JP2008134291A

JP2008134291A - 液晶表示装置

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Publication number: JP2008134291A
Application number: JP2006318320A
Authority: JP
Inventors: Kazuteru Yoshida; 一輝吉田
Original assignee: Epson Imaging Devices Corp
Current assignee: Epson Imaging Devices Corp
Priority date: 2006-11-27
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】バックライトが３段階以上の段階の輝度に切り換える液晶表示装置おいて、低消費電力化を図る。
【解決手段】バックライト制御回路ＣＮＴによりバックライトＢＬの輝度が３段階以上の段階に切り換えられる。このとき、第１のテーブルメモリ２８により、切り換えられた輝度に応じてフリッカ率が０となるフレーム周波数が選択される。このフレーム周波数に対応した周波数の駆動クロックが発振器２７により生成され、その駆動クロックを基に表示パネル１が駆動される。即ち、表示パネル１は各輝度で最適なフレーム周波数に切り換えられて駆動されるため、各輝度ではフリッカ率が０となるとともに、消費電力を極力抑えることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置に関し、特に、輝度が複数の段階に切り換えられるバックライトを備えた液晶表示装置に関する。

従来より、バックライトを備えた液晶表示装置では、不要なバックライトの消費電力を抑えるために、必要に応じて、バックライトをオンとオフの２段階に切り換えていた。また、そのような液晶表示装置が多様な光環境下で用いられる場合、必要に応じて、バックライトの輝度を３段階以上の段階に切り換えていた。

一般に液晶表示装置のフレーム周波数（１秒当たりのフレーム数）が低い場合にはフリッカが視認されやすいが、バックライトの輝度が低い時には、フレーム周波数が低い場合であっても、フリッカは視認されにくい。

そこで、バックライトのオンとオフが切り換えられる液晶表示装置では、バックライトのオンとオフの切り換えに応じて、高低の２段階にフレーム周波数を切り換えることにより、低消費電力化を図っていた。

即ち、この方式は、バックライトのオン時にはフレーム周波数を高くし、バックライトのオフ時にはフレーム周波数を低くすることによって、液晶表示装置の駆動に伴う消費電力の低減を図るものである。この種の液晶表示装置は特許文献１に記載されている。
特開平６−８３５０１号公報

しかしながら、バックライトの輝度を３段階以上の段階に切り換える液晶表示装置に関しては、低消費電力化が未だ不十分であった。

そこで、本発明は、バックライトが３段階以上の段階の輝度に切り換える液晶表示装置において、低消費電力化を図るものである。

本発明の液晶表示装置は、複数の画素を含む液晶表示パネルと、液晶表示パネルのバックライトの輝度を３段階以上に切り換え可能なバックライト制御回路と、バックライト制御回路によってバックライトの輝度が切り換えられたときに、液晶表示パネルのフリッカ率が一定値以下となるように、液晶表示パネルのフレーム周波数を変更する制御回路と、を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、バックライトの輝度に応じてフレーム周波数を３段階以上の段階に切り換えることにより、液晶表示装置の消費電力を低減できる。

また、本発明の液晶表示装置は、複数の画素を含む液晶表示パネルと、液晶表示パネルのバックライトの輝度を切り換え可能なバックライト制御回路と、バックライト制御回路によってバックライトの輝度が切り換えられたときに、液晶表示パネルのフリッカ率が一定値以下となるように、液晶表示パネルに表示データが書き込まれるフレーム数である、書き込みフレーム数を変更する制御回路を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、バックライトの輝度に応じた頻度でソースドライバのオン及びオフを切り換えることにより、液晶表示装置の消費電力を低減できる。

本発明の液晶表示装置によれば、バックライトが３段階以上の輝度に切り換える液晶表示装置において、フリッカの発生を防止しながら低消費電力化を図ることができる。

以下に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置の概略構成図である。図１では、液晶表示パネル（以降、「表示パネル」と略称する）１を断面図で示し、その他の構成要素についてはブロック構成図により示している。

図１に示すように、バックライトＢＬと対向して表示パネル１が配置されている。表示パネル１は、第１の絶縁基板１１と第２の絶縁基板１４によって封止された液晶ＬＣからなる。第１の絶縁基板１１には、画素１Ｐ毎に、表示信号Ｖｓｉｇが供給される画素トランジスタ１２が形成されている。各画素トランジスタ１２には、表示信号Ｖｓｉｇを一定期間保持する不図示の保持容量が設けられている。また、各画素トランジスタ１２には透明金属からなり画素トランジスタ１２を通して表示信号Ｖｓｉｇが印加される画素電極１３が接続されている。第２の絶縁基板１４には、透明金属からなり共通電位が印加される共通電極１５が形成されている。

また、図示しないが、第１の絶縁基板１１上には、画素１Ｐに表示信号Ｖｓｉｇを供給して水平走査を行う水平ドライバと、行毎に画素１Ｐを順次選択する走査信号を供給して垂直走査を行う垂直ドライバが形成されている。

さらに、表示パネル１には、表示信号Ｖｓｉｇ、垂直スタートパルスＳＴＶ、垂直クロックＣＫＶ、水平スタートパルスＳＴＨ、水平クロックＣＫＨ等の駆動信号を供給するドライバＩＣ２０が設けられている。また、バックライトＢＬの輝度を３段階以上の段階に切り換えるバックライト制御回路ＣＮＴが設けられている。この輝度の切り換えは、バックライト輝度変更コマンド（以降、「輝度変更コマンド」と略称する）ＣＭＤの入力によって行われる。なお、輝度変更コマンドＣＭＤは、ドライバＩＣ２０に対しても入力される。

上述した表示パネル１に対して本願の発明者による光学的測定が行われた結果、図２に示すような表示パネル１のフリッカ率とフレーム周波数の関係が明らかになった。図２は、表示パネル１のフリッカ率とフレーム周波数の関係を示す特性グラフであり、縦軸はフリッカ率に、横軸はフレーム周波数［Ｈｚ］に対応している。図２では、複数の段階に切り換えられるバックライトＢＬの輝度が、２７００、２１００、１５００、８００［ｃｄ／ｍ^２］である場合に測定した結果を示している。

ここで、フリッカ率は、表示パネル１の表示光を光学測定器により測定した場合のフリッカ実効値を輝度で除した値である。また、フレーム周波数は、１秒当たりのフレーム数（画面数）である。

図２から明らかなように、各輝度において、フレーム周波数がある値を超えると、フリッカ率が０になることが分かる。例えば、２７００［ｃｄ／ｍ^２］では５０［Ｈｚ］のときにフリッカ率は０になり、表示パネル１においてフリッカが視認されなくなる。同様に、２１００［ｃｄ／ｍ^２］では４０［Ｈｚ］のときに、１５００［ｃｄ／ｍ^２］では３０［Ｈｚ］のときに、８００［ｃｄ／ｍ^２］では２０［Ｈｚ］のときにフリッカ率は０となる。

図２の特性グラフを基にして、フリッカ率が０になるときの各輝度とフレーム周波数の関係を調べると図３のような特性グラフが得られる。図３では、縦軸はフレーム周波数［Ｈｚ］に、横軸はバックライトＢＬの輝度［ｃｄ／ｍ^２］に対応している。図３から明らかなように、各輝度とフレーム周波数には略線形性が認められるため、上記以外の輝度においてフリッカ率が０となるフレーム周波数についても求めることができる。

一般に、フレーム周波数を上げるとフリッカ率が低下するものの消費電力が増大する。これに対して本実施形態では、フリッカ率を０にすることと、消費電力を極力抑えることを両立させるために、バックライトＢＬの輝度が切り換わるたびに、フリッカ率が０となる各フレーム周波数を図３の特性グラフに従って決定し、そのフレーム周波数によって表示パネル１を駆動する。

次に、このような液晶表示装置の表示パネル１とドライバＩＣ２０の構成について図面を参照して説明する。図４は、本実施形態にかかる液晶表示装置を示すブロック構成図である。

図４に示すように、表示パネル１と接続されたドライバＩＣ２０には、デジタルデータであるビデオデータがメモリコントローラ２１を通して読み書きされるビデオメモリ２２と、ビデオメモリ２２に書き込まれたビデオデータの出力を制御する出力コントローラ２３と、出力コントローラ２３から出力されたビデオデータのグレースケールを選択する階調選択器２４と、ビデオデータを増幅して表示パネル１に出力する第１のソースドライバ２５が設けられている。

また、ドライバＩＣ２０には、出力コントローラ２３のタイミングを制御するタイミングコントローラ２６と、所定のフレーム周波数に応じた周波数の駆動クロックを生成して、これをタイミングコントローラ２６に入力する発振器２７が設けられている。

また、ドライバＩＣ２０には、図３の特性グラフに従って決定されたバックライトの輝度に対応したフレーム周波数のテーブルが格納された第１のテーブルメモリ２８が設けられている。

ここで、第１のテーブルメモリ２８に格納されたテーブルでは、切り換えられるバックライトＢＬの輝度が２７００、２１００、１５００、８００［ｃｄ／ｍ^２］であるとすると、図３の特性グラフに従って、各輝度に対して５０、４０、３０、２０［Ｈｚ］のフレーム周波数が対応している。この場合のテーブルを図５に示す。

なお、切り換えられる複数の輝度は上記に限定されず、他の輝度であってもよい。この場合、第１のテーブルメモリ２８には、上記以外の輝度に対応して、フリッカ率を０にするフレーム周波数のテーブルが格納される。

メモリコントローラ２１と第１のテーブルメモリ２８は、ＣＰＵインターフェイス（以降、「ＣＰＵＩ／Ｆ」と略称する）２９を通して入力された輝度変更コマンドＣＭＤ等のコマンドに応じて制御される。

次に、この液晶表示装置の動作について説明する。ドライバＩＣ２０に入力されたビデオデータ（デジタルデータ）は、ＣＰＵＩ／Ｆ２９を通して入力されたコマンドに応じて、メモリコントローラ２１によりビデオメモリ２２に書き込まれる。このビデオデータは、出力コントローラ２３によって、タイミングコントローラ２６の制御により階調選択器２４に出力される。ビデオデータは、階調選択器２４によってグレースケールの調整が行われた後、第１のソースドライバ２５によってアナログ信号として増幅され、表示信号Ｖｓｉｇとして表示パネル１に供給される。

表示パネル１は、水平走査及び垂直走査によって表示信号Ｖｓｉｇを画素１Ｐに供給する。表示の際は、表示信号Ｖｓｉｇが画素電極１３に印加され、共通電極１５との間の電界に応じて液晶ＬＣの配向方向が変化することにより透過光量の制御が行われる。

上記水平走査及び垂直走査は、第１のテーブルメモリ２８の各輝度とフレーム周波数のテーブルに応じて切り換えられたフレーム周波数によって行われる。即ち、ＣＰＵＩ／Ｆ２９を通して、バックライトＢＬの輝度変更コマンドＣＭＤが第１のテーブルメモリ２８に入力されると、第１のテーブルメモリ２８はテーブルを参照して、輝度変更コマンドＣＭＤが指定した輝度に対応したフレーム周波数のデータを発振器２７に入力する。

発振器２７は、このフレーム周波数のデータに応じた周波数の駆動クロックを生成し、これをタイミングコントローラ２６に入力する。タイミングコントローラ２６は、発振器２７の駆動クロックと、これとは別に入力された各種の駆動信号、例えば水平同期信号ＨＳＹＮＣ、垂直同期信号ＶＳＹＮＣ、基準クロックＰＣＬＫ等を基に、垂直スタートパルスＳＴＶ、垂直クロックＣＫＶ、水平スタートパルスＳＴＨ、及び水平クロックＣＫＨ等の駆動信号を生成する。

生成された上記駆動信号は表示パネル１に入力される。表示パネル１において、不図示の垂直ドライバにより、垂直スタートパルスＳＴＶ及び垂直クロックＣＫＶに応じて、画素１Ｐの画素トランジスタ１２へ走査信号が順次印加され、輝度変更コマンドＣＭＤが指定した輝度に対応したフレーム周波数により垂直走査が行われる。また、不図示の水平ドライバにより、水平スタートパルスＳＴＨ、及び水平クロックＣＫＨに応じて表示信号Ｖｓｉｇが画素１Ｐに順次供給されて水平走査が行われる。

この動作は、バックライトＢＬの輝度の切り換えが生じる毎に、輝度変更コマンドＣＭＤに応じて、第１のテーブルメモリ２８により各輝度に対応したフレーム周波数が選択されて繰り返される。

こうして、表示パネル１は各輝度で最適なフレーム周波数に切り換えられて駆動されるため、各輝度ではフリッカ率が０となるとともに、消費電力を極力抑えることができる。

なお、図示しないが、ドライバＩＣ２０は、輝度変更コマンドＣＭＤが指定した輝度に対応したフレーム周波数のデータをタイミングコントローラ２６に入力し、タイミングコントローラ２６でタイミングを変更して各種駆動信号、即ち垂直スタートパルスＳＴＶ、垂直クロックＣＫＶ、水平スタートパルスＳＴＨ、及び水平クロックＣＫＨ等を生成する構成であってもよい。

以下に、本実施形態にかかる第２の実施形態について図面を参照して説明する。図６は、本実施形態にかかる液晶表示装置を示すブロック構成図である。この液晶表示装置の概略構成は、図１に示した第１の実施形態と同じである。また、図６では、図１及び図４に示した構成要素のうち、同一のものについては同一の符号を付して説明を省略する。

第１の実施形態では、図３の特性グラフに従って、バックライトＢＬの輝度に応じてフレーム周波数を切り換え、そのフレーム周波数に応じて発振器２７の駆動クロックの周波数を変更していた。これに対し、本実施形態では、フレーム周波数は一定、即ち発振器２７により生成される駆動クロックの周波数は一定である。そのうえで、バックライトＢＬの各輝度に応じて、表示信号Ｖｓｉｇが書き込まれるフレームを間引くことで、書き込みフレーム数を変化させ、フリッカの発生を防止しながら消費電力を抑えることを特徴とする。

図６に示すように、表示パネル１と接続されたドライバＩＣ３０には、第１のテーブルメモリ２８の替わりに、第２のソースドライバ３５及びタイミングコントローラ２６に接続された第２のテーブルメモリ３８が設けられている。第２のテーブルメモリ３８には、切り換えられるバックライトＢＬの各輝度と、その輝度に対応した１秒当たりの書き込みフレーム数のテーブルが格納されている。

書き込みフレーム数は、駆動クロックの周波数を一定とした場合において、表示信号Ｖｓｉｇが書き込まれるフレーム、即ち表示信号Ｖｓｉｇが画素１Ｐに供給されるフレームが１秒当たりにどれだけ存在するかを示している。表示信号Ｖｓｉｇが書き込まれないフレームにおいては、直前のフレームの表示信号Ｖｓｉｇが画素１Ｐの不図示の保持容量に保持されて表示が行われる。以降、このフレームを保持フレームと呼ぶことにする。

書き込みフレーム数は、図３の各輝度においてフリッカ率が０となるフレーム周波数に対応している。ここで、切り換えられるバックライトＢＬの輝度が２７００、２１００、１５００、８００［ｃｄ／ｍ^２］であるとすると、例えば２７００［ｃｄ／ｍ^２］の輝度においては、フリッカ率が０となるフレーム周波数は５０［Ｈｚ］であるため、書き込みフレーム数は５０［フレーム／秒］となる。また、２１００［ｃｄ／ｍ^２］の輝度においては、フリッカ率が０となるフレーム周波数は４０［Ｈｚ］であるため、書き込みフレーム数は４０［フレーム／秒］となる。同様に、１５００［ｃｄ／ｍ^２］の輝度においては、書き込みフレーム数は３０［フレーム／秒］となり、８００［ｃｄ／ｍ^２］の輝度においては、書き込みフレーム数は２０［フレーム／秒］となる。この場合のテーブルを図７に示す。

なお、切り換えられる複数の輝度は上記に限定されず、他の輝度であってもよい。この場合、第２のテーブルメモリ３８には、上記以外の輝度に対応して、フリッカ率を０にする書き込みフレーム数のテーブルが格納される。

また、第２のテーブルメモリ３８は、各書き込みフレーム数の替わりに、各書き込みフレーム数に対応した保持フレーム数が格納されてもよい。例えば、切り換えられるバックライトＢＬの輝度が２７００、２１００、１５００、８００［ｃｄ／ｍ^２］であり、駆動クロックの周波数を５０［Ｈｚ］であるとすると、各輝度に対して０、１０、２０、３０［フレーム／秒］の保持フレーム数が対応する。これらの保持フレーム数は、駆動クロックの周波数の値と、図３の各輝度に対応するフレーム周波数の各値との差により求められる。

次に、この液晶表示装置の動作について説明する。ドライバＩＣ３０に入力されたビデオデータが第２のソースドライバ３５に至るまでの動作は、第１の実施形態と同様である。第２のソースドライバ３５は、第１の実施形態の第１のソースドライバ２５と同様にビデオデータをアナログ信号として増幅し、表示信号Ｖｓｉｇとして、表示パネル１へ供給する。しかし、第２のソースドライバ３５は、第１の実施形態とは異なり、第２のテーブルメモリ３８のテーブルを参照することにより、輝度変更コマンドＣＭＤの輝度に対応する書き込みフレーム数に応じて、表示パネル１に対する表示信号Ｖｓｉｇの供給および供給の停止を制御する。

表示信号Ｖｓｉｇが書き込まれるフレームでは、タイミングコントローラ２６からの水平スタートパルスＳＴＨ及び水平クロックＣＫＨに応じて、表示信号Ｖｓｉｇが不図示の水平ドライバから画素１Ｐに供給されて水平走査が行われる。この水平走査が、垂直スタートパルスＳＴＶ及び垂直クロックＣＫＶに応じて順次繰り返されて１フレームの垂直走査が行われる。

一方、表示信号Ｖｓｉｇの書き込みが行われないフレーム、即ち保持フレームでは、第２のソースドライバ３５の動作は停止する。また、タイミングコントローラ２６は、垂直スタートパルスＳＴＶ、垂直クロックＣＫＶ、水平スタートパルスＳＴＨ、及び水平クロックＣＫＨの供給を停止する。これにより、そのフレームおいて画素トランジスタ１２はオフされると共に、画素１Ｐへの表示信号Ｖｓｉｇの書き込みが停止する。画素１Ｐの不図示の保持容量には、直前に書き込まれた表示信号Ｖｓｉｇが保持されており、この表示信号Ｖｓｉｇにより表示が行われる。

このようにして、図７のテーブルに従って各輝度に応じた書き込みフレーム数を変更することにより、等価的に各輝度に応じたフレーム周波数を変更したことになり、フリッカ率の発生が防止される。

また、保持フレームにおいて、第２のソースドライバ３５の動作を停止しているため、ドライバＩＣ３０側の消費電力を極力抑えることができる。また、保持フレームにおいて画素トランジスタ１２がオフされると共に、画素１Ｐへの表示信号Ｖｓｉｇの書き込みが停止することによって、画素１Ｐの不図示の保持容量の充放電回数が低減するため、表示パネル１側の消費電力を抑えることができる。

なお、上記第１及び第２の実施形態において、図３の特性グラフにおける各輝度に対応したフレーム周波数は、所望の表示品位が得られるものであれば、フリッカ率が０以外の所定の値、例えば略０となるように決定されてもよい。この場合、図２に基づいて、各輝度において所定のフリッカ率を得ることができる最小のフレーム周波数を抽出し、図３と同様の輝度とフレーム周波数の関係を示す特性グラフを求めればよい。この特性グラフを基に、第１のテーブルメモリ２８又は第２のテーブルメモリ３８の各テーブルが決定される。

また、上記第１及び第２の実施形態では、液晶表示装置の表示パネル１は、図１に示すように透過型であるとしたが、透過領域と、第１の絶縁基板１１に反射板を設けてなる反射領域とを備えた半透過型の表示パネルであってもよい。

本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置の概略構成図である。フリッカ率とフレーム周波数の関係を示す特性グラフである。本発明の第１の実施形態に係る液晶表示装置のフレーム周波数とバックライトの輝度の関係を示す特性グラフである。本発明の第１の実施形態にかかる液晶表示装置を示すブロック構成図である。第１のテーブルメモリに格納される輝度とフレーム周波数のテーブルである。本発明の第２の実施形態にかかる液晶表示装置を示すブロック構成図である。第２のテーブルメモリに格納される輝度と書き込みフレーム数のテーブルである。

符号の説明

１表示パネル１Ｐ画素
１１第１の絶縁基板１２画素トランジスタ
１３画素電極１４第２の絶縁基板
１５共通電極２０，３０ドライバＩＣ
２１メモリコントローラ２２ビデオメモリ
２３出力コントローラ２４階調選択器
２５第１のソースドライバ２６タイミングコントローラ
２７発振器２８第１のテーブルメモリ
２９ＣＰＵインターフェイス３５第２のソースドライバ
３８第２のテーブルメモリＢＬバックライト
ＣＮＴバックライト制御回路ＬＣ液晶

Claims

複数の画素を含む液晶表示パネルと、
液晶表示パネルのバックライトの輝度を３段階以上に切り換え可能なバックライト制御回路と、
バックライト制御回路によってバックライトの輝度が切り換えられたときに、液晶表示パネルのフリッカ率が一定値以下となるように、液晶表示パネルのフレーム周波数を変更する制御回路と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
バックライトの輝度と液晶表示パネルのフリッカ率が一定値以下となるフレーム周波数の関係を示すデータが格納されたメモリを備え、前記制御回路はこのメモリに格納されたデータに基づいて、液晶表示パネルのフレーム周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記メモリに格納されたデータは、バックライトの輝度と液晶表示パネルのフリッカ率が０となるフレーム周波数の関係を示すこと特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
複数の画素を含む液晶表示パネルと、
液晶表示パネルのバックライトの輝度を切り換え可能なバックライト制御回路と、
バックライト制御回路によってバックライトの輝度が切り換えられたときに、液晶表示パネルのフリッカ率が一定値以下となるように、液晶表示パネルに表示データが書き込まれるフレーム数である、書き込みフレーム数を変更する制御回路を備えることを特徴とする液晶表示装置。
バックライトの輝度と液晶表示パネルのフリッカ率が一定値以下となる書き込みフレーム数の関係を示すデータが格納されたメモリを備え、前記制御回路はこのメモリに格納されたデータに基づいて、液晶表示パネルの書き込みフレーム数を変更することを特徴とする請求項４に記載の液晶表示装置。
前記メモリに格納されたデータは、バックライトの輝度と液晶表示パネルのフリッカ率が０となる書き込みフレーム数の関係を示すこと特徴とする請求項４または５に記載の液晶表示装置。
前記液晶表示パネルに表示データを書き込むためのソースドライバを備え、前記制御回路は、表示データの書き込みが行われないフレームにおいて、ソースドライバの動作を停止させること請求項４、５、６のいずれかに記載の液晶表示装置。