JP3966907B2 - Ｌｃｄ駆動装置及び体脂肪計付き体重計 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、表示濃度を変えることが望ましい機器のＬＣＤ表示装置に関する。
背景技術
液晶表示素子（以下、ＬＣＤとする）は、低消費電流であり、また、ダイナミック駆動と呼ばれる駆動方式により、大量の表示画素（以下、表示セグメントとする）を、少ない端子数で駆動できることから、小型化に適し、頻繁に使用されている。
しかし、大量の表示セグメントを少ない端子数で駆動する場合、ＬＣＤには、
▲１▼ 表示が良好に見える角度が限定される（第１図参照）
▲２▼ 駆動電圧が変動すると、表示の濃淡が変動し、見にくくなる。
▲３▼ 温度により、表示の濃淡が変動し、見にくくなる。
などの欠点がある。
大量の表示セグメントを大量の端子で駆動する方法をとれば、これは改善されるが、大量の端子を使用するのは、実装上困難となる場合が多く出てくる。
これを解決するために、ＬＣＤ駆動装置は、安定化された電圧を使用して駆動電圧の変動を防ぎ、かつ、見る角度や温度により、表示の濃淡が変わって見えることに対しては、ボリュームなどを使用して、その時点でよく見える状態にできる様に、駆動電圧を変えてやることが一般的に行われているが、使う環境が変わる度に、使用者が調整しなければならず煩雑で、使い勝手が悪いのみならず、部品が増え、コストアップの要因ともなっている（第２図、第３図、第４図参照）。
本発明の目的は、ボリュームによるＬＣＤ駆動電圧の変更という手段によらず、ほとんどコストアップ無しに、使用状態に適した、常に良好なＬＣＤ表示を得ることができるＬＣＤの表示装置を得ることである。
発明の開示
本発明の一つの特徴によれば、使用状態を検知し、ＬＣＤ駆動の１フレーム周期中に、ＬＣＤに接続された全コモン端子と全セグメント端子との電圧の差を０又は０に近い値にする期間（Ｔ₀）を挿入し、コモン端子とセグメント端子との実効電圧を、検知された使用状態に適合した電圧に制御する。
本発明の一つの実施の形態によれば、電池などにより、使用電圧が変動する場合は、電圧検出装置を付加し、温度変動には、感温抵抗を使用するなどして温度検出装置を付加し、使用状態により視角が異なる場合、操作されたキーで使用状態を判断し、また、状態が不明の場合は、表示濃度キーを設け、使用者がキーを操作するようにして、入力装置から得られた信号を基に、ＬＣＤの表示濃度を調整する構成とする等、使用状態を検知する機構を設け、記憶した又は入力された状態に従って、ＬＣＤ駆動の１フレーム周期中に、ＬＣＤに接続された全コモン端子と、全セグメント端子の電圧の差を０Ｖにする期間（Ｔ₀）を設け、該期間（Ｔ₀）を可変にし、実効電圧を変化させる構成とする。
次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
第１図は、ＬＣＤ表示の見やすさを説明するための参考図である。
第２図は、従来のＬＣＤ駆動回路の一例を示すブロック図である。
第３図は、従来のＬＣＤ駆動電圧波形例を示す図である。
第４図は、一般的な輝度と実効電圧との相関図である。
第５図は、本発明の実施例のＬＣＤ駆動回路を示すブロック図である。
第６図は、本発明の実施例のＬＣＤ駆動電圧波形を示す図である。
第７図は、本発明の実施例のＬＣＤ駆動電圧波形を示す図である。
第８図は、本発明の実施例の輝度と実効電圧の相関図である。
発明を実施するための最良の形態
第５図は、駆動方式を１／２バイアス４時分割、Ｔ₀＝Ｍ＊Ｔとし、Ｍは０以上の整数である場合の実施例のブロック図である。
本実施例と、通常の１／２バイアス４時分割との違いは、
▲１▼ カウンタを、制御部から与えられた０以上の数値Ｍに従い、０〜（３＋Ｍ）まで繰り返し計数し、計数値を出力するようにする。
▲２▼ コモン端子出力用セレクタ、セグメント端子出力用セレクタは、カウンタから与えられた数値が４以上であれば、すべての出力端子にＶ_Qを選択し、出力する。
という点だけであり、極めて簡単な追加ですむ。
制御部は、電圧検出器やキースイッチ（図では省略）により、その状態に最適な濃度値Ｍを算出し、カウンタに出力する。
カウンタは、Ｔの入力ごとにその回数を、０〜（３＋Ｍ）まで繰り返し計数する。
コモン端子出力用セレクタは、カウンタから出力された数値により、０ならばＣＯＭ1に、１ならばＣＯＭ2に、２ならＣＯＭ3に、３ならＣＯＭ4にＶ_Qを選択し出力する。４以上であれば、すべてのＣＯＭ端子にＶ_Qを出力する。それ以外はＶ_G＝１／２Ｖ_DDを出力する。
表示用ＲＡＭは、カウンタから出力された数値により、０ならばＣＯＭ1に、１ならばＣＯＭ2に、２ならばＣＯＭ3に、３ならばＣＯＭ4に対応するデータｎビットを、セグメント端子出力用セレクタに出力する。４以上の数値であれば、ｎビットのすべてのデータを０として出力する。
セグメント端子出力用セレクタは、表示用ＲＡＭから出力されたｎビットデータに従い、ビットが１であれば、対応するセグメント端子にＶ_Nを、０であればＶ_Qを出力する。
ブロック図（第５図）で説明したＬＣＤ駆動装置を使用すると、第６図、第７図のような出力結果になる。
期間（Ｔ₀）の間、すべての端子に、同一の電圧Ｖ_Qが加えられている。
Ｔ_O＝Ｍ＊Ｔとした場合の、非点灯のセグメント（ｆ）に加えられた電圧の、実効値Ｖ_4OFF（Ｍ）を計算すると、
Ｖ_4OFF（Ｍ）²＝｛０²Ｔ＋（１／２Ｖ_DD）²×３Ｔ／２＋（−１／２Ｖ_DD）²×３Ｔ／２＋０²×ＭＴ｝／（４＋Ｍ）Ｔ
＝Ｖ_DD ²×３／（１６＋４・Ｍ）
Ｖ_4OFF（Ｍ）＝（３／（１６＋４・Ｍ））^1/2×Ｖ_DD
また、点灯セグメント（ｅ）に加えられた実効電圧Ｖ_4ON（Ｍ）を計算すると、
Ｖ_4ON（Ｍ）²＝｛（−Ｖ_DD）²×Ｔ／２＋Ｖ_DD ²×Ｔ／２＋（１／２Ｖ_DD）²×３×Ｔ／２＋（−１／２Ｖ_DD）²×３×Ｔ／２＋０²×Ｍ×Ｔ｝／（４＋Ｍ）Ｔ
＝Ｖ_DD ²×７／（１６＋４・Ｍ）
Ｖ_4ON（Ｍ）＝（７/（１６＋４・Ｍ））^1/2×Ｖ_DD
ここで、Ｍ＝０の時、上式と「従来例」での通常の１／２バイアス４時分割を比べると
Ｖ_4OFF（０）＝（３／１６）^1/2×Ｖ_DD＝Ｖ_4OFF
Ｖ_4ON（０）＝（７／１６）^1/2×ＶDD＝Ｖ_4ON
と、一致する。つまり、Ｍ＝０の時は、「ＬＣＤに接続された全コモン端子と全セグメント端子の電圧の差を０にする期間（Ｔ₀）を挿入しない」通常の１／２バイアス４時分割の状態である。
また、上式を変形して、
Ｖ_4OFF（Ｍ）＝（３／（１６＋４＊Ｍ））^1/2×Ｖ_DD＝（３／１６）^1/2×（４／（４＋Ｍ））^1/2×Ｖ_DD＝（３／１６）^1/2×Ｖ_DD’
Ｖ_4ON（Ｍ）＝（７／（１６＋４＊Ｍ））^1/2×Ｖ_DD＝（７／１６）^1/2×（４／（４＋Ｍ））^1/2×ＶDD＝（７／１６）^1/2×Ｖ_DD’
ここで、
Ｖ_DD’＝（４／（４＋Ｍ））^1/2×Ｖ_DD
である。すなわち、Ｖ_DDを変化させなくても、Ｍを変化させることにより、見かけ上の駆動電圧Ｖ_DD’が変化するため、Ｖ_DDを変化させたのと全く同じ効果を生み出していることがわかる。従って、ボリュームによりＶ_DDを調整しなくても、本発明によれば、極めてわずかなロジック部分の追加だけで、ＬＣＤ表示を最も良好な状態にできることが証明された。
Ｖ_DDが変動する機器に適用した場合を、例として上げる。上式を変形して、
Ｖ_DD’²＝Ｖ_DD ²×４／（４＋Ｍ）
Ｍ＝４×Ｖ_DD ²／Ｖ_DD’²−４
単４電池２本を直接、ＬＣＤ駆動電圧として使用する機器において、その機器の動作保証下限電圧を２Ｖとする。ＬＣＤは、Ｖ_DD＝２Ｖ、Ｍ＝０で良好な表示を得られるように設計する。このときの見かけ上の駆動電圧Ｖ_DD’は、Ｍ＝０から、Ｖ_DD’＝Ｖ_DD＝２Ｖとなる。
電池が十分ある状態、すなわちＶ_DD＝３Ｖであるとき、見かけ上の駆動電圧Ｖ_DD’＝２ＶとするＭを求めると、
Ｍ＝４×３²／２²−４＝５
となり、Ｔ₀＝５Ｔの間、全コモン端子と全セグメント端子の電圧差を０にする期間を挿入すれば、見かけ上の駆動電圧Ｖ_DD’＝２Ｖのままとなり、良好な表示が維持される。
機器を使用する際に、電圧検出器により電圧を測定し、上式でＭを算出し、それに従ってＬＣＤを駆動するように制御装置を設計することにより、電池が消耗していっても、動作保証下限電圧まで、良好なＬＣＤ表示が得られることになる。また視角が使用状態によって大きく異なる、体脂肪計付き体重計に於いても有効である。
従来例で示したのと同一条件、すなわち、角度４０°の斜め方向から見た場合、輝度Ｎ_OFFに達する実効値電圧を１．６Ｖ、Ｎ_ONになる電圧を１．８Ｖとし、角度９０°の垂直方向から見た場合、輝度Ｎ_OFFに達する実効値電圧を２．４Ｖ、Ｎ_ONになる電圧を２．８Ｖとなるように、液晶材料を配合したものとする。
Ｖ_DD＝４．４Ｖとし、視角９０°の場合、Ｍ＝０とし、視角４０°の場合、Ｍ＝２とする。
それぞれの場合の、非点灯出力Ｖ_4OFF（０）、Ｖ_4ON（０）、Ｖ_4OFF（２）、Ｖ_4ON（２）を計算すると、
Ｖ_4OFF（０）＝１．９１Ｖ Ｖ_4ON（０）＝２．９１Ｖ
Ｖ_4OFF（２）＝１．５６Ｖ Ｖ_4ON（２）＝２．３８Ｖ
視角４０°の場合、非点灯出力Ｖ_4OFF（２）時の輝度は、Ｎ_OFFより大きく、非点灯状態である。点灯出力Ｖ_4ON（２）時の輝度は、Ｎ_ONより十分小さく、点灯状態となる。
視角９０°の場合も、非点灯出力Ｖ_4OFF（０）時の輝度は、Ｎ_OFFより十分大きく、非点灯状態である。点灯出力Ｖ_4ON（０）時の輝度は、Ｎ_ONより小さく、点灯状態となる。よって、４時分割でも、Ｍ＝０または２にすることにより、広い視野角に対応した、良好なＬＣＤ表示が可能であることがわかる。これは、ＬＣＤ及びＬＣＤ駆動装置の端子数を小さく押さえたまま、良好なＬＣＤ表示を得ることができることを意味する。Ｍの値を大きくすることにより、さらに良好な表示を、さらに広範囲の視野角で実現することも可能である。
体脂肪計付き体重計に適用した場合、
設定キーが押された場合は、性別、年齢層、身長を、被測定者が入力する「設定モード」となる。制御装置は、「設定モード」の時、ＬＣＤ駆動用カウンタにＭ＝２を設定する。これにより、「設定モード」では、視角４０°程度で、最も良好な表示が得られる。
測定キーが押された場合は、被測定者が立位で、体重、生体インピーダンスを測定する「測定モード」となる。制御装置は、「測定モード」の時、ＬＣＤ駆動用カウンタにＭ＝０を設定する。これにより、「測定モード」では、視角９０°程度で、最も良好な表示が得られる。
広範囲な視野角が得られることを説明するため、Ｍ＝２としたが、実際の「設定モード」での視角は、６０°前後であるので、Ｍ＝１で十分である。
説明の簡素化のため、Ｔ₀期間中の全コモン及びセグメント端子出力電圧を、方形波交流電圧Ｖ_Qとしたが、コモン及びセグメント端子出力電圧が同一であればよいので、直流電圧、たとえばＶ_G（＝１／２Ｖ_DD）でもよい。
Ｔ₀＝Ｍ＊Ｔとしたが、Ｔ₀期間中の単位時間は、Ｔより小さい時間ｔでもよい。ｔが小さいほど、Ｔ₀期間の長さを細かく設定でき、見かけ上の実効値電圧、すなわち表示濃度を、よりきめ細かく制御できる。
本実施例では、１フレーム周期Ｔ_F中に、「常に期間（Ｔ₀）を挿入する状態」と「常に期間（Ｔ₀）を挿入しない状態」を選択するすることにより、表示濃度を制御する方法を示したが、Ｎフレーム周期を一つの周期として、そのうちのＭ回のフレーム周期のみ、期間（Ｔ₀）を挿入する状態を設けても良い。
つまり、「常に期間（Ｔ₀）を挿入する状態」の表示濃度と、「常に期間（Ｔ₀）を挿入しない状態」の表示濃度の間の表示濃度を、擬似的に作り出すことができるため、細かい表示濃度設定が可能となる。
また、実施例では、４時分割を使用しているが、もちろん３時分割、２時分割を基礎とすれば、よりよい表示を得ることができる。
更に、基本原理が、全セグメントに加えられる電圧を０とする期間を挿入して、実効値電圧を相対的に下げることであるので、１／２バイアスのみならず、１／３バイアス、１／Ｎバイアスでも同様に有効であることは明白である。
また、Ｔ₀期間中に、全コモン端子と全セグメント端子が同一電圧である必要はなく、全セグメントに加えられる電圧が小さければ良いので、１／ＮバイアスでＮが大きい場合など、バイアス電圧をきめ細かく設定できる場合は、全セグメントに加えられた電圧が各々表示に影響を与えない程度に小さくなる範囲で、全コモン端子及び全セグメント端子が、個々の電圧を持っていても良い。
ＬＣＤの端子数が限定されるような機器おいて、ボリューム等による駆動電圧調整をすることなく、少ない変更のみで、極めて安価に、使用状態にあわせた最適な表示濃度を得ることができる、ＬＣＤ駆動装置を提供できた。
また、この装置は簡単な制御で表示濃度の変更ができるため、制御装置による制御が容易である。
電池機器などで、電池が消耗して、ＬＣＤ駆動電圧が大きく下がるような機器では、通常、ＬＣＤ表示が薄く、見づらくなるが、本発明によれば、電圧検出器を設け、その検出データに従って、表示濃度を自動的に変更する制御装置を、容易に作ることができる。
また、体脂肪計付き体重計に於いては、通常、被測定者の個人データを設定するときは、ＬＣＤを斜めから見るために、表示濃度が濃すぎてクロストーク状態となり、見づらくなる。体重、インピーダンス値を測定する場合は立位であるため、ほぼ垂直方向からＬＣＤを見るために表示が薄くなり、コントラスト不足となる。
本発明によれば、個人データの設定時には、斜めから見て良好な表示が得られるような表示濃度に、測定時には、垂直方向から見て良好な表示濃度になるように、容易に制御できる。
以上の通り、本発明のＬＣＤ駆動装置は、使用者がボリュームを操作するなどの煩雑さがなく、極めて安価に、最小の端子数で、良好なＬＣＤ表示を得ることができると言う、極めて顕著な効果を有するものである。

Claims (4)

1. 複数の表示セグメントにより構成されるＬＣＤを駆動する時分割数が２以上である２時分割以上のダイナミック駆動方式のＬＣＤ駆動装置であって、
   前記複数の表示セグメントの各々は、該表示セグメントに接続されたコモン端子とセグメント端子との間における電圧の差が所定値以上であるときに点灯し、前記差が前記所定値未満であるときに消灯するように設けられており、
   前記ＬＣＤを駆動するために該ＬＣＤに出力する信号の１フレーム周期が、前記複数の表示セグメントを点灯又は非点灯させるために設けられる連続した固定期間と、前記複数の表示セグメントの各々に接続された前記コモン端子と前記セグメント端子との間における電圧の差を０又は０に近い値にして前記複数の表示セグメントのすべてを非点灯させるためにのみ前記固定期間とは別に設けられる連続した可変期間と、により構成されており、
   前記可変期間の長さが、入力装置から得られた信号であって前記ＬＣＤ駆動装置の使用状態を検知した信号に基づいて変化させられるようになっており、
   前記１フレーム周期に含まれる前記固定期間が、前記時分割数に対応する数の複数の期間Ｔであって各々が固有のコモン端子に対して特定の電圧を印加するために設けられた複数の期間Ｔを含み、
   前記時分割数が、前記ＬＣＤ駆動装置の使用状態を検知した信号に基づいて変化することなく一定となっており、これによって、前記固定期間に含まれる期間Ｔの総数及び各期間Ｔの長さが、前記ＬＣＤ駆動装置の使用状態を検知した信号に基づいて変化することなく一定となっている、
   ことを特徴とするＬＣＤ駆動装置。
2. 前記可変期間が、一定時間（ｔ）に対して、前記入力装置から得られた信号に基づいて設定された数値（Ｍ）を乗じた期間として定められる、請求項１に記載のＬＣＤ駆動装置。
3. 前記複数の表示セグメントの各々に接続された前記コモン端子と前記セグメント端子との間における電圧の差を０又は０に近い値にすることは、前記コモン端子と前記セグメント端子に対して同一の振幅及び同一の位相を有する矩形波を与えることにより実現される、請求項１又は２に記載のＬＣＤ駆動装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載のＬＣＤ駆動装置によりＬＣＤが駆動される体脂肪計付き体重計であって、
   個人データを入力する設定モードが使用されているか、又は、体重若しくは生体インピーダンスを測定する測定モードが使用されているかを、前記入力装置から得られた信号に基づいて検知し、
   前記可変期間は、前記設定モードが使用される場合には、前記測定モードが使用される場合に比べて長くされる、ことを特徴とする体脂肪計付き体重計。

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