JP4601854B2 - 液晶表示装置、画像表示応用機器、及び情報携帯端末機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号の情報量と表示行数に応じて、液晶表示のフレーム周波数を変えて液晶パネルの消費電力を低減する液晶表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カラーの動画像等を表示する携帯端末用の表示装置として、高視野角化と高精細化による画質の向上及び応答速度短縮の点から、アクティブマトリックス型の液晶表示装置が用いられている。
【０００３】
図８は従来例のアクティブマトリックス型の液晶表示装置の構成図である。この図を用いて従来例の液晶表示装置の構成と動作について説明する。液晶パネル１はアクティブマトリックス型の液晶パネルであり、画素電極１０、走査信号線１１、データ信号線１２、スイッチング素子１３、対向電極１４を有している。
【０００４】
画素電極１０は行方向と列方向に対してマトリックス状に配置された電極であ理、夫々の液晶セルに接触している。走査信号線１１は同一行方向の画素を選択する行方向信号線であり、液晶パネル１の列方向に沿ってｐ本設けられているとする。データ信号線１２は同一列方向の画素に表示データに応じた印加電圧を伝達する列方向信号線であり、液晶パネルの行方向に沿ってｑ本設けられているとする。スイッチング素子１３は走査信号によりデータ信号線のデータを液晶セルの画素に伝えるスイッチング素子である。スイッチング素子１３は画素電極１０に接続された制御出力端、走査信号が入力される第１の制御入力端、行方向走査の画素信号が与えられる第２の制御入力端を有するもので、例えばＴＦＴで構成される。対向電極１４は各液晶セルの共通電圧を供給するための電極である。画素電極１０と対向電極１４の間に液晶セルが挟持される。１組の画素電極１０と対向電極１４と間に挟持された液晶セルを画素と呼ぶ。
【０００５】
液晶セルは画素電極１０と対向電極１４間の印加電圧によって、光を通す量を調節するシャッターの役目を果たす。ノーマリーホワイトの液晶パネルの場合、画素電極１０と対向電極１４間の印加電圧と輝度との関係は図９のようになる。各画素に対して規則的にＲＧＢに割り当て、対向電極１４側にＲＧＢのカラーフィルタを設ければ、人間の目には、ＲＧＢの光が合成されてカラー画像が認識される。画素のＲＧＢ配列に基づき、データ信号線１２にＲＧＢの画素信号を割り当てる。
【０００６】
ゲートドライバ２は液晶パネル１内の走査信号線１１に走査信号を印加する行方向駆動回路である。ソースドライバ３は液晶パネル１内のデータ信号線１２に表示データに応じた印加電圧を生成し、この電圧を画素信号として出力する列方向駆動回路である。
【０００７】
映像信号処理回路４は外部から映像信号を入力し、ソースドライバ３に対して表示データを出力する回路である。制御信号発生回路５はゲートドライバ２、ソースドライバ３、及び映像信号処理回路４に制御信号を出力する回路である。
【０００８】
次に液晶パネル１に画像を表示する動作について説明する。制御信号発生回路５がゲート駆動制御信号によりゲートドライバ２を制御すると、ゲートドライバ２は液晶パネル１の任意の行の走査信号線１１に走査信号を印加する。この走査信号線１１に接続されたスイッチング素子１３はオン状態となり、選択された走査信号線１１において、各列のデータ線１２と画素電極１０とが導通する。
【０００９】
一方、映像信号処理回路４は、走査信号を供給している行の各画素に対応した表示データを、予めソースドライバ３に供給する。そしてソースドライバ３はスイッチング素子１３がオン状態となっている間に、表示データを各画素電極１０の印加電圧に変換して出力する。そして制御信号発生回路５は、例えば液晶パネル１の最上行（ｉ＝１）から最下行（ｉ＝ｐ）にかけて順次走査の制御信号を出力することにより、液晶パネル１の全画面に情報を表示する。
【００１０】
このような液晶表示装置において、液晶パネル１への映像表示フレーム周波数は、人間の目に画面のちらつきが感じられない周波数に設定する。このため概ね６０Ｈｚ以上の周波数が用いられる。制御信号発生回路５がゲートドライバ２とソースドライバ３を制御して順次走査を行う走査周波数は、液晶表示パネル１の走査信号線数ｐと、液晶パネル１への映像表示フレーム周波数ｆtvから決まる。ソースドライバ３とスイッチング素子１３は１走査期間ＴＨ（走査周波数の逆数）に画素電極１０を十分に充電する。画素電極１０は１走査期間ＴＨに書き込まれた信号電荷を次の表示データへの更新までの１フレーム期間ＴＶ（フレーム周波数ｆtvの逆数）保持する。
【００１１】
図１０は従来の液晶表示装置の駆動タイミング図である。図中のＸｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｐ）はゲートドライバ２の出力信号を示す。Ｙｊ（ｊ＝１，２，３，・・・，ｑ）はソースドライバ３の出力信号を示す。Ｖgon はスイッチング素子１３がオンする走査信号線１１の電圧を示す。Ｖgoffはスイッチング素子１３が完全にオフする走査信号線１１の電圧を示す。Ｖij（ｉ＝１，２，３，・・・，ｐ，ｊ＝１，２，３，・・・，ｑ）はゲートドライバ２が走査信号線Ｘｉを走査しているとき、ソースドライバ３がデータ信号線Ｙｊに印加する画素電圧を示す。ＴＶは全画面を順次走査し、各画素電極１０への充電電圧を次の映像信号に基づくデータに更新するまでの１フレーム期間を示す。ＴＨは一本の走査信号線を走査する１走査期間を示す。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
携帯型端末用途の液晶表示装置を想定した場合、消費電力を削減するために、表示する映像に応じて情報量を変化させることが考えられる。例えば、多階調映像信号として自然画情報等を表示させる場合は、例えばＲＧＢ夫々に６ビットの映像信号を割り当て、液晶パネルに約２６万色表示することができる。また、２値映像信号として文字や簡単なキャラクタ情報等を表示させる場合には、ＲＧＢ夫々に１ビットの映像信号を割り当て、液晶パネルに８色で表示することができる。
【００１３】
フレーム周波数６０Ｈｚで６ビットの映像信号を表示する液晶パネル１において、２値映像信号を８色表示する場合を考える。画素電極及び対向電極による印加電圧とパネル輝度との関係として、液晶パネル１が図９に示すような特性を有するものとする。
【００１４】
従来のアクティブマトリックス型の液晶表示装置では、どのような映像情報を液晶パネルの全面に表示する場合も、また液晶パネルの１部分のみに情報を表示する場合も、液晶パネルへの映像表示のフレーム周波数は固定であった。
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、表示する映像情報の情報量と表示行数に応じてフレーム周波数を可変させることにより、映像伝達と駆動回路の動作周波数を下げて消費電力を削減することのできる液晶表示装置と、この液晶表示装置を搭載した画像表示応用機器及び情報携帯端末機器とを実現することを目的とする。
【００１６】
【発明を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、画素単位で行方向及び列方向に配置された複数の画素電極、前記画素電極と対向電極とに挟持される液晶セル、前記画素電極に接続された制御出力端、走査信号が入力される第１の制御入力端、行方向走査の画素信号が与えられる第２の制御入力端を有する複数のスイッチング素子、前記スイッチング素子の第１の制御入力端に接続され複数の行方向信号線、前記スイッチング素子の第２の制御入力端に接続された複数の列方向信号線が設けられた液晶パネルと、前記複数の行方向信号線に前記走査信号を順次に出力する行方向駆動回路と、前記複数の列方向信号線に表示データに対応した画素信号を出力する列方向駆動回路と、前記列方向駆動回路に対して表示データを出力する映像信号処理回路と、前記行方向駆動回路及び前記列方向駆動回路に対して駆動制御信号を出力し、前記映像信号処理回路に対して映像制御信号を出力する制御信号発生回路と、を具備する液晶表示装置であって、前記制御信号発生回路は、前記液晶パネルに多階調映像信号を表示する場合に、前記多階調映像信号のフレーム周波数と前記液晶パネルの列方向に配置された画素電極の数とから、前記走査信号の周波数と映像表示フレーム周波数を決定し、前記液晶パネルに２値映像信号を表示する場合に、前記走査信号の周波数と前記映像表示フレーム周波数を夫々、多階調映像信号を表示する場合より低い方へ変更することを特徴とする。
【００１８】
本願の請求項２の発明は、画素単位で行方向及び列方向に配置された複数の画素電極、前記画素電極と対向電極とに挟持される液晶セル、前記画素電極に接続された制御出力端、走査信号が入力される第１の制御入力端、行方向走査の画素信号が与えられる第２の制御入力端を有する複数のスイッチング素子、前記スイッチング素子の第１の制御入力端に接続され複数の行方向信号線、前記スイッチング素子の第２の制御入力端に接続された複数の列方向信号線が設けられた液晶パネルと、前記複数の行方向信号線に前記走査信号を順次に出力する行方向駆動回路と、前記複数の列方向信号線に表示データに対応した画素信号を出力する列方向駆動回路と、前記列方向駆動回路に対して表示データを出力する映像信号処理回路と、前記行方向駆動回路及び前記列方向駆動回路に対して駆動制御信号を出力し、前記映像信号処理回路に対して映像制御信号を出力する制御信号発生回路と、を具備する液晶表示装置であって、前記制御信号発生回路は、前記液晶パネルに２値映像信号を表示する場合に、前記スイッチング素子により前記列方向信号線と前記画素電極とが導通されている期間を、多階調映像信号を表示する場合と同一に保持した状態にし、互いに隣接する行方向信号線に対する前記走査信号の発生タイミングを多階調映像信号の表示の場合より遅らせることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における液晶表示装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の液晶表示装置の構成を示すブロック図であり、従来例と同一部分は同一の符号を付けて説明する。液晶パネル１、ゲートドライバ２、ソースドライバ３、及び映像信号処理回路４の内部構成は従来例と同一である。
【００２２】
制御信号発生回路５Ａは、ゲート駆動制御信号をゲートドライバ２に出力し、ソース駆動制御信号をソースドライバ３に出力し、映像回路制御信号を映像信号処理回路４に出力する。本実施の形態の制御信号発生回路５Ａは、ゲート駆動制御信号とソース駆動制御信号のタイミングを、映像信号の情報量及び液晶パネル１の表示行数に応じて変えることで、液晶表示装置全体の駆動タイミングを変化させる。具体的には、制御信号発生回路５Ａは、液晶パネル１に多階調映像信号を表示する場合に、多階調映像信号のフレーム周波数と液晶パネル１の列方向に配置された画素電極の数とから、走査信号の周波数と映像表示フレーム周波数を決定し、液晶パネル１に２値映像信号を表示する場合に、走査信号の周波数と映像表示フレーム周波数を夫々、多階調映像信号を表示する場合より低い方へ変更する。
【００２３】
図２はＸｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｐ）はゲートドライバ２の出力信号を示すタイミング図である。図３はＹｊ（ｊ＝１，２，３，・・・，ｑ）はソースドライバ３の出力信号を示すタイミング図である。図２のＶgon はスイッチング素子１３がオンする走査信号線１１の電圧を示し、Ｖgoffはスイッチング素子１３が完全にオフする走査信号線１１の電圧を示す。図３のＶij（ｉ＝１，２，３，・・・，ｐ，ｊ＝１，２，３，・・・，ｑ）はゲートドライバ２が走査信号線Ｘｉを走査しているときに、ソースドライバ３がデータ信号線Ｙｊに印加する画素電圧を示す。
【００２４】
ＴＨ１は映像信号が多階調データのときに、ゲートドライバ２が任意の１本の走査信号線１１にＶgon を出力する１走査線選択期間を示し、走査信号の周波数と逆数関係にある。ＴＶ１は映像信号が多階調データのときに、任意の走査信号線を選択してから、次に同じ走査信号線を選択するまでの１フレーム期間を示し、映像表示フレーム周波数と逆数関係にある。ゲートドライバ２は全ての走査信号線１１を１フレーム期間に順次選択走査する。
【００２５】
ＴＨ２は映像信号が２値データのときに、ゲートドライバ２が任意の１本の走査信号線１１にＶgon を出力する１走査線選択期間を示し、ＴＨ２＞ＴＨ１である。ＴＶ２は映像信号が２値データのときに、任意の走査信号線を選択してから、次に同じ走査信号線を選択するまでの１フレーム期間を示し、ＴＶ２＞ＴＶ１である。
【００２６】
制御信号発生回路５Ａは、映像信号に同期して与えられる多階調データと２値データのいずれの映像信号かを示す識別情報に応じて、ゲートドライバ２及びソースドライバ３の動作タイミングを変化させる。映像信号が多階調データである場合に、１走査期間はＴＨ１とし、１フレーム期間はＴＶ１とするようにゲートドライバ２とソースドライバ３とに制御信号を出力する。ＴＶ１は液晶表示装置に入力される映像信号のフレーム周波数から決まり、ＴＨ１はＴＶ１と液晶パネル１の列方向の画素電極の行数から決まる。
【００２７】
映像信号が２値データである場合には、１走査期間をＴＨ２とし、１フレーム期間をＴＶ２として、それらの値が夫々ＴＨ１、ＴＶ１よりも長くなるようにゲートドライバ２とソースドライバ３とに制御信号を出力する。この場合、ＲＧＢ夫々の画素に対する印加電圧としてＶＬとＶＨの２値を用いれば、フレーム周波数を３０Ｈｚ程度に下げても、表示への影響は少ないといえる。即ち、２値映像信号を表示する場合には、液晶セルでの信号電荷に多少の低下があっても、これを無視できるので、フレーム周波数を下げることができる。
【００２８】
このように、２値データを表示するときは、多階調データを表示するときに比べてフレーム周波数を下げることで、映像信号に応じて液晶パネル１に表示するフレーム周波数を変化させることができる。従って、液晶表示装置の入力映像信号の周波数を下げることができ、消費電力を削減できる。
【００２９】
また、液晶パネル１が図９のような特性を持つ場合、例えば２値データとして、画素印加電圧がＶＬとＶＨとなるようにソースドライバ３の出力電圧を決めれば、フレーム周波数を多階調データ時の１／２程度としても、表示上の問題は生じない。
【００３０】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における液晶表示装置について説明する。液晶表示装置の構成は図１と同一であるが、制御信号発生回路５Ｂの動作が制御信号発生回路５と異なる。制御信号発生回路５Ｂは、液晶パネル１の行方向の一部分に映像信号を表示するときに、表示行数に応じて走査信号の周波数を変えるように制御する。
【００３１】
ここでは液晶パネル１の行方向の１部にのみ画像を表示させる場合の動作を説明する。図４及び図５はこのような場合の液晶表示装置の駆動タイミング図であり、表示開始位置からｉ行間のみに画像を表示する場合を示している。図４のＸｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｐ）と、図５のＹｊ（ｊ＝１，２，３，・・・，ｑ）、Ｖgon 、Ｖgoff、Ｖij、ＴＨ１、ＴＶ１の意味は実施の形態１で用いたものと同様である。
【００３２】
ＴＨ３は、映像信号が２値データであり、液晶パネル１の行方向の１部にのみに画像を表示するとき、ゲートドライバ２が任意の１本の走査信号線１１にＶgon を出力する場合の１走査線選択期間である。ＴＨ３は、ＴＶ１を部分表示行数で割った数に設定できる。従って、制御信号発生回路５Ｂからゲートドライバ２及びソースドライバ３に出力するゲート駆動制御信号とソース駆動制御信号の数を減らすことができ、液晶表示装置の消費電力を削減できる。
【００３３】
本実施の形態では、２値データで液晶パネル１の行方向の一部分にのみ画像を表示するときのタイミングを示したが、２値データを表示する場合のフレーム周波数を小さくする図２及び図３のようなタイミングとすることもできるし、多階調データで液晶パネル１の行方向の一部分のみに画像を表示する構成とすることもできる。また液晶パネル１に２値映像信号を表示する場合に、信号発生回路５Ｂは走査信号の周波数と映像表示フレーム周波数を、多階調映像信号を表示する場合より低い方へ変更してもよい。
【００３４】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における液晶表示装置について説明する。液晶表示装置の構成は図１と同一であるが、制御信号発生回路５Ｃの動作が制御信号発生回路５と異なる。制御信号発生回路５Ｃは、液晶パネル１に２値映像信号を表示する場合に、スイッチング素子１３により列方向信号線と画素電極１０とが導通されている期間を、多階調映像信号を表示する場合と同一に保持した状態にし、互いに隣接する行方向信号線に対する走査信号の発生タイミングを多階調映像信号の表示の場合より遅らせる。
【００３５】
映像信号が多階調データと２値データを切り替えて表示する本実施の形態のタイミングを図６及び図７に示す。図６のＸｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｐ）、図７のＹｊ（ｊ＝１，２，３，・・・，ｑ）、及びＶgon 、Ｖgoff、Ｖij、ＴＨ１、ＴＶ１、ＴＶ２の意味は、実施の形態１又は２の場合と同様である。図７に示すように、映像信号が２値データのときには、画素電極１０に多階調データの場合の１走査期間（ＴＨ１）のみ充電する。（ＴＨ２−ＴＨ１）の時間はスイッチング素子１３により、データ信号線１２と画素電極１０を非導通とすると共に、ソースドライバ３からデータ信号線１２への駆動出力をカットするように制御しているので、消費電力の削減が図れる。
【００３６】
なお、液晶パネル１の行方向の１部にのみ画像を表示させる場合に、１走査期間を表示行数に応じて決めたときに、画素電極１０の充電期間をＴＨ１のみとするタイミングとすることもできる。
【００３７】
以上のように、制御信号発生回路５Ａ〜５Ｃは、液晶パネル１に多階調映像信号を表示する場合に、多階調映像信号のフレーム周波数と液晶パネルの列方向に配置された画素電極の数とから、走査信号の周波数と映像表示フレーム周波数を決定する。
【００３８】
以上のような液晶表示装置を画像表示応用機器や情報携帯端末機器に用いることができる。電池で駆動されるノートパソコン等の画像表示応用機器、又はＰＤＡ、携帯電話等の情報携帯端末機器においては、１回の充電に対する電池寿命が携帯機器の評価対象となる。このような場合、本発明は電池の長寿命化の有力な手段となる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、映像情報の情報量と表示行数に応じて走査線選択時間とフレーム周波数を可変させることにより、液晶表示装置の消費電力を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１〜３における液晶表示装置の全体構成図
【図２】実施の形態１における液晶表示装置の動作（その１）を示すタイミング図
【図３】実施の形態１における液晶表示装置の動作（その２）を示すタイミング図
【図４】実施の形態２における液晶表示装置の動作（その１）を示すタイミング図
【図５】実施の形態２における液晶表示装置の動作（その２）を示すタイミング図
【図６】実施の形態３における液晶表示装置の動作（その１）を示すタイミング図
【図７】実施の形態３における液晶表示装置の動作（その２）を示すタイミング図
【図８】従来例の液晶表示装置の全体構成図
【図９】液晶表示パネルにおける画素電極の印加電圧と輝度との関係を示す特性図
【図１０】従来例の液晶表示装置の動作タイミング図
【符号の説明】
１ 液晶パネル
２ ゲートドライバ
３ ソースドライバ
４ 映像信号処理回路
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ 制御信号発生回路
１０ 画素電極
１１ 走査信号線
１２ データ信号線
１３ スイッチング素子
１４ 対向電極
Ｘ１，Ｘ２，Ｘｉ，Ｘｐ 走査信号線
Ｙ１，Ｙ２，Ｙｊ，Ｙｑ データ信号線
Ｖ11，Ｖ21，Ｖij，Ｖ12，Ｖ22，Ｖi2，Ｖij，Ｖ2j，Ｖij，Ｖ1q，Ｖ2q，Ｖiqソースドライバの出力電圧
ＴＨ１ 多階調データ時の１走査線選択期間
ＴＨ２ ２値データ時の１走査線選択期間
ＴＶ１ 多階調データ時の１フレーム期間
ＴＶ２ ２値データ時の１フレーム期間

Claims (2)

1. 画素単位で行方向及び列方向に配置された複数の画素電極、前記画素電極と対向電極とに挟持される液晶セル、前記画素電極に接続された制御出力端、走査信号が入力される第１の制御入力端、行方向走査の画素信号が与えられる第２の制御入力端を有する複数のスイッチング素子、前記スイッチング素子の第１の制御入力端に接続され複数の行方向信号線、前記スイッチング素子の第２の制御入力端に接続された複数の列方向信号線が設けられた液晶パネルと、
   前記複数の行方向信号線に前記走査信号を順次に出力する行方向駆動回路と、
   前記複数の列方向信号線に表示データに対応した画素信号を出力する列方向駆動回路と、
   前記列方向駆動回路に対して表示データを出力する映像信号処理回路と、
   前記行方向駆動回路及び前記列方向駆動回路に対して駆動制御信号を出力し、前記映像信号処理回路に対して映像制御信号を出力する制御信号発生回路と、を具備する液晶表示装置であって、
   前記制御信号発生回路は、
   前記液晶パネルに多階調映像信号を表示する場合に、前記多階調映像信号のフレーム周波数と前記液晶パネルの列方向に配置された画素電極の数とから、前記走査信号の周波数と映像表示フレーム周波数を決定し、
   前記液晶パネルに２値映像信号を表示する場合に、前記走査信号の周波数と前記映像表示フレーム周波数を夫々、多階調映像信号を表示する場合より低い方へ変更することを特徴とする液晶表示装置。
2. 画素単位で行方向及び列方向に配置された複数の画素電極、前記画素電極と対向電極とに挟持される液晶セル、前記画素電極に接続された制御出力端、走査信号が入力される第１の制御入力端、行方向走査の画素信号が与えられる第２の制御入力端を有する複数のスイッチング素子、前記スイッチング素子の第１の制御入力端に接続され複数の行方向信号線、前記スイッチング素子の第２の制御入力端に接続された複数の列方向信号線が設けられた液晶パネルと、
   前記複数の行方向信号線に前記走査信号を順次に出力する行方向駆動回路と、
   前記複数の列方向信号線に表示データに対応した画素信号を出力する列方向駆動回路と、
   前記列方向駆動回路に対して表示データを出力する映像信号処理回路と、
   前記行方向駆動回路及び前記列方向駆動回路に対して駆動制御信号を出力し、前記映像信号処理回路に対して映像制御信号を出力する制御信号発生回路と、を具備する液晶表示装置であって、
   前記制御信号発生回路は、
   前記液晶パネルに２値映像信号を表示する場合に、前記スイッチング素子により前記列方向信号線と前記画素電極とが導通されている期間を、多階調映像信号を表示する場合と同一に保持した状態にし、互いに隣接する行方向信号線に対する前記走査信号の発生タイミングを多階調映像信号の表示の場合より遅らせることを特徴とする液晶表示装置。

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