＝０．５とそれぞれ異なる周期を持つ３つのフ
レームを１表示期間として説明を行うこととする。

【００３０】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３フレームのＴ５の期
間を点灯して第１〜２フレーム、第３フレームのＴ４を
非点灯にすると、点灯時間は０．５／３．１５＝０．１
６となる。全フレーム、全期間で点灯すると３．１５／
３．１５＝１、全フレーム、全周期で非点灯であると０
／３．１５＝０となるので、第３フレームのＴ５のみ点
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。

【００３１】さらに各フレーム、各周期の点灯と非点灯
の組み合わせを考えると本実施形態の３フレームの場合
は、２の４乗＝１６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、各周
期の１と０は点灯と非点灯を示す。また点灯期間は各フ
レーム、各周期を点灯した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】

【００３２】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）

【００３３】点灯時間の比率は階調１から階調１６まで
順に０、０．１６、０．２４・・・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が
白で１が黒とするとその中間では階調２〜１５までの１
４通りの中間階調が表現できていることになる。

【００３４】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、信号側水
平タイミング信号の状態により、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
期して転送することで、階調表示が可能となる。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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、４つのフレーム毎にをそれぞれ適切な周期
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、パターンデータを信号電極駆動装置に転送し表示す
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Ｎ−１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。

【００３８】ここで、本発明はＮビットの階調データを
Ｎ−１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、２
１０Ｈｚが必要となる。ところが、本実施の形態では、
１フレームの周波数は９４．５Ｈｚ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。

【００３９】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、信号の切り替え数が極端にへるた
め、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。

【００４０】

【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基本的には、１フレームを
除いて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 水平タイミング発生回路 ５ 走査電極駆動装置 ６ 信号電極駆動装置 ７ 液晶パネル Ｔ１〜５ 周期 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 NA51 ND10 ND15 ND39 5C006 AA14 AC02 AF44 AF71 BB11 BC16 BF22 FA23 FA47 FA56 GA02 GA03 5C080 AA10 BB05 DD06 DD26 EE29 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、前記走査電極駆動装置と前記信号電極駆動装置の
   出力する周期を個々に制御するための水平タイミング信
   号発生回路と、前記水平タイミング信号発生回路で作成
   される前記信号電極駆動装置を制御する水平タイミング
   信号に基づいて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と前
   記信号電極駆動装置を制御する水平タイミング信号に基
   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
   変換回路を有し、Ｎ−１個の連続するフレームを１表示
   期間として、前記Ｎ−１個のフレームの内少なくとも１
   フレームにおいて、前記走査電極駆動装置の出力の１選
   択期間内で前記信号電極駆動装置の出力のみを切り替え
   て、１選択期間中に異なる２ビットの前記パターンデー
   タを出力することを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記階調データ変換回路は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、非点灯を制御できる
   ように変換する機能を有して、Ｎ−１個のフレームを１
   表示期間として、前記信号電極駆動装置に、前記Ｎ−１
   個のフレームのうちＮ−２個のフレームでは前記階調デ
   ータ変換回路で変換した各フレームに対応したパターン
   データを、残りの１フレームでは１選択期間内に残りの
   ２ビットのパターンデータを転送することを特徴とする
   請求項１記載の液晶表示装置。