JP4550696B2 - 液晶表示制御装置および液晶表示制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示素子の表示を制御する液晶表示制御装置に関する。

液晶表示素子では、特性の劣化を防止するために、液晶に印加される電圧の極性が定期的に反転される（極性反転駆動）。
この極性反転駆動に際して、信号線に対応して信号の極性を反転する信号線反転駆動がある（特許文献１参照）。
特開平３−５１８８７号公報

しかしながら、液晶表示素子を信号線反転駆動すると、極性の反転に電力を消費し、駆動に要する消費電力が増大し易い。
上記に鑑み、本発明は液晶表示素子を信号線反転駆動するときの消費電力の低減を図った液晶表示制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る液晶表示制御装置は、液晶表示素子の信号線を駆動する信号をその極性を制御して出力する駆動回路と、前記極性の制御と同期して、電流の流入が制御されるインダクタンス素子と、前記インダクタンス素子および前記駆動回路を順に切り換えて、前記信号線に接続させる駆動切換部と、を具備することを特徴とする。

液晶表示素子を信号線反転駆動するときの消費電力の低減を図った液晶表示制御装置を提供できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置１００を表す図である。
液晶表示装置１００は，表示部（液晶表示素子）１１０、バッファ回路１２０，制御信号発生回路１３０，信号線駆動回路（信号線ドライバ）１４０，信号線駆動切換回路１５０，走査線駆動回路（ゲートドライバ）１６０、共通電極駆動回路（コモン駆動回路）１７０を有する。

液晶表示装置１００は，表示部１１０を極性反転で駆動する。この極性反転の当初では、信号線駆動切換回路１５０のインダクタンス素子Ｌ（Ｌａ，Ｌｂ）によって共振駆動する。その後、それぞれの信号線１１１での目標駆動電圧に応じて、信号線駆動回路１４０によって駆動する。

表示部１１０は、信号線１１１（１１１（１）、１１１（２）、…），走査線１１２（１１２（１）、１１２（２）、…）、スイッチング素子１１３，画素電極１１４を有する。

信号線１１１は、画像信号を伝達するものであり、信号線駆動回路１４０により駆動される。なお、信号線１１１の容量（信号線容量）Ｃｓが破線で表されている。
ここでは、隣接する信号線１１１が逆極性で駆動され（反転駆動方式）、さらに走査線１１２ごとに極性が反転する（ドット反転駆動方式）。

ドット反転駆動方式では、次のように、表示部１１０が駆動される。例えば、あるフィールド、ある走査線１１２（ｉ）で、奇数番号の信号線１１１（１１１（１）、１１１（３）、１１１（５）、…）は正極性、偶数番号の信号線１１１（１１１（２）、１１１（４）、…）は負極性で、それぞれ駆動されたとする。この場合、次の走査線１１２（ｉ＋１）では信号線１１１の極性が反転し、奇数番号の信号線１１１は負極性、偶数番号の信号線１１１は正極性で駆動される。また、次のフィールドでも、信号線１１１の極性が反転する。
なお、信号線１１１の極性の反転は、後述のバッファアンプ１４４を極性反転信号Ｒａ，Ｒｂで制御することで実現される。

走査線（ゲート線）１１２は、走査線信号を伝達するものであり、信号線１１１と直交して配置され、走査線駆動回路１６０により駆動される。
スイッチング素子１１３は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、信号線１１１と走査線１１２の交点付近に配置され、信号線１１１および走査線１１２からの信号により画素電極１１４を制御する。
画素電極１１４に対向して共通電極が配置され、画素電極１１４と共通電極との間の液晶が画素電極１１４と共通電極間の電圧で駆動される。この結果、画素電極１１４の電圧を制御することで、表示部１１０に画像が表示される。

バッファ回路１２０は、入力される画像信号にノイズ除去や波形整形をして制御信号発生回路１３０に安定な信号を供給する回路である。
制御信号発生回路１３０は、バッファ回路１２０から画像信号を入力し、信号線駆動回路１４０，走査線駆動回路１６０、信号線駆動切換回路１５０、走査線駆動回路１６０，共通電極駆動回路１７０を制御するための制御信号を発生、出力するものであり、ゲートアレイによって構成できる。

信号線駆動回路１４０は、信号線１１１を駆動するための駆動回路で、シフトレジスタＳＲ，Ｄ−ＦＦ（フリップフロップ）１４１，ラッチ回路１４２，Ｄ／Ａ変換回路１４３，バッファアンプ１４４、配線１４５（１４５（１）、１４５（２）、…）を有する。なお、信号線駆動回路１４０は、デジタル方式とアナログ方式に分けられるが、ここではデジタル方式を例示している。

シフトレジスタＳＲは、水平同期信号ＨＳから、画像信号Ｉのサンプリング時間を指示するサンプリング指示信号を生成する。
Ｄ−ＦＦ１４１は、シフトレジスタＳＲからのサンプリング指示信号によって、画像信号Ｉをサンプリングする。この結果、画像信号Ｉは,シリアル（直列）信号からパラレル（並列）信号へと変換される。
ラッチ回路１４２は、入力されるデジタル信号をラッチし、１水平期間保持する。
Ｄ／Ａ変換回路１４３は、デジタル信号をアナログ信号に変換する変換回路である。

バッファアンプ１４４は、信号線１１１を駆動する画像信号（信号線駆動信号）を配線１４５に出力する出力バッファである。バッファアンプ１４４は、極性反転信号Ｒａ，Ｒｂによってその出力の極性の正、負を制御する（極性反転制御）。電源電圧Ｖを選択することで、出力極性が制御される。
このとき、奇数番号および偶数番号の信号線１１１に対応するバッファアンプ１４４それぞれに、互いに略１８０°位相が異なる反転制御信号Ｒａ，Ｒｂが入力される。隣接する信号線１１１で信号の極性が異なる（逆極性）ためである。

信号線駆動切換回路１５０は、信号線１１１を信号線駆動回路１４０、インダクタンス素子Ｌのいずれで駆動するかを切り換えるための回路である。なお、この詳細は後述する。
走査線駆動回路１６０は、走査線１１２を駆動するための駆動回路である。
共通電極駆動回路１７０は、表示部１１０の共通電極を駆動するための駆動回路である。

（信号線駆動切換回路１５０の詳細）
以下、信号線駆動切換回路１５０の詳細を説明する。
信号線駆動切換回路１５０は、インダクタンス共振部１５１，駆動切換部１５２を有する。
インダクタンス共振部１５１は、インダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂを共振して電力を蓄積するものであり、インダクタンス素子Ｌ（Ｌａ，Ｌｂ），スイッチ素子ＳＷ１（ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ）を有する。なお、インダクタンス素子Ｌ、スイッチ素子ＳＷ１の添え字の“ａ”，“ｂ”はそれぞれ、奇数番号および偶数番目の信号線１１１に対応する。

インダスタンスＬ（Ｌａ，Ｌｂ）は、電源Ｖ（Ｖａ，Ｖｂ）から供給された電力を蓄積し、奇数番号および偶数番号の信号線１１１を駆動するものであり、スイッチ素子ＳＷ１（ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ）によって、その共振状態が制御される。この電圧Ｖは、例えば、正の一定電圧とすることができる。
既述のように、隣接する信号線１１１は、逆極性の信号で駆動されるので、同じ極性の信号線１１１を一塊として駆動できるように、インダスタンスＬａ，Ｌｂはそれぞれ、共通バスを通じて、奇数番号および偶数番号の信号線１１１に接続される。つまり、同じ極性の信号線１１１の群が２つできることになる。

ここで、インダスタンス素子Ｌａ，Ｌｂのインダクタンス量と、奇数番号および偶数番号の信号線１１１の全容量Ｃａ，Ｃｂとで定まる共振周波数が、液晶表示装置１００の駆動周波数とほぼ一致することが好ましい。インダクタンス素子Ｌ（Ｌａ，Ｌｂ）に蓄えられたエネルギーが容量Ｃ（Ｃａ，Ｃｂ）を効率良く駆動することで、低消費電力化が容易になる。このとき、インダスタンスＬ、容量Ｃは、共振回路を構成する。即ち、信号線容量Ｃと共振するインダクタンス素子Ｌによって、信号線１１１を駆動することで、液晶表示装置１００の消費電力が低減される。

ここでは、２つのインダスタンス素子Ｌａ，Ｌｂ（２つの共振回路）それぞれで、奇数番号および偶数番号の信号線１１１を駆動している。これに対して、１つのインダスタンスＬ（１つの共振回路）を時分割に切り換えることで、奇数番号および偶数番号の信号線１１１を駆動することも可能である。なお、その場合には、奇数番号および偶数番号の信号線１１１の容量Ｃａ，Ｃｂが略同一であること、即ち、その信号線１１１の本数が同数であることが望ましい。

スイッチ素子ＳＷ１は、極性反転周期でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すスイッチであり、例えばポリシリコン膜で形成されたＭＯＳトランジスタ（ＴＦＴ）を用いることができる。スイッチ素子ＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂは、互いに略逆極性の共振制御信号Ｒ１ａ，Ｒ１ｂによって駆動され、インダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂの共振状態を制御する。

スイッチ素子ＳＷ１をＯＮにすると、インダスタンス素子Ｌおよび共通バスＢ（Ｂａ、Ｂｂ）がグランドに接続され、インダクタンス素子Ｌに電源Ｖから電流が流入し、電力が蓄積される。このとき、スイッチ素子ＳＷ３がＯＮ状態であれば、信号線１１１もグランドに接続され、信号線１１１は共通電極Ｖｃｃに対して負極性となる。
一方、スイッチ素子ＳＷ１をＯＦＦにすると、インダクタンス素子Ｌに蓄積された電力が共通バスＢに流れる。このとき、スイッチ素子ＳＷ３がＯＮ状態であれば、信号線１１１にその電力が流入し、信号線１１１が正極性になる。

駆動切換部１５２は、信号線駆動回路１４０およびインダクタンス共振部１５１と、信号線１１１との接続を切り換えるもので、スイッチ素子ＳＷ２（ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ）、ＳＷ３（ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂ）、インバータＩｖ（Ｉｖａ、Ｉｖｂ）を有する。なお、スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２，インバータＩｖの添え字の“ａ”，“ｂ”はそれぞれ、奇数番号および偶数番目の信号線１１１に対応し、互いに略逆極性の切換制御信号Ｒ２ａ，Ｒ２ｂで制御される。

スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３は、一方がＯＮのとき他方がＯＦＦとなることから、信号線駆動回路１４０およびインダクタンス共振部１５１のいずれを信号線１１１と接続するかを選択する。
スイッチ素子ＳＷ２は、信号線駆動回路１４０の配線１４５と信号線１１１の間に配置されるスイッチである。スイッチ素子ＳＷ２は、切換制御信号Ｒ２（Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ）によって駆動され、極性反転周期でＯＮ／ＯＦＦする。
スイッチ素子ＳＷ３は、インダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂと信号線１１１の間に配置されるスイッチである。スイッチ素子ＳＷ３は、共振制御信号Ｒ１（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ）によって駆動され、極性反転周期でＯＮ／ＯＦＦする。
なお、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３には、例えばポリシリコン膜で形成されたＭＯＳトランジスタ（ＴＦＴ）を用いることができる。

（液晶表示装置での消費電力）
先に、信号線駆動切換回路１５０による駆動の切換をしない場合の液晶表示装置１００ｘの消費電力がどのような要因で決まるかを検討する。なお、消費電力は、直流的に流れるバイアス電流による消費電力は含めないものとする。

（１）信号線駆動回路
信号線駆動回路１４０の消費電力を決める主要因は、ラッチ回路１４２とバッファアンプ１４４であるのでこの２つのみ考える。
ラッチ回路１４２の最大消費電力Ｐ1 は、画像信号に関係する入力等価容量をＣ1 、サンプリングクロックに関係する入力等価容量をＣck、画像のサンプリングクロックの周波数をｆs とすると、次の式（１）で表される。
Ｐ1＝（Ｃ1＋２Ｃck）×（ｆs／２）×Ｖ1^２ … (1)

バッファアンプ１４４の最大消費電力Ｐobは、信号線容量をＣs 、水平駆動周波数をｆh 、水平の画素数をＮh とすると、次の式（２）で表される。
Ｐob＝Ｎh ×Ｃs×ｆh ×Ｖs^２／２ … (2)

（２）バッファ回路
バッファ回路１２０は、省略される場合もあるが、基本的に必要であるので考慮しておく。バッファ回路１２０の最大消費電力Ｐb は、サンプリングクロックに関係する回路の入力等価容量をＣbc、画像信号に関係する回路の入力等価容量をＣbpとすると、次の式（３）で表される。
Ｐb ＝（２Ｃbc＋Ｃbp）×（ｆs／２）×Ｖｂ^２ … (3)

（３）制御信号発生回路
制御信号発生回路１３０は、信号により内部の周波数が異なるが、主に画像のサンプリングクロックｆs に対する消費電力が重要なファクタと考えられる。このため、制御信号発生回路１３０全体の最大消費電力Ｐgaは、サンプリングクロックに関係する回路の等価内部容量をＣgac 、画像信号に関係する回路の入力等価容量をＣgap とすると、次の式（４）で表される。
Ｐga＝（２Ｃgac ＋Ｃgap ）×（ｆs ／２）×Ｖga^２ … (4)

（４）共通電極駆動回路
共通電極駆動回路１７０は、共通電極の容量Ｃcを駆動するためのもので、サンプリングクロックｆsに関係する消費電力が重要なファクタと考えられる。このため、共通電極駆動回路１７０全体での最大消費電力Ｐgaは、クロックｆs に関する回路の等価内部容量をＣgac 、画像信号に関する回路の入力等価容量をＣgap とすると、次の式（５）で表される。
Ｐc ＝Ｃc ×ｆc ×Ｖc^２ … (5)

（５）走査線駆動回路
走査線駆動回路１４０は、走査線（ゲート線）１１２の容量Ｃg を駆動するためのもので、その最大消費電力Ｐg は、ゲート線の駆動周波数をｆg （通常は水平駆動周波数ｆh ）とすると、次の式（６）で表される。
Ｐg ＝Ｃg ×ｆg ×Ｖg^２ … (6)

（６）信号線駆動切換回路１５０による駆動の切換をしない場合の液晶表示装置１００ｘ全体での消費電力
以上より、液晶表示装置１００ｘ全体での消費電力Ｐa11 は、次の式で表される。
Ｐa11 ＝Ｐ1 ＋Ｐob＋Ｐb ＋Ｐga＋Ｐc ＋Ｐg
＝（Ｃ1 ＋２Ｃck）×（ｆs ／２）×Ｖ1^２
＋Ｎh ×Ｃs ×ｆh ×Ｖs^２ ／２
＋（２Ｃbc＋Ｃbp）×（ｆs ／２）×Ｖb^２
＋（２Ｃgac ＋Ｃgap ）×（ｆs ／２）×Ｖga^２
＋Ｃc ×ｆc ×Ｖc^２ ＋Ｃg ×ｆh ×Ｖg^２

ここで、共通電極は一定電圧でＮh ×Ｃs >>Ｃg とすると、次の式(７)が求まる。
Ｐa11 ＝（Ｃ1＋２Ｃck＋２Ｃbc＋Ｃbp＋２Ｃgac ＋Ｃgap ）×(ｆs ／２)×Ｖ^２
＋Ｎh ×Ｃs ×（ｆh ／２）×Ｖ^２
＝Ｐa11 （Ｃ，ｆ，Ｖ） … (7)
以上のように、液晶表示装置１００ｘ全体での消費電力Ｐa11は、容量Ｃと駆動周波数ｆ（水平周波数と画像のクロック周波数）と電圧Ｖの関係となる。

ディジタル信号処理系の消費電力は、電源電圧の低減により、比較的低減が容易である。この一方、液晶自体の駆動電圧を下げるのは容易ではなく、また、画素数の増加により、駆動周波数が高くなる傾向にある。このため、信号線１１１を駆動する電力が大きくなり易い。

信号線１１１の反転制御は信号線１１１での消費電力をより増大させる。特に、ドット反転する場合、走査線１１２毎に信号線１１１の極性を反転しなければならない。この場合、(2)式での水平駆動周波数ｆhは、ハイビジョンやＳＸＧＡクラスの信号線数になると３０ｋＨｚ〜６０ｋHz以上と大きくなり、消費電力のさらな増大を招く。

（信号線駆動切換回路１５０の動作）
信号線駆動切換回路１５０の動作を説明する。
信号線１１１を駆動する際、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３は、当初はインダクタンス素子Ｌを選択する。信号線１１１の電圧が上昇し、目標電圧に近くになると、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３は、信号線駆動回路１４０を選択する。その後、目標電圧に至るまで、信号線駆動回路１４０の選択が続行され、信号線１１１は信号線駆動回路１４０によって駆動される。

より具体的に、奇数番号、偶数番号の信号線１１１のいずれかの群（信号線群）を、負極性から正極性へと反転させることを考える。
（１）インダクタンス素子Ｌに蓄積された電磁エネルギーによる共振駆動により、負極性の信号線群を正極性まで駆動する。
（２）その後、スイッチ素子ＳＷ２，ＳＷ３を切り換えて、信号線駆動回路１４０によって信号線１１１を個別に駆動する。それぞれの画像によって、信号線１１１を駆動する電圧が異なるためである。その結果、それぞれの信号線１１１に応じて、目標とする駆動電圧に制御される。

信号線駆動切換回路１５０によって、このようなハイブリッドな駆動を行うことで、液晶表示装置１００の電圧精度の維持と消費電力の低減とを両立できる。
なお、奇数番号、偶数番号の信号線１１１のいずれかの群（信号線群）を、正極性から負極性へと反転させる場合は、スイッチ素子ＳＷ１をオンさせることで、負極性に駆動するとともに、インダクタンス素子Ｌにエネルギーを蓄える。

Ａ．タイミングチャート
図２は、極性反転信号Ｒ（Ｒａ，Ｒｂ）、共振制御信号Ｒ１（Ｒ１ａ，Ｒ１ｂ），切換制御信号Ｒ２（Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ），信号線共振電圧Ｖｓ（Ｖｓａ，Ｖｓｂ）の時間的変化を対応して表すタイミングチャートである。
信号線共振電圧Ｖｓ（Ｖｓａ，Ｖｓｂ）とは、インダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂによって、奇数番号、偶数番号の信号線１１１に印加されたときの電圧である。

極性反転信号Ｒ、共振制御信号Ｒ１、切換制御信号Ｒ２は、いずれも極性反転期間Ｔ１で繰り返されることから、互いにほぼ同期している。極性反転信号Ｒ、共振制御信号Ｒ１、切換制御信号Ｒ２によって、信号線１１１が駆動され、信号線共振電圧Ｖｓが制御される。なお、この図では、極性反転信号Ｒの正負の周期Ｔ１２、Ｔ１１を等しくしているが、これらの周期を意識的に異ならせることも可能である。

信号線駆動切換回路１５０では、次のようなシーケンスが繰り返される。
共振制御信号Ｒ１が”Ｈ”のとき、スイッチ素子ＳＷ１がオン状態となり、電源Ｖａ，Ｖｂからインダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂに電流が流れ、電磁エネルギーとして蓄積される（図２の時刻ｔ１〜ｔ４）。

共振制御信号Ｒ１が”Ｌ”のとき、スイッチ素子ＳＷ１がオフ状態となり、インダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂに蓄積された電流は、信号線１１１の等価容量Ｃseとの共振電流として、信号線１１１（Ｃse）側へ流れ、信号線電圧Ｖｓａが上昇する（図２の時刻ｔ４〜ｔ６）。

再度、共振制御信号Ｒ１が”Ｈ”になると、スイッチ素子ＳＷ１がオン状態となり、信号線１１１（Ｃse）に蓄積された電荷はグランドＧＮＤに電流として流れるとともに、インダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂに電流が流れて電磁エネルギーとして蓄積される。

図３は、共振制御信号Ｒ１ａ，信号線共振電圧Ｖｓａ、信号線共振電流Ｉｓａの時間的変化の詳細を対応して表すタイミングチャートである。なお、信号線共振電流Ｉｓａとは、インダクタンス素子Ｌａから奇数番号の信号線１１１に流入する電流である。
ここで、インダクタンス素子Ｌから見た信号線１１１の等価容量Ｃse、および共振周波数ｆｒに対して、インダクタンス素子のインダクタンス量Ｌ＝１／（（２・π・ｆｒ）^２・Ｃse）とする。

（１）時刻ｔ００〜ｔ４
インダクタンス素子Ｌａに流れる電流Ｉｌは直線的に増加する。時刻ｔ４における電流Ｉｌは以下の式で表される。
Ｉｌ＝（１／Ｌ）・∫ｖ（ｔ）ｄｔ＝Ｖ１ａ・（ｔ４−ｔ００）／Ｌ
なお、Ｖ１ａは、インダクタンスに供給される電源電圧である。

（２）時刻ｔ４〜ｔ０１
時刻ｔ４で、共振制御信号Ｒ１ａが”Ｌ”状態、切換制御信号Ｒ２ａが”Ｈ”状態となり、スイッチ素子ＳＷ１ａ、ＳＷ２ａはＯＦＦ状態、スイッチ素子ＳＷ３ａはＯＮ状態とされる。
この結果、電流がインダクタンス素子Ｌａから信号線１１１（容量Ｃse）の方向に流れ始める。電圧（Ｖｓａ−Ｖｃ）が正であるため、インダクタンス素子Ｌａに流れる電流Ｉｌは増加し、時刻ｔ０１でピークＩａｐに達する。

（３）時刻ｔ０１〜ｔ０２
時刻ｔ０１でインダクタンス素子Ｌに蓄えられた電磁エネルギー（１／２）・Ｌｉ・Ｉａｐ^２は、共振周波数ｆｒで次第に等価容量Ｃseへと移動する。その結果、等価容量Ｃseでの電圧Ｖｓａは時刻ｔ０２でピークＶsapに達する。このとき、次の式が成立する。
（１／２）・Ｌ・Ｉ_ａｐ ^２＝（１／２）・Ｃse・Ｖsap^２
Ｖsap＝（Ｌ／Ｃ）^１／２・Ｉ_ａｐ
なお、時刻ｔ０１〜ｔ０２の途中の時刻ｔ５で切換制御信号Ｒ２ａが”Ｌ”状態となり、スイッチ素子ＳＷ２ａ、ＳＷ３ａはそれぞれ、ＯＮ状態、ＯＦＦ状態とされる。即ち、信号線１１１の駆動が信号線駆動回路１４０に切り換えられる。

（４）時刻ｔ０２〜ｔ６
時刻ｔ０２で等価容量Ｃseに蓄えられた静電エネルギー（１／２）・Ｃse・Ｖ_ｃｐ ^２は次第にインダクタンス素子Ｌａに移動する。時刻ｔ００〜ｔ６が共振の半周期に当たるため、時刻ｔ６では電源電圧Ｖ１ａには達しない。

（５）時刻ｔ６〜ｔ７
時刻ｔ６でスイッチ素子ＳＷ１ａがオンとなり、等価容量Ｃseに蓄えられた電荷は、ＳＷ１ａのオン抵抗と等価容量Ｃseの時定数に従い、グランドＧＮＤに流れる。時刻ｔ７で等価容量Ｃseの電圧は０Ｖになる。

（６）時刻ｔ７〜ｔ０３
電源Ｖａからインダクタンス素子Ｌａに流れる電流は直線的に増加して、時刻ｔ０３で０Ａになる（スイッチ素子ＳＷ１ａがオンのため、等価容量Ｃseの電圧は０Ｖのまま）。

Ｂ．液晶表示装置１００での消費電力
信号線１１１の等価容量Ｃseとインダクタンス素子Ｌとの共振回路で、以下の微分方程式が成り立つ。
Ｌ・（ｄＩ_Ｌ（ｔ）／ｄｔ）＋（１／Ｃse）・∫Ｉ_Ｌ（ｔ）ｄｔ＝Ｖ１ａ
この微分方程式を解くことによって、次の式（１１）、（１２）が得られる。
ｖｃ（ｔ）＝Ｖ１ａ・（１−ｃｏｓβｔ＋（π／２）・ｓｉｎβｔ） （１１）
Ｉ_Ｌ（ｔ）＝β・Ｃse・Ｖ１ａ（ｓｉｎβｔ＋（π／２）・ｃｏｓβｔ） （１２）
ここで、β＝１／（Ｌ・Ｃse）^１／２

また、スイッチ素子ＳＷ１がオンのときに流出する電荷量ｑと、流入する電荷量が等しいことから、消費電力Ｐ_ｒｅｓｏは、以下のようになる。
Ｐ_ｒｅｓｏ＝ｆ・ｑ（ｔ４）・Ｖ１ａ
＝ｆ・Ｃse・ｖｃ（ｔ４）・Ｖ１ａ
＝２・ｆ・Ｃse・Ｖ１ａ^２
＝Ｖ１ａ^２／（π（Ｃse／Ｌ）^１／２）

信号線駆動切換回路１５０を用いずバッファアンプ１４４のみで駆動する液晶表示装置では、電源電圧をＶｄｄとすると、その消費電力Ｐ_ｂｕｆｆは以下の式で表される。
Ｐ_ｂｕｆｆ＝ｆ・Ｃse・Ｖｄｄ^２ … (８)
従って、消費電力低減率Ｅは、以下の通りとなる。
Ｅ＝Ｐ_ｒｅｓｏ／Ｐ_ｂｕｆｆ＝２・ｆ・Ｃse・Ｖ１ａ^２／（ｆ・Ｃse・Ｖｄｄ^２）
＝２・Ｖ１ａ^２／Ｖｄｄ^２

従って、共振駆動により、どこまで電源電圧Ｖ１ａを下げられるかがポイントになる。これは、時刻ｔ０２での電圧を調べれば、逆算できる。
時刻ｔ０２ではＩｗａ＝Ｉ_Ｌ（ｔ）＝０であるので、式（１２）より式（１３）が成立する。
０＝β・Ｃse・Ｖ１ａ（ｓｉｎβｔ３＋（π／２）・ｃｏｓβｔ０２）
ｓｉｎβｔ０２／ｃｏｓβｔ０２＝ｔａｎβｔ０２＝−π／２
ｔ０２＝１／（βｔａｎ^−１（−π／２）） （１３）

式（１３）を、（１）式に代入する。
ｖｃ（ｔ３）＝Ｖ１ａ（１−ｃｏｓβｔ０２＋（π／２）・ｓｉｎβｔ０２）
＝Ｖｄｄ
Ｖ１ａ／Ｖｄｄ＝１／（１−ｃｏｓβｔ０２＋（π／２）・ｓｉｎβｔ０２）
従い、次の式（１４）が成立する。
Ｅ＝２・（Ｖ１ａ／Ｖｄｄ）^２
＝２／（１−ｃｏｓβｔ３＋（π／２）・ｓｉｎβｔ３）^２ （１４）

式（１３）、（１４）から消費電力低減率Ｅを計算することができる。
式（１３）より、β・ｔ０２＝２．１３８［ｒａｄ］であるので、これを式（１４）に代入して消費電力低減率Ｅが算出される。
Ｅ＝１／４．１

図４は、液晶表示装置１００での電圧Ｖ１，電流Ｉ１，消費電力Ｐ１の周波数依存性を表したグラフであり、信号線駆動切換回路１５０を用いない場合の消費電力Ｐ０と比較している。図４で示すように、共振周波数ｆｒでは、消費電力Ｐ１を消費電力Ｐ０の約１／４にすることができる。
以上のように、信号線容量で共振するインダクタンス素子Ｌにより駆動することで、信号線駆動に要する消費電力を、約１／４以下に低減できる。極性反転駆動、特に、ドット反転駆動において有効である。

（変形例）
図２からも判るように、共振駆動時において、信号線１１１の電圧の立ち上がりに時間がかかる（時刻ｔ４〜ｔ５）。この一方、信号線１１１の電圧の立ち下がりは比較的速やかである（時刻ｔ６〜ｔ７）。
この相違に対応して、極性によって駆動時間を変えることが考えられる。

図５は、本発明の第1の実施形態の変形例に係る液晶表示装置１００ａの極性反転信号Ｒａ、共振制御信号Ｒ１ａ，切換制御信号Ｒ２，信号線共振電圧Ｖｓａの時間的変化を対応して表すタイミングチャートである。
図２での時刻ｔ２，ｔ３、ｔ７が、時刻ｔ２１，ｔ３１，ｔ７１と後に移動している。この結果、極性反転信号Ｒの正極性の周期Ｔ２２が、負極性の期間Ｔ２１より長くなっている。このようにすることで、正極性でも駆動時間を長く取ることができ、駆動時間が不足する畏れを低減できる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図６は本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置２００のバッファ回路１２０，制御信号発生回路２３０，信号線駆動回路２４０を表す図である。また、図７は、液晶表示装置２００の信号線駆動切換回路２５０を表す図である。液晶表示装置２００は表示部１１０、走査線駆動回路１６０、共通電極駆動回路１７０を有するが、液晶表示装置１００と同様であるため図示を省略している。

信号線駆動回路２４０では、バッファアンプ２４４から出力される信号線駆動信号をスイッチ素子２４６で、３つの信号線１１１（例えば、１１１（１）〜１１１（３））にそれぞれ対応する３つの配線２４５（例えば、２４５（１）〜２４５（３））に切り換えて出力する。なお、この切換出力の関係で、３つの画像信号Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３それぞれを３群のシフトレジスタＳＲとＤ−ＦＦ２４１で並列にサンプリングしている。その結果、画像信号は１水平ラインで３つに分割されている。
バッファアンプ２４４は、極性反転信号Ｒによって電源電圧Ｖを選択し、その出力の極性の正、負を制御する（極性反転制御）。それぞれのバッファアンプ２４４が互いに隣接する信号線１１１を選択しないようになっていることから、バッファアンプ２４４に入力される極性反転信号Ｒは同一となっている。

このように、１つのバッファアンプ２４４の出力を時分割に切り替えて、複数の信号線１１１を駆動させている。即ち、信号線１１１を３本置きに第１、第２、第３の信号線群に分割して駆動している。第１の信号線群は、信号線１１１（１）、１１１（４）、１１１（７）、１１１（１０）、…、第１の信号線群は、信号線１１１（２）、１１１（５）、１１１（８）、１１１（１１）、…、第３の信号線群は、信号線１１１（３）、１１１（６）、１１１（９）、１１１（１２）、…、である。

信号線駆動切換回路２５０は、信号線１１１を信号線駆動回路２４０、インダクタンス素子Ｌのいずれで駆動するかを切り換えるための回路であり、インダクタンス共振部２５１，駆動切換部２５２を有する。信号線駆動回路２４０での極性反転信号Ｒが単一であることに対応して、インダクタンス素子Ｌ，スイッチ素子ＳＷ１、ＳＷ２，ＳＷ３，インバータＩｖは、それぞれ単一となっている。

（液晶表示装置２００の動作）
図８は、極性反転信号Ｒと選択される信号線１１１との対応関係を表す図である。
信号線駆動回路２４０によって第１の信号線群が選択され、かつ正極性で駆動するときには、スイッチ素子２４６は左側の信号線１１１に接続される。その次には、スイッチ素子２４６は中央の信号線１１１に接続されて、第２の信号線群が選択され、かつ負極性で駆動する。さらに、スイッチ素子２４６は右側の信号線１１１に接続されて、第３の信号線群が選択され、かつ正極性で駆動する。このようにして、１本の走査線１１２上の画素が駆動される。

その次の走査線１１２のときには、スイッチ素子２４６が左側の信号線１１１に接続されて、第１の信号線群が選択され、かつ負極性で駆動する。第１の走査線群を再度正極性で駆動すると、極性が＋−＋＋−＋と不連続になってしまうからである。負極性から駆動することで、極性反転の連続性を保持している。

信号線駆動切換回路２５０は、極性反転信号Ｒと略同期する共振制御信号Ｒ１および切換制御信号Ｒ２で制御されて、信号線駆動回路２４０およびインダクタンス共振部２５１と、信号線１１１との接続を切り換える。

液晶表示装置２００では、信号線容量が小さくなり、共振周波数ｆｒが大きくなる傾向にある。即ち、信号線の本数等が同一の場合の液晶表示装置１００と比較すると、サンプリングクロックの周波数ｆ０が３倍になると共に、一度に動作させる信号線１１１の容量が低減される（１／３倍となる）。インダクタンス素子Ｌと信号線容量Ｃでの共振周波数ｆｒは、Ｌ・Ｃの−１／２乗に比例するので、共振周波数ｆｒをサンプリングクロック周波数ｆ０に対応させるためには、インダクタンス素子Ｌのインダクタンス量を１／３にする必要がある。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。
液晶表示装置１００，２００では、信号線駆動切換回路１５０、２５０によって、信号線１１１を極性反転している。即ち、信号線駆動回路１４０、２４０は、信号線１１１を極性反転しないことから、信号線駆動回路１４０、２４０から出力される電圧の範囲を狭めることが可能となる。この結果、バッファアンプ１４４、２４４の電源電圧Ｖを低減できる。

たとえば、信号線駆動切換回路１５０、２５０によって−５Vから５Vまで駆動できたとすると、駆動信号が±１０Vとしても、５〜１０V,−５〜ー１０Vの範囲で駆動すれば良いことになる。そこで、信号線駆動回路１４０、２４０において、正極性に対応して、電源電圧Ｖｄｄを１０Ｖ，ＧＮＤに相当する電圧Ｖｓｓを５Ｖとする。また、負極性では、電源電圧Ｖｄｄをー５Ｖ，電圧Ｖｓｓをー１０Ｖとする。このようにすることで、５Ｖ耐圧のドライバで、±１０Ｖの駆動電圧範囲を実現可能となる。この結果、電源電圧の２乗に比例する消費電力は１／４になる。

図９は、極性反転信号Ｒａ，切換制御信号Ｒ２ａ、信号線共振電圧Ｖｓａの時間的変化を対応して表すタイミングチャートである。ここでは、電圧Ｖｄｄ１〜Ｖｓｓ１，電圧Ｖｄｄ２〜Ｖｓｓ２の範囲で信号線駆動回路１４０、２４０が電圧を制御する場合を示している。
図１０は、バッファアンプ１４４、２４４の電源電圧を切り換える機構を表す図である。電源電圧Ｖｄｄとグランド相当電圧ＶｓｓそれぞれをＶｄｄ１とＶｄｄ２、Ｖｓｓ１とＶｓｓ２と２つづつ用意し、それを同時に切り替え可能としている。
なお、容量とダイオードで構成されるクランプ回路を用いることも可能である。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態を説明する。
図１１は、本発明の第４の実施形態に係わる液晶表示装置４００を示すブロック図である。液晶表示装置４００は、インダクタンス素子Ｌａ，Ｌｂを互いに接続するスイッチ素子ＳＷ４が配置されている点が、第１の実施形態と異なる。それ以外の点は、第１の実施形態と本質的に異なる訳ではないので、詳細な説明を省略する。

スイッチ素子ＳＷ４は、隣接する信号線１１１を短絡（ショート）して、これらの信号線１１１の逆極性を中和するスイッチである。極性の中和後にインダクタンス素子Ｌａ、Ｌｂで信号線１１１を共振駆動し、その後、信号線駆動回路１４０で駆動する。

例えば、信号線１１１（１）には正極性、信号線１１１（２）には負極性の信号が書き込まれて、各信号線１１１の容量Ｃ１，Ｃ２に電荷Ｑ１，Ｑ２が保持されているとする。
スイッチ素子ＳＷ４をオンにすることで、隣接する信号線（互いに逆極性）１１１の電荷を互いに打ち消すことが可能となる。その結果、電荷Ｑ１，Ｑ２が次の逆極性の駆動が行われる際に捨てられることを防止して、消費電力の低減を図れる。

信号線１１１を正極性から逆極性にする際に、スイッチ素子ＳＷ４をオンにして、信号線１１１の電圧を０V付近まで下げる。そして、スイッチ素子ＳＷ４をオフとして信号線駆動切換回路４５０により信号線１１１の電圧をマイナスまで下げる。その後、信号線駆動回路１４０に切り換えて、正確な信号を書き込む。
以上のように、本実施形態では、隣接する信号線１１１のショート、共振駆動、バッファー駆動と、駆動が３段階に別けられる。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態を説明する。
図１２は、本発明の第５の実施形態に係わる液晶表示装置５００を示すブロック図である。液晶表示装置５００は、信号線駆動回路１４０、信号線駆動切換回路５５０、平均化回路５５３を有する。

液晶表示装置５００は表示部１１０、バッファ回路１２０、制御信号発生回路１３０，走査線駆動回路１６０、共通電極駆動回路１７０を有するが、液晶表示装置１００と同様であるため図示を省略している。
信号線１１１の容量は、駆動電圧によって変化することから、液晶表示装置５００ではこの容量を検出して、インダクタンス量を変化させている。

信号線１１１の駆動容量はＣseは次の式で表される。
Ｃse＝Csig-gate＋Csig-common＋Csig-pixel
第一項と第三項は、それぞれ、信号線１１１と走査線（ゲート線）１１２のクロス容量、信号線１１１と画素電極１１４間の容量で、駆動電圧によらず、ほぼ一定である。第二項の信号線１１１と共通電極間での容量は、液晶容量が大部分であり、駆動電圧によって変化する。液晶は分子の長軸と短軸で誘電率が異なるため、その向きにより液晶容量が変化する。

駆動電圧依存部分と非依存部分は１：１程度、依存部分は、２：１程度変化するので、２−３０％程度容量が変化する。そのため、共振周波数が変化して、消費電力低減効果が小さくなる畏れがある。

平均化回路５５３は駆動電圧の平均値を算出し、これに基づいて信号線駆動切換回路５５０の可変インダクタンス素子Ｌｂｖ，Ｌａｖのインダクタンス量を変化させる。
平均化回路５５３では、奇数番号、偶数番号それぞれの信号線１１１で容量を算出している。奇数番号、偶数番号それぞれの信号線１１１で極性が異なるからである。

平均化回路５５３は、加算器４５４，Ｄ−ＦＦ（フリップフロップ）４５５，４５６，平均化演算部４５７を有する。
平均化回路５５３は、画像信号Ｉを入力し、加算し、入力のクロックに同期して、Ｄ−ＦＦ４５５，４５６でシフトさせ、２つの奇数番号部分と偶数番号部分とを分離して保持する。平均化演算部４５７は加算された電圧値を平均化する。この結果、最終的に、奇数番号、偶数番号の信号線１１１の電圧の平均それぞれが、Ｄ−ＦＦ４５５，４５６に保持される。

パラメータ“ｎ”によって、平均化演算部４５７での積算範囲が決定される。即ち、平均化演算部４５７によって本数ｎの信号線１１１での平均値が算出される。即ち、平均化演算部４５７は、加算器４５４での加算が本数ｎを越えそうになると、値をキャンセルし、加算器４５４に値を入力しない。

この“ｎ”の値は、液晶の応答性によって調整するのが好ましい。例えば、通常のTN型液晶では、応答速度が遅く、電圧が変化しても、液晶分子自体の変化は約１フィールド程度遅れる。このため、１フィールド期間の平均でその容量が変化する。このときには、１フィールド期間で平均化するとして、ｎを信号線１１１の総数Ｎの１／２に設定する。
ただし、強誘電液晶やOCB(Optical Compensated Birefringence)液晶などに代表されるベンドモードの液晶などでは応答が高速であることから、平均化する期間を短く設定したほうが良い。

インダクタンス制御部４５８は、平均化演算部４５７で算出された電圧に基づいて、液晶の容量変化に対応するように、信号線１１１を駆動するインダクタンス素子Ｌａｖ，Ｌｂｖを制御する。即ち、液晶の容量変化に応じて、共振周波数が変化することから、共振を効率よく行うために、インダクタンス素子Ｌａｖ，Ｌｂｖを制御する。容量が小さくなったら、インダクタンス素子Ｌａｖ，Ｌｂｖのインダクタンス量を大きくし、液晶の容量が大きくなったら、インダクタンス素子Ｌａｖ，Ｌｂｖのインダクタンス量を小さくする。

（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、画素の駆動方式としては、上記の実施形態に限られず、信号線を反転駆動する方式であれば各種の駆動方式を適用できる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置を表す図である。 極性反転信号等の時間的変化を対応して表すタイミングチャートである。 共振制御信号等の時間的変化の詳細を対応して表すタイミングチャートである。 液晶表示装置の電圧，電流，消費電力の周波数依存性を表すグラフである。 極性反転信号等の時間的変化を対応して表すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の一部を表す図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の信号線駆動切換回路を表す図である。 極性反転信号と選択される信号線との対応関係を表す図である。 極性反転信号等の時間的変化を対応して表すタイミングチャートである。 バッファアンプの電源電圧を切り換える機構を表す図である。 本発明の第４実施形態に係る液晶表示装置を表す図である。 本発明の第５実施形態に係る液晶表示装置を表す図である。

符号の説明

１００…液晶表示装置、１１０…表示部、１１１…信号線、１１２…走査線、１１３…スイッチング素子、１１４…画素電極、１２０…バッファ回路、１３０…制御信号発生回路、１４０…信号線駆動回路、１４１…Ｄ−ＦＦ、１４２…ラッチ回路、１４３…Ｄ／Ａ変換回路、１４４…バッファアンプ、１４５…配線、１５０…信号線駆動切換回路、１５１…インダクタンス共振部、１５２…駆動切換部、１６０…走査線駆動回路、１７０…共通電極駆動回路

Claims (2)

1. 液晶表示素子の複数の第１の信号線を駆動する複数の第１の信号を，第１の極性および第１の極性と異なる第２の極性で交互に，出力する複数の第１の出力素子と，前記液晶表示素子の前記複数の第１の信号線と異なる複数の第２の信号線を駆動する複数の第２の信号を，前記第１の信号が前記第１の極性のときに前記第２の極性で，前記第１の信号が前記第２の極性のときに前記第１の極性で，出力する複数の第２の出力素子と，を有する駆動回路と，
   前記第１の信号が前記第１の極性のときに第１の電源から電流が流入され，前記第１の信号が前記第１の極性から前記第２の極性に切り替わったときに前記第１の電源からの電流の流入が停止される第１のインダクタンス要素と，前記第２の信号が前記第１の極性のときに第２の電源から電流が流入され，前記第２の信号が前記第１の極性から前記第２の極性に切り替わったときに前記第２の電源からの電流の流入が停止される第２のインダクタンス要素と，を有するインダクタンス素子と，
   前記第１の信号が前記第１の極性から前記第２の極性に切り替わってからの第１の期間に，前記第１の信号線に第１のインダクタンス要素を接続して，前記第１の信号線に電流を注入させ，前記第１の期間の終了から前記第１の信号が前記第２の極性から前記第１の極性に切り替わるまでの第２の期間に，前記第１のインダクタンス要素に替えて，前記第１の信号線に前記第１の出力素子を接続して，前記第１の信号線に電流を注入させる第１の駆動切換部と，前記第２の信号が前記第１の極性から前記第２の極性に切り替わってからの第３の期間に，前記第２の信号線に第２のインダクタンス要素を接続して，前記第２の信号線に電流を注入させ，前記第３の期間の終了から前記第２の信号が前記第２の極性から前記第１の極性に切り替わるまでの第４の期間に，前記第２のインダクタンス要素に替えて，前記第２の信号線に前記第２の出力素子を接続して，前記第２の信号線に電流を注入させる第２の駆動切換部と，を有する駆動切換部と，
   を具備することを特徴とする液晶表示制御装置。
2. 前記第１の駆動切換部が，前記第１の信号線と前記第１のインダクタンス要素とを接続する第１のスイッチ素子と，前記第１の信号線と前記第１の出力素子とを接続する第２のスイッチ素子と，を有し，
   前記第２の駆動切換部が，前記第２の信号線と前記第２のインダクタンス要素とを接続する第３のスイッチ素子と，前記第２の信号線と前記第２の出力素子とを接続する第４のスイッチ素子と，を有する，
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶表示制御装置。

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