JP6153530B2 - 液晶表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

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Description

本発明は、液晶表示装置およびその駆動方法に関し、特に、休止駆動によって画像を表示する液晶表示装置およびその駆動方法に関する。
近年、小型で軽量の電子機器の開発が活発に行われている。このような電子機器に搭載される液晶表示装置は低消費電力であることが求められている。液晶表示装置の消費電力を低減する駆動方法の1つとして、走査線を走査して信号電圧の書込みを行う駆動期間と、全ての走査線を非走査状態にして書込みを休止する休止期間とを設ける「休止駆動」と呼ばれる駆動方法がある。休止駆動では、休止期間に、走査線駆動回路および/またはデータ信号線駆動回路に制御用の信号などを与えないようにして、走査線駆動回路および/またはデータ信号線駆動回路の動作を休止させることにより、液晶表示装置の低消費電力化を図る。このような休止駆動は「低周波駆動」または「間欠駆動」とも呼ばれる。
例えば、日本の特開2004−78124号公報は、データ信号を信号線に取り込むためのクロック信号を生成するクロック信号生成回路の動作を停止させることにより、休止期間における消費電力を低減することを開示している。
日本の特開2004−78124号公報
休止駆動では、休止期間のフレーム数を増やせば増やすほど消費電力を低減することができる。例えばリフレッシュレートを1Hzにすれば、リフレッシュフレームのフレーム数が1フレーム、ノンリフレッシュフレームのフレーム数が59フレームになり、消費電力を大幅に低減することができる。しかし、後述する理由により、1回目のリフレッシュを開始してから3回目のリフレッシュを終了するまでの2秒間に残像が視認されるという問題が生じる。このように、リフレッシュレートを低くすれば、単位時間あたりに画面をリフレッシュする回数が少なくなるので、残像が長く視認されるようになる。
休止駆動時にこのような残像が視認される理由を説明する。まず、液晶表示装置の表示部に含まれる画素形成部の構成について説明する。各画素形成部には、スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:以下「TFT」という)が設けられている。TFTのソース端子は信号線に、ゲート端子は走査線に、ドレイン端子は画素電極にそれぞれ電気的に接続されている。画素電極は、すべての画素に共通的に設けられた共通電極との間で液晶容量を形成している。信号線からTFTを介して、画像データに応じた信号電圧(駆動用画像信号)が液晶容量に書き込まれれば、液晶分子が信号電圧に対応する方向に配向し、液晶表示装置は画像データによって表される画像を表示する。
液晶容量は、液晶誘電率をε、画素電極と共通電極との相対面積をS、画素電極と共通電極との距離をdとしたとき、一般に次式で表される。
Clc=ε×S/d
この液晶誘電率εには異方性があり、液晶分子の配向方向によってその値が異なる。また液晶の透過率は液晶分子の配向方向によって制御されるため、階調によって液晶誘電率εが異なることになる。
図14は、従来の液晶表示装置における通常駆動を示すタイミングチャートの一例である。図14に示すように、走査期間ごとに、白表示を行うための正極性の電圧と負極性の電圧を液晶容量に交互に印加する。1回目の走査期間に、正極性の電圧を液晶容量に印加すると、液晶分子は印加電圧に対応する方向に近づくように配向する。しかし、液晶容量は白表示に必要な容量(図中の一点鎖線)に到達せず、液晶容量の印加電圧は白表示に必要な電圧Vaに到達しない。そこで、2回目以後の駆動フレームにおいて白表示に必要な電圧を印加することにより、液晶容量は白表示に必要な容量に到達し、印加電圧は白表示に必要な電圧Vaに到達する。
次に、従来の休止駆動について説明する。図15は、従来の液晶表示装置における第1の休止駆動を示すタイミングチャートの一例である。図15に示すように、走査期間が1フレーム期間だけ設けられている。この走査期間に、白表示を行うために負極性の電圧が液晶容量に印加され、その後は休止期間になる。液晶分子は、走査期間に印加された電圧に対応する方向に近づくように配向する。しかし、液晶分子の配向方向は、書き込み期間内に印加電圧に追従して変化しきれないので、液晶容量の変化は印加電圧の変化に比べて遅れる。このため、書き込み期間が終了したときの液晶容量は、白表示に必要な容量(図中の一点鎖線)に到達することができない。その結果、印加電圧も白表示に必要な電圧Vaに到達せず、それよりも低い電圧Vbまでしか上昇することができない。この電圧VaとVbの差が、画面上で残像が視認される原因になる。
そこで、本発明は、休止駆動時に視認される残像を早期に視認できなくすると共に、目標リフレッシュレートへの移行中および移行後の消費電力を低減することができる液晶表示装置およびその駆動方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の局面は、目標リフレッシュレートで休止駆動を行う液晶表示装置であって、
複数の画素形成部を含む表示部と、
前記表示部を駆動する駆動部と、
外部から受け取るデータに基づいて前記駆動部を制御する表示制御部とを備え、
前記表示制御部は、目標リフレッシュレートに到達するまでの休止駆動期間を、リフレッシュフレームを少なくとも3つ設けた第1リフレッシュ期間と、前記第1リフレッシュ期間の終了時のリフレッシュレートから前記目標リフレッシュレートになるまで、前記第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量よりも大きな変化量となるようにノンリフレッシュフレームのフレーム数を増やしながらリフレッシュを行う第2リフレッシュ期間とに分けてリフレッシュを行い、前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートが前記目標リフレッシュレートに到達したときに前記第2リフレッシュ期間を終了して、前記目標リフレッシュレートで休止駆動を継続することを特徴とする。
本発明の第2の局面は、本発明の第1の局面において、
前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームフレーム数を複数とすることを特徴とする。
本発明の第3の局面は、本発明の第2の局面において、
前記第2リフレッシュ期間における前記ノンリフレッシュフレームのフレーム数を、公差が2以上の等差級数的に増やすことを特徴とする。
本発明の第4の局面は、本発明の第2の局面において、
前記第2リフレッシュ期間における前記ノンリフレッシュフレームのフレーム数を、公比が2以上の等比級数的に増やすことを特徴とする。
本発明の第の局面は、本発明の第1の局面において、
前記第1リフレッシュ期間のリフレッシュフレームフレーム数を少なくとも3とし、各リフレッシュフレームとリフレッシュフレームとの間のノンリフレッシュ期間に少なくとも1つのノンリフレッシュフレームが設けられていることを特徴とする。
本発明の第の局面は、本発明の第の局面において、
前記第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数を、ノンリフレッシュ期間ごとに公差が1以上の等差級数的に増やすことを特徴とする。
本発明の第の局面は、本発明の第の局面において、
前記第1リフレッシュ期間における各ノンリフレッシュ期間のノンリフレッシュフレームのフレーム数は同じであることを特徴とする。
本発明の第の局面は、本発明の第1の局面において、
前記表示制御部は、交流駆動のための制御を行い、
前記第1リフレッシュ期間および前記第2リフレッシュ期間の全期間において、正極性リフレッシュフレームを設けたリフレッシュ期間および当該リフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる正極性期間と、負極性のリフレッシュフレームを設けたリフレッシュ期間および当該リフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる負極性期間とを略同じ割合で設けることを特徴とする。
本発明の第の局面は、本発明の第1の局面において、
前記表示制御部は、前記第1または前記第2リフレッシュ期間内に、更新された前記データを受け取ったとき、リフレッシュおよびリフレッシュの休止を中止し、更新された前記データを用いて前記第1リフレッシュ期間から新たにリフレッシュフレームを設けることを特徴とする。
本発明の第10の局面は、本発明の第の局面において、
前記データは、前記表示制御部が外部から不定期に受け取るデータであることを特徴とする。
本発明の第11の局面は、本発明の第の局面において、
前記データは、外部から所定の周期で定期的に受け取るデータであることを特徴とする。
本発明の第12の局面は、本発明の第1の局面において、
前記画素形成部は、前記表示部内の走査線に制御端子が接続され、前記表示部内の信号線に第1導通端子が接続され、表示すべき画像に応じた電圧が印加されるべき、前記表示部内の画素電極に第2導通端子が接続され、酸化物半導体によりチャネル層が形成された薄膜トランジスタを含むことを特徴とする。
本発明の第13の局面は、本発明の第12の局面において、
前記酸化物半導体は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)および酸素(О)を主成分とするInGaZnOxであることを特徴とする。
本発明の第14の局面は、複数の画素形成部を含む表示部と、前記表示部を駆動する駆動部と、外部から受け取るデータに基づいて前記駆動部を制御する表示制御部とを備え、目標リフレッシュレートで休止駆動を行う液晶表示装置の駆動方法であって、
目標リフレッシュレートに到達するまでの休止駆動時の第1リフレッシュ期間に、リフレッシュフレームを少なくとも3つ設けるステップと、
前記第1リフレッシュ期間の終了後の第2リフレッシュ期間に、前記第1リフレッシュ期間の終了時のリフレッシュレートから前記目標リフレッシュレートになるまで、前記第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量よりも大きな変化量でノンリフレッシュフレームのフレーム数を増やしながらリフレッシュを行うステップと、
前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートが前記目標リフレッシュレートに到達したときに前記第2リフレッシュ期間を終了して、前記目標リフレッシュレートで休止駆動を継続するステップとを備え、
前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームを設けるステップは、前記第2リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量が前記第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量よりも大きくなるようにリフレッシュフレームを設けることを特徴とする。
本発明の第1の局面によれば、第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートを、第1リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートよりも速く変化させる。これにより、休止駆動時に視認される残像を見えなくするために必要なリフレッシュを行う第1リフレッシュ期間に少なくとも3回行い、かつ、第2リフレッシュ期間において、第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量よりも大きな変化量となるようにノンリフレッシュ期間のフレーム数を増やしながらリフレッシュレートを段階的に遅くする。これにより、休止駆動の目標リフレッシュレートにより速く到達することが可能になる。その結果、第1フレームにおいて1回目のリフレッシュを行ってから、早期に残像を視認できなくすることができる。また、休止駆動の目標リフレッシュレートに短時間で移行することができるので、目標リフレッシュレートへの移行中および移行後のリフレッシュ回数を削減できる。これにより、この期間の液晶表示装置の消費電力を低減することができる。
本発明の第2の局面によれば、第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームのフレーム数を複数とすることにより、画像の表示品位の劣化を抑制しつつ、休止駆動の目標リフレッシュレートに短時間で到達することができる。これにより、休止駆動を開始してから目標リフレッシュレートに到達するまでの液晶表示装置の消費電力を低減することができる。
本発明の第3の局面によれば、第2リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数を、公差が2以上の等差級数的に増やすことができるので、リフレッシュレートを段階的に低くしつつ、目標リフレッシュレートにより速く到達する。これにより、休止駆動を開始してから目標リフレッシュレートに到達するまでの液晶表示装置の消費電力をより低減することができる。
本発明の第4の局面によれば、第2リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数を、公比が2以上の等比級数的に増やすことができるので、リフレッシュレートを段階的に低くしつつ、目標リフレッシュレートにより一層速く到達する。これにより、休止駆動を開始してから目標リフレッシュレートに到達するまでの液晶表示装置の消費電力をより一層低減することができる。
本発明の第の局面によれば、第1リフレッシュ期間のリフレッシュフレームのフレーム数を少なくとも3とし、休止駆動において残像を視認できなくすることができる。また、各リフレッシュとリフレッシュとの間のノンリフレッシュ期間に少なくとも1つのノンリフレッシュフレームが設けられている。これにより、いろいろな周波数で外部から入力されるデータに対して、それぞれに応じた効果的な休止駆動を実現することができる。
本発明の第の局面によれば、第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュ期間のノンリフレッシュフレームのフレーム数を、公差が1の等差級数的に増やすので、第1リフレッシュ期間を短時間で終了させることができる。これにより、休止駆動時の残像を短時間で視認できなくすることができる。
本発明の第の局面によれば、第1リフレッシュ期間における各ノンリフレッシュ期間のノンリフレッシュフレームのフレーム数が同じであるので、本発明の第7の局面の場合と同様に、第1リフレッシュ期間を短時間で終了させることができる。これにより、休止駆動時の残像を短時間で視認できなくすることができる。
本発明の第の局面によれば、第1および第2リフレッシュ期間の全期間を通して、正極性リフレッシュフレームを設けたリフレッシュ期間およびリフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる正極性期間と、負極性リフレッシュフレームを設けたりフレッシュ期間およびリフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる負極性期間とを略同じ割合にしたりすることにより、液晶層は良好な極性バランスで交流駆動される。これにより、液晶層の劣化を抑制することができる。
本発明の第の局面によれば、第1または第2リフレッシュ期間内に更新されたデータを受け取ったとき、更新されたデータを用いて第1リフレッシュ期間から新たにリフレッシュフレームを設ける。これにより、データが更新されたとき、表示部の画面もただちにリフレッシュされ、更新された画像を表示することができる。
本発明の第10の局面によれば、外部から不定期に受け取るデータを用いてリフレッシュを行うことにより、本発明の第1の局面による効果と同様の効果を奏する。
本発明の第11の局面によれば、外部から所定の周期で定期的に受け取るデータを用いてリフレッシュを行うことにより、本発明の第1の局面による効果と同様の効果を奏する。
本発明の第12の局面によれば、画素形成部内の薄膜トランジスタとしてチャネル層が酸化物半導体により形成された薄膜トランジスタが用いられる。このような薄膜トランジスタではリーク電流が少なくなるので、画素形成部に書き込まれた電圧を長時間にわたって十分なレベルで保持できる。これにより、表示輝度の変化はさらに小さくなり、表示品位の低下をさらに抑制できる。
本発明の第13の局面によれば、チャネル層を形成する酸化物半導体としてInGaZnOxを用いることによって、本発明の第12の局面による効果を確実に達成することができる。
本発明の第14の局面によれば、本発明の第1の局面による効果と同様の効果を奏する。
第1の基礎検討において、画像データが30Hzで更新されているときの液晶表示装置のリフレッシュ動作を説明するための図である。 第1の基礎検討において、画像データが20Hzで更新されているときの液晶表示装置のリフレッシュ動作を説明するための図である。 第1の基礎検討において、画像データの更新が行われたとき、リフレッシュを休止する期間ごとにフレーム数を1フレームずつ増加させながら、休止駆動の目標リフレッシュレートに到達するまでの液晶表示装置の動作を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 図1に示す液晶表示装置に含まれる、ビデオモードRAMスルーに対応した表示制御回路の構成を示すブロック図である。 図1に示す液晶表示装置に含まれる、ビデオモードRAMキャプチャーに対応した表示制御回路の構成を示すブロック図である。 図1に示す液晶表示装置に含まれる、コマンドモードRAMライトに対応した表示制御回路の構成を示すブロック図である。 上記第1の実施形態に係る液晶表示装置の動作の一例を説明するための図である。 上記第1の実施形態の変形例に係る液晶表示装置の動作の一例を説明するための図である。 本発明の第1の実施形態の変形例に係る液晶表示装置の動作の他の一例を説明するための図である。 本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置の動作の一例を説明するための図である。 本発明の第3の実施形態において設定される最適な極性制御について説明するための信号波形図である。 本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置の動作の一例を説明するための図である。 従来の液晶表示装置における通常駆動を示すタイミングチャートの一例である。 従来の液晶表示装置における第1の休止駆動を示すタイミングチャートの一例である。
<1.基礎検討>
<1.1 第1の基礎検討>
図1は、画像データが30Hzで更新されているときの液晶表示装置のリフレッシュ動作を説明するための図であり、図2は、画像データが20Hzで更新されているときの液晶表示装置のリフレッシュ動作を説明するための図である。なお、後述する各図における各矩形ボックスは1フレームを示し、リフレッシュを行うリフレッシュフレームには「R」を付し、リフレッシュを休止するノンリフレッシュフレームには「N」を付している。
まず、図1を参照して、30Hzで更新された画像データがホストから送信されてくる場合について説明する。この場合、画像データは1フレームおきに更新されている。表示制御回路は、このような画像データを受信すると、液晶誘電率の異方性に起因する残像を視認できなくするためには、更新された画像データを用いて第1フレームで1回目のリフレッシュを行うだけでなく、さらに同じ画像データを用いて第2および第3フレームでリフレッシュを行うことにより、合計3回のリフレッシュを行うことが好ましい。このため、リフレッシュを休止する予定であった第2フレームを利用して2回目のリフレッシュを行う。しかし、第3フレームで3回目のリフレッシュを行おうとすると、ホストから更新された画像データが送信されてくる。
そこで、表示制御回路は、第3フレームで、3回目のリフレッシュを行うことなく、更新された画像データを用いて1回目のリフレッシュを行い、さらに同じ画像データを用いて第4フレームで2回目のリフレッシュを行う。しかし、第5フレームで3回目のリフレッシュを行おうとすると、ホストからさらに更新された画像データが送信されてくる。このため、表示制御回路は、第5フレームで、3回目のリフレッシュを行うことなく、さらに更新された画像データを用いて1回目のリフレッシュを行い、第6フレームで同じ画像データを用いて2回目のリフレッシュを行う。
以下、同様にして、奇数番目のフレームではホストから送信されてきた画像データを用いてリフレッシュを行い、偶数番目のフレームでは、直前の奇数番目のフレームと同じ画像データを用いてリフレッシュを行う。その結果、画像データは1フレームおきに更新されているにもかかわらず、液晶表示装置の表示部には、すべてのフレームでリフレッシュされた画像が表示される。つまり、ホストは30Hzで動作しているにもかかわらず、液晶表示装置は60Hzで動作していることになるので、この駆動方法は液晶表示装置の消費電力を低減することができない。
次に、図2を参照して、ホストから20Hzで更新された画像データが送信されてくる場合について説明する。この場合、画像データは2フレームおきに更新されている。表示制御回路は、このような画像データを受信すると、液晶誘電率の異方性に起因する残像を視認できなくするために、更新された画像データを用いて第1フレームで1回目のリフレッシュを行った後に、さらに同じ画像データを用いて2回目および3回目のリフレッシュを行う。2回目および3回目のリフレッシュは、リフレッシュを休止する予定であった第2および第3フレームをそれぞれ利用して行う。
3回目のリフレッシュが終了したときに、ホストから更新された画像データが送信されてくる。そこで、表示制御回路は、更新された画像データを用いて、第4フレームで1回目のリフレッシュを行った後に、さらに同じ画像データを用いて2回目および3回目のリフレッシュを行う。2回目および3回目のリフレッシュは、リフレッシュを休止する予定であった第5および第6フレームをそれぞれ利用して行う。
以下、同様にして、画像データが送信されてきたときに1回目のリフレッシュを行い、それに続いて2回目および3回目のリフレッシュを行う。3回目のリフレッシュが終了すると、ホストから更新された画像データが送信されてくるので、更新された画像データを用いてリフレッシュを3回行う。その結果、画像データは2フレームおきに更新されているにもかかわらず、液晶表示装置の表示部には、すべてのフレームでリフレッシュされた画像が表示される。つまり、ホストは20Hzで動作しているにもかかわらず、液晶表示装置は60Hzで動作していることになるので、この駆動方法は液晶表示装置の消費電力を低減することができない。
このように、30Hzまたは20Hzで更新される画像データを用いて、リフレッシュを2回または3回行うことにより、液晶誘電率の異方性に起因する残像を軽減したり、視認できなくしたりすることはできるが、液晶表示装置の消費電力を低減することはできないという問題がある。
<1.2 第2の基礎検討>
液晶容量に充電された電荷は、TFTを介して時間の経過と共にリーク電流として漏れ、これに伴い液晶容量の電圧が低下する。例えば、リフレッシュレートが60Hzである場合には、液晶容量が電圧を保持すべき期間が相対的に短いので、リーク電流は少なく電圧の低下は小さい。しかし、リフレッシュレートが1Hzである場合には、液晶容量が電圧を保持すべき期間が相対的に長いので、リーク電流は多くなり電圧の低下は大きくなる。このため、リフレッシュレートが60Hzである場合と1Hzである場合とでは、本来同じであるべき液晶容量の電圧が異なるようになる。例えばリフレッシュレートを60Hzから1Hzに切り替えれば、同じ画像を表示する場合であっても、その表示輝度が大きく変化し、表示品位が低下する。そこで、残像を視認できなくするためのリフレッシュ期間である第1リフレッシュ期間の終了後に、表示輝度の変化を緩和するために、リフレッシュレートを段階的に低くする第2リフレッシュ期間を設けた。そして、第2リフレッシュ期間において、リフレッシュレートが休止駆動の目標リフレッシュレートに到達すると、第2リフレッシュ期間を終了し、目標リフレッシュレートで休止駆動を行う。
図3は、画像データの更新が行われたとき、リフレッシュを休止する期間ごとにフレーム数を1フレームずつ増加させながら、休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでの液晶表示装置の動作を説明するための図である。図3に示す更新された画像データは、第1の基礎検討の場合と異なり、ホストから不定期に送信されてくる。また、図3では、液晶表示装置は、30Hzのリフレッシュレートでリフレッシュを開始してから、休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでに、新たに更新された画像データが送信されてきた場合、それまで行っていたリフレッシュを中止し、新たに更新された画像データを用いてリフレッシュレートが30Hzのリフレッシュから再び始めるオートリフレッシュ機能を備えている。
なお、図3では更新された画像データが2回送信されてきているが、以下では、最初に送信されてきた画像データを用いてリフレッシュを行う場合の説明を省略し、2回目に送信されてきた画像データを用いて30Hzのリフレッシュレートでリフレッシュを再び始めるところから説明する。また、2回目に送信されてきた画像データを用いて1回目のリフレッシュを行うフレームを第1フレームと呼び、それに続くフレームを第2フレーム、第3フレームと順に呼ぶことにする。
液晶表示装置は、更新された画像データを受信すると、第1フレームで更新された画像を用いて1回目のリフレッシュを行い、第2フレームでリフレッシュを休止する。第3フレームで2回目のリフレッシュを行い、第4および5フレームでリフレッシュを休止する。第6フレームで3回目のリフレッシュを行い、第7から第9フレームまでの3フレームでリフレッシュを休止する。以下、同様にして、リフレッシュを行った後に、ノンリフレッシュ期間を設けて、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を1フレームずつ増やすことを繰り返し、ノンリフレッシュ期間のフレーム数が59フレームになるまでリフレッシュを行う。これにより、リフレッシュレートは休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに到達する。その後は、ホストから新たな画像データが送信されてくるまで、1Hzでリフレッシュを繰り返す休止駆動を行う。
この場合、第1、第3および第6フレームでそれぞれ行った合計3回のリフレッシュによって、液晶分子の方向を印加電圧に対応した方向に配向させることができるので、その後の休止駆動において残像を視認できなくすることができる。この第1から第6フレームまでの期間を第1リフレッシュ期間という。また、第7フレーム以後のフレームにおいて、ノンリフレッシュ期間のノンリフレッシュフレームを1フレームずつ増やしながら、その都度リフレッシュを行う。これにより、画像の表示輝度が段階的に変化するので、表示品位の低下を防止することができる。この第7フレームからリフレッシュレートが目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでの期間を第2リフレッシュ期間という。このように、本明細書における第2フレーム期間とは、第1リフレッシュ期間の終了時のリフレッシュフレームの次のノンリフレッシュフレームから目標リフレッシュレートに到達したときまでのノンリフレッシュフレームのフレーム数を増やしながらリフレッシュを行う期間をいう。
リフレッシュレートが60Hzである一般的な液晶表示装置において、1フレーム期間が16.67m秒であることを考慮すると、第1フレームでリフレッシュを開始してから目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでに、約28秒と非常に長い時間を要するという問題がある。
上記第1および第2の基礎検討から、第1フレームでリフレッシュを行ってからリフレッシュレートが1Hzに到達するまでの期間を、休止駆動時において残像を視認できなくするための第1リフレッシュ期間と、リフレッシュレートを段階的に変化させることによって表示輝度の変化を緩和するための第2リフレッシュ期間に分け、それぞれの期間に応じたリフレッシュレートでリフレッシュすることが必要であるとわかる。
そこで、添付図面を参照しながら、本発明の第1から第4の実施形態を順に説明する。
<2.第1の実施形態>
<2.1 液晶表示装置の構成および動作概要>
図4は、本発明の第1の実施形態に係る液晶表示装置2の構成を示すブロック図である。図4に示すように、液晶表示装置2は、液晶表示パネル10、およびバックライトユニット30を備えている。液晶表示パネル10には、外部との接続用のFPC(Flexible Printed Circuit)20が設けられている。また、液晶表示パネル10上には、表示部100、表示制御回路200、信号線駆動回路300、および走査線駆動回路400が設けられている。なお、信号線駆動回路300および走査線駆動回路400の双方またはいずれか一方は表示制御回路200内に設けられていても良い。また、信号線駆動回路300および走査線駆動回路400の双方またはいずれか一方は表示部100と一体的に形成されていても良い。液晶表示装置2の外部には、主としてCPUにより構成されるホスト1(システム)が設けられている。
表示部100には、複数本(m本)の信号線SL1〜SLmと、複数本(n本)の走査線GL1〜GLnと、これらm本の信号線SL1〜SLmとn本の走査線GL1〜GLnとの交差点のそれぞれに対応して設けられた複数個(m×n個)の画素形成部110とが形成されている。以下、m本の信号線SL1〜SLmを区別しない場合にはこれらを単に「信号線SL」といい、n本の走査線GL1〜GLnを区別しない場合にはこれらを単に「走査線GL」という。m×n個の画素形成部110はマトリクス状に形成されている。各画素形成部110は、対応する交差点を通過する走査線GLに制御端子としてのゲート端子が接続されると共に、当該交差点を通過する信号線SLに第1導通端子としてのソース端子が接続されたTFT(Thin Film Transistor:薄膜トランジスタ)111と、当該TFT111の第2導通端子としてのドレイン端子に接続された画素電極112と、m×n個の画素形成部110に共通的に設けられた共通電極113と、画素電極112と共通電極113との間に挟持され、複数個の画素形成部110に共通的に設けられた液晶層とにより構成される。画素電極112と共通電極113により形成される液晶容量Cclは、画素容量を構成する。なお、典型的には、画素容量に確実に電圧を保持すべく液晶容量Cclに並列に補助容量が設けられている。このため、画素容量は液晶容量Cclおよび補助容量により構成されているのが一般的である。しかし、本明細書では、画素容量は液晶容量Cclのみにより構成されるとして説明する。
TFT111としては、例えば酸化物半導体をチャネル層に用いたTFT(以下「酸化物TFT」という。)が用いられる。より詳細には、TFT12のチャネル層は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、および酸素(O)を主成分とするInGaZnOxにより形成されている。以下では、InGaZnOxをチャネル層に用いたTFTのことを「IGZO−TFT」という。IGZO−TFTは、多結晶シリコンや非晶質シリコンなどをチャネル層に用いたシリコン系のTFTに比べてオフリーク電流が非常に小さい。このため、液晶容量Cclに書き込まれた信号電圧は長期間保持される。なお、InGaZnOx以外の酸化物半導体として、例えばインジウム、ガリウム、亜鉛、銅(Cu)、シリコン(Si)、錫(Sn)、アルミニウム(Al)、カルシウム(Ca)、ゲルマニウム(Ge)、および鉛(Pb)のうち少なくとも1つを含む酸化物半導体をチャネル層に用いた場合でも同様の効果が得られる。また、TFT111として酸化物TFTを用いるのは一例であり、これに代えて多結晶シリコンや非晶質シリコンなどのシリコン系のTFTを用いても良い。
表示制御回路200は、典型的にはLSI(Large Scale Integration)によって実現される。表示制御回路200は、FPC20を介してホスト1から画像データを含むデータDATを受信し、これに応じて信号線用制御信号SCT、走査線用制御信号GCT、および共通電位Vcomを生成し出力する。信号線用制御信号SCTは信号線駆動回路300に与えられる。走査線用制御信号GCTは走査線駆動回路400に与えられる。共通電位Vcomは共通電極113に与えられる。本実施形態では、ホスト1と表示制御回路200との間におけるデータDATの送受信は、MIPI(Mobile Industry Processor Interface)Allianceによって提案された、DSI(Display Serial Interface)規格に準拠したインターフェースを介して行われる。このDSI規格に準拠したインターフェースによれば、データ伝送を高速で行うことが可能となる。本実施形態では、DSI規格に準拠したインターフェースのビデオモードまたはコマンドモードを用いる。
信号線駆動回路300は、信号線用制御信号SCTに応じて、信号線SLに与えるべき駆動用画像信号を生成し出力する。信号線用制御信号SCTには、例えばRGBデータRGBDに対応するデジタル画像信号、ソーススタートパルス信号、ソースクロック信号、およびラッチストローブ信号などが含まれる。信号線駆動回路300は、ソーススタートパルス信号、ソースクロック信号、およびラッチストローブ信号に応じて、その内部の図示しないシフトレジスタおよびサンプリングラッチ回路などを動作させ、デジタル画像信号に基づいて得られたデジタル信号を図示しないDA変換回路でアナログ信号に変換することにより駆動用画像信号を生成する。
走査線駆動回路400は、走査線用制御信号GCTに応じて、アクティブな走査信号の走査線GLへの印加を所定周期で繰り返す。走査線用制御信号GCTには、例えばゲートクロック信号およびゲートスタートパルス信号が含まれる。走査線駆動回路400は、ゲートクロック信号およびゲートスタートパルス信号に応じて、その内部の図示しないシフトレジスタなどを動作させ、走査信号を生成する。
バックライトユニット30は、液晶表示パネル10の背面側に設けられ、液晶表示パネル10の背面にバックライト光を照射する。バックライトユニット30は、典型的には複数のLED(Light Emitting Diode)を含んでいる。バックライトユニット30は、表示制御回路200により制御されるものであっても良いし、その他の方法により制御されるものであっても良い。なお、液晶表示パネル10が反射型である場合には、バックライトユニット30は設ける必要がない。
以上のようにして、信号線SLに駆動用画像信号が印加され、走査線GLに走査信号が印加され、バックライトユニット30が駆動されることにより、ホスト1から送信された画像データに応じた画面が液晶表示パネル10の表示部100に表示される。
<2.2 表示制御回路の構成>
次に、表示制御回路200の構成を、3つの態様に分けて説明する。第1の態様は、ビデオモードを用い、かつRAM(Random Access Memory)を設けない態様である。以下では、このような第1の態様のことを「ビデオモードRAMスルー」という。第2の態様は、ビデオモードを用い、かつRAMを設ける態様である。以下では、このような第2の態様のことを「ビデオモードRAMキャプチャー」という。第3の態様は、コマンドモードを用い、かつRAMを設ける態様である。以下では、このような第3の態様のことを「コマンドモードRAMライト」という。なお、本発明はDSI規格に準拠したインターフェースに限定されるものではないので、表示制御回路200の構成は、これら3種類の態様に限定されるものではない。
<2.2.1 ビデオモードRAMスルー>
図5は、図4に示す液晶表示装置2に含まれる、ビデオモードRAMスルーに対応した表示制御回路200(以下「ビデオモードRAMスルーの表示制御回路200」という。)の構成を示すブロック図である。図5に示すように、表示制御回路200は、インターフェース部210、コマンドレジスタ220、NVM(Non-volatile memory:不揮発性メモリ)221、タイミングジェネレータ230、OSC(Oscillator:発振器)231、ラッチ回路240、内蔵電源回路250、信号線用制御信号出力部260、および、走査線用制御信号出力部270を備えている。インターフェース部210にはDSI受信部211が含まれている。なお、上述のように、信号線駆動回路300および走査線駆動回路400の双方またはいずれか一方が表示制御回路200内に設けられていても良い。
インターフェース部210内のDSI受信部211はDSI規格に準拠している。ビデオモードにおけるデータDATには、画像データであるRGBデータRGBDと、同期信号である垂直同期信号VSYNC、水平同期信号HSYNC、データイネーブル信号DE、およびクロック信号CLKと、コマンドデータCMとが含まれている。コマンドデータCMには、各種制御に関するデータが含まれている。DSI受信部211は、ホスト1からデータDATを受信すると、当該データDATに含まれるRGBデータRGBDinをラッチ回路240に送信し、垂直同期信号VSYNC、水平同期信号HSYNC、データイネーブル信号DE、およびクロック信号CLKをタイミングジェネレータ230に送信し、コマンドデータCMをコマンドレジスタ220に送信する。なお、コマンドデータCMは、I2C(Inter Integrated Circuit)規格またはSPI(Serial Peripheral Interface)規格に準拠したインターフェースを介してホスト1からコマンドレジスタ220に送信されても良い。この場合、インターフェース部210にはI2C規格またはSPI規格に準拠した受信部が含まれる。
コマンドレジスタ220はコマンドデータCMを保持する。NVM221には各種制御用の設定データSETが保持されている。コマンドレジスタ220は、NVM221に保持された設定データSETを読み出す。また、ホスト1から送信されたコマンドデータCMに応じて設定データSETを更新することもできる。第1および第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュを行うタイミングを示す各データは、設定データSETに含まれ、コマンドレジスタ220内に設けられた2つのレジスタ222、223にそれぞれ格納される。コマンドレジスタ220は、第1および第2リフレッシュ期間において、レジスタ222、223に格納されたデータに基づいて、表示部100の画面をリフレッシュするためのタイミング制御信号TSを生成し、これをタイミングジェネレータ230に送信する。また、電圧設定信号VSを内蔵電源回路250に送信する。
タイミングジェネレータ230は、垂直同期信号VSYNC、水平同期信号HSYNC、データイネーブル信号DE、およびクロック信号CLKと、タイミング制御信号TSと、OSC231で生成される内蔵クロック信号ICKとに基づいて、ラッチ回路240、信号線用制御信号出力部260、および走査線用制御信号出力部270を制御する制御信号を送信する。
また、タイミングジェネレータ230は、リフレッシュを行うとき、ホスト1に対してデータDATの送信を要求するために、垂直同期信号VSYNC、水平同期信号HSYNC、データイネーブル信号DE、およびクロック信号CLKと、タイミング制御信号TSと、OSC231で生成される内蔵クロック信号ICKとに基づいて生成したリクエスト信号REQをホスト1に送信する。なお、ビデオモードRAMスルーの表示制御回路200ではOSC231は必須でない。
ホスト1はリクエスト信号REQを受信すると、データDATを表示制御回路200に送信する。このようにして、第1および第2リフレッシュ期間にリフレッシュを行う際には、リクエスト信号REQに応じてホスト1から必要なデータDATがその都度送信され、送信されたデータDATに基づいて画面のリフレッシュが行われる。
ラッチ回路240は、タイミングジェネレータ230の制御に基づいて、更新されたデータDATに含まれるRGBデータRGBDоutだけでなく、リクエスト信号REQに基づいて送信されたデータDATに含まれるRGBデータRGBDоutを1ライン分ずつ、信号線用制御信号出力部260に送信する。このようにして、表示部100に現在表示されている画像と同じ画像を表示することにより、画面のリフレッシュを必要なタイミングで行うことができる。
内蔵電源回路250は、ホスト1から与えられる電源およびコマンドレジスタ220から与えられる電圧設定信号VSに基づいて、信号線用制御信号出力部260および走査線用制御信号出力部270で用いるための電源電圧および共通電位Vcomを生成し出力する。
信号線用制御信号出力部260は、ラッチ回路240からのRGBデータRGBDоut、タイミングジェネレータ230からの制御信号、および内蔵電源回路250からの電源電圧に基づいて信号線用制御信号SCTを生成し、これを信号線駆動回路300に送信する。
走査線用制御信号出力部270は、タイミングジェネレータ230からの制御信号および内蔵電源回路250からの電源電圧に基づいて走査線用制御信号GCTを生成し、これを走査線駆動回路400に送信する。
<2.2.2 ビデオモードRAMキャプチャー>
図6は、図4に示す液晶表示装置2に含まれる、ビデオモードRAMキャプチャーに対応した表示制御回路200(以下「ビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200」という。)の構成を示すブロック図である。ビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200は、図6に示すように、上述のビデオモードRAMスルーの表示制御回路200にフレームメモリ(RAM)280を追加したものである。
ビデオモードRAMスルーの表示制御回路200では、DSI受信部211からラッチ回路240にRGBデータRGBDinが直接送信される。しかし、ビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200では、DSI受信部211から送信されるRGBデータRGBDinはフレームメモリ280に保持される。そして、フレームメモリ280に保持されたRGBデータRGBDmоは、タイミングジェネレータ230で生成される制御信号に応じてラッチ回路240に読み出される。また、タイミングジェネレータ230は、垂直同期出力信号VSOUTをホスト1に送信する。垂直同期出力信号VSOUTは、フレームメモリ280へのRGBデータRGBDinの書き込みタイミングとフレームメモリ280からのRGBデータRGBDmоの読み出しタイミングが重複しないようにホスト1からのデータDATの送信タイミングを制御する信号である。ビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200のその他の構成および動作は、ビデオモードRAMスルーの表示制御回路200におけるものと同様であるので、その説明を省略する。なお、ビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200ではOSC231は必須でない。
また、タイミングジェネレータ230は、コマンドレジスタ220から表示部100の画面をリフレッシュするためのタイミング制御信号TSを受信すれば、制御信号をフレームメモリ280に送信する。これにより、フレームメモリ280に保持されているRGBデータRGBDmоは、タイミングジェネレータ230から受信した制御信号に応じてラッチ回路240に読み出される。
ビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200では、フレームメモリ280にRGBデータRGBDmоを保持できる。このため、画面をリフレッシュする場合には、ホスト1から表示制御回路200にデータDATを送信する必要はなく、リフレッシュを行うタイミングに応じて、タイミングジェネレータ230がフレームメモリ280に制御信号を送信する。このようにして、表示部100に現在表示されている画像と同じ画像を表示することにより、画面のリフレッシュを必要なタイミングで行うことができる。
<2.2.3 コマンドモードRAMライト>
図7は、図4に示す液晶表示装置2に含まれる、コマンドモードRAMライトに対応した表示制御回路200(以下「コマンドモードRAMライトの表示制御回路200」という。)の構成を示すブロック図である。コマンドモードRAMライトの表示制御回路200は、図7に示すように、上述のビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200と同様の構成であるが、データDATに含まれるデータの種類が異なる。
コマンドモードにおけるデータDATには、コマンドデータCMが含まれ、RGBデータRGBDin、垂直同期信号VSYNC、水平同期信号HSYNC、データイネーブル信号DE、およびクロック信号CLKは含まれない。ただし、コマンドモードにおけるコマンドデータCMには、画像に関するデータおよび各種タイミングに関するデータが含まれている。コマンドレジスタ220は、コマンドデータCMのうちの、画像に関するデータに相当するRAMライト信号RGBDmiをフレームメモリ280に送信する。このRAMライト信号RGBDmiは、上記RGBデータRGBDinに相当する。また、コマンドモードでは、タイミングジェネレータ230は垂直同期信号VSYNCおよび水平同期信号HSYNCを受信しないので、内蔵クロック信号ICKおよびタイミング制御信号TSに基づいてそれらに相当する内部垂直同期信号IVSYNCおよび内部水平同期信号IHSYNCを内部で生成する。タイミングジェネレータ230は、これらの内部垂直同期信号IVSYNCおよび内部水平同期信号IHSYNCに基づいてラッチ回路240、信号線用制御信号出力部260、および走査線用制御信号出力部270を制御する。また、タイミングジェネレータ230は、上記垂直同期出力信号VSOUTに相当する送信制御信号TEをホスト1に送信する。
なお、画面をリフレッシュする際のコマンドレジスタ220、タイミングジェネレータ230、およびフレームメモリ280の動作は、ビデオモードRAMキャプチャーの表示制御回路200の動作と同じであるので、それらの説明を省略する。
<2.3 動作の概要>
本明細書において休止駆動とは、ホスト1から更新された画像データ(RGBデータRGBD)が与えられたとき、画面をリフレッシュするフレーム(以下「リフレッシュフレーム」という)の後に、画面のリフレッシュを休止するフレーム(以下「ノンリフレッシュフレーム」という)を設け、これらのリフレッシュフレームとノンリフレッシュフレームをそれぞれ所定のフレーム数ずつ交互に繰り返す駆動をいう。なお、本明細書では、休止駆動時の到達すべき目標リフレッシュレートを約1Hzとして説明するが、これに限定されることなく、例えば0.5Hzや2Hzなどであってもよい。なお、図5〜図7に示すRGBデータRGBDinおよびRGBデータRGBDmiをまとめてRGBデータRGBDと記載することもある。
リフレッシュフレームでは、上述のように画面のリフレッシュが行われる。より詳細には、RGBデータRGBDに対応するデジタル画像信号を含む信号線用制御信号SCTに応じて信号線駆動回路300から信号線SL1〜SLmに駆動用画像信号が供給されると共に、走査線用制御信号GCTに応じて走査線駆動回路400により走査線GL1〜GLnが順に選択される。選択された走査線GLに対応したTFT111がオン状態になって液晶容量Cclに駆動用画像信号の電圧が書き込まれる。このようにして、画面がリフレッシュされる。その後、TFT111がオフ状態になり、液晶容量Cclに書き込まれた電圧は、次に画面がリフレッシュされるまで保持される。
ノンリフレッシュフレームでは、上述の画面のリフレッシュが休止される。より詳細には、走査線用制御信号GCTの走査線駆動回路400への供給が停止するかまたは走査線用制御信号GCTが固定電位となることにより、走査線駆動回路400の動作が停止するので、走査線GL1〜GLnの走査は行われない。その結果、ノンリフレッシュフレームでは液晶容量Cclに駆動用画像信号は書き込まれない。ただし、液晶容量Cclには直前に書き込まれた駆動用画像信号が保持されているので、直前のリフレッシュフレームでリフレッシュされた画面が引き続き表示される。また、ノンリフレッシュフレームでは、信号線用制御信号SCTの信号線駆動回路300への供給を停止するなどして、信号線駆動回路300の動作が停止する。このように、ノンリフレッシュフレームでは、走査線駆動回路400および信号線駆動回路300は動作を停止するので、消費電力を低減することができる。なお、信号線駆動回路300は動作させるようにしても良い。
休止駆動時に、液晶誘電率の異方性に起因する残像を視認できなくするために、更新されたRGBデータRGBDがホスト1から液晶表示装置2に送信されてきたとき、同一のRGBデータRGBDに対応する駆動用画像信号の電圧を液晶容量Cclに書き込むリフレッシュを3回行う。これにより、液晶分子の方向を印加電圧に対応した方向に配向させることができる。なお、本明細書では、更新されたRGBデータRGBDがホスト1から送信されてきたとき、液晶表示装置2はリフレッシュを3回行うとして説明するが、4回以上行っても良い。
本明細書で例示されるリフレッシュレートのフレーム構成例を説明する。リフレッシュレートが60Hzである場合、リフレッシュフレームが繰り返され、ノンリフレッシュフレームは設けられない。リフレッシュレートが30Hzである場合、1フレームのリフレッシュフレームの直後に1フレームのノンリフレッシュフレームが設けられる。リフレッシュレートが20Hzである場合、1フレームのリフレッシュフレームの直後に2フレームのノンリフレッシュフレームが設けられる。リフレッシュレートが1Hzである場合、1フレームのリフレッシュフレームの直後に59フレームのノンリフレッシュフレームが設けられる。このように、リフレッシュレートが遅いほどノンリフレッシュフレームの割合が大きくなり、それに伴ってノンリフレッシュ期間も長くなるので、消費電力をより低減することができる。
なお、コマンドレジスタ220内に設けられたレジスタ222には、第1リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームとノンリフレッシュフレームのフレーム数が格納されている。レジスタ223には、第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームとノンリフレッシュフレームのフレーム数が格納されている。そこで、コマンドレジスタ220は、第1リフレッシュ期間における表示部100の画面をリフレッシュするためのタイミング制御信号TSを生成するときには、第1リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームとノンリフレッシュフレームのフレーム数を格納するレジスタ222から読み出したデータを用いて生成したタイミング制御信号TSをタイミングジェネレータ230に送信する。第2リフレッシュ期間における表示部100の画面をリフレッシュするためのタイミング制御信号TSを生成するときには、第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームとノンリフレッシュフレームのフレーム数を格納するレジスタ223から読み出したデータを用いて生成したタイミング制御信号TSをタイミングジェネレータ230に送信する。
<2.4 本実施形態の動作>
図8は、本実施形態に係る液晶表示装置2の動作を説明するための図である。液晶表示装置2はオートリフレッシュ機能を備えた表示装置である。このため、図8に示すように、更新された画像データがホスト1から送信されてくれば、リフレッシュとノンリフレッシュを繰り返しながら第2リフレッシュ期間のリフレッシュを行っているときであっても、今まで行っていたリフレッシュを中止し、再び第1リフレッシュ期間からリフレッシュから行う。また、本実施形態では、更新された画像データはホスト1から不定期に送信されてくるとする。
本実施形態では、新たに更新された画像データを用いてリフレッシュされたフレームを第1フレームとし、新たに更新された画像データが送信されてきたときから第1リフレッシュ期間が始まる。第1リフレッシュ期間では、まず第1フレームで1回目のリフレッシュを行い、第2フレームで1フレームだけリフレッシュを休止する。次に、第3フレームで、1回目のリフレッシュで用いた画像データと同じ画像データを用いて2回目のリフレッシュを行い、第4および第5フレームでリフレッシュを休止する。そして、第6フレームで、1回目のリフレッシュで用いた画像データと同じ画像データを用いて3回目のリフレッシュを行う。ここまでの合計3回のリフレッシュによって、液晶分子の方向が印加電圧に応じた方向に配向するので、その後の休止駆動において残像が視認されることはない。なお、第1リフレッシュ期間のリフレッシュとリフレッシュとの間に、少なくとも1フレームのノンリフレッシュフレームを設けることにより、外部から入力されるいろいろな周波数の画像データに対して、それぞれに応じた効果的な休止駆動を実現することができる。
3回目のリフレッシュが終わると、次に第2リフレッシュ期間に移行する。第7フレームから第10フレームまでの4フレームにおいて、リフレッシュを休止する。次に、第11フレームで4回目のリフレッシュを行い、第12フレームから第17フレームまでの6フレームにおいてリフレッシュを休止し、第18フレームでリフレッシュを行う。以下同様にして、ノンリフレッシュフレームのフレーム数が58フレームになるまで、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を2フレームずつ順に増やしていく。その結果、リフレッシュフレームのフレーム数が1フレーム、ノンリフレッシュフレームのフレーム数が58フレームになり、この場合のリフレッシュレートは1.02Hzである。このリフレッシュレートは休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに近いが、まだ1Hzにはなっていない。そこで、次にリフレッシュレートを1Hzにするために、リフレッシュフレームのフレーム数を1フレーム、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を59フレームにする。これによりリフレッシュレートが1Hzになり、さらにその直後のリフレッシュが終了すれば、第2リフレッシュ期間が終了する。その後、ホスト1から更新された画像データが送信されてくるまで、1Hzでリフレッシュを繰り返すことによって、表示部100に表示される画像は1Hzでリフレッシュされる。この場合、第1フレームにおいて1回目のリフレッシュを行ってから、休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでの時間は約14秒となり、第2の基礎検討で要した時間である約28秒に比べて大幅に短縮することができた。なお、時間を短縮することにより、表示輝度の変化が大きくなるために表示品位が多少劣化するが、視聴に支障が生じるような劣化ではない。
<2.5 効果>
本実施形態によれば、第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュ時のリフレッシュレートを、第1リフレッシュ期間におけるリフレッシュ時のリフレッシュレートよりも速くする。これにより、リフレッシュ時に視認される残像を見えなくするために必要な3回のリフレッシュを行う第1リフレッシュ期間を短時間で終了し、かつ、リフレッシュレートを段階的に低くしつつ、第2リフレッシュ期間に休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzにより速く到達する。その結果、液晶表示装置2は、第1リフレッシュ期間に残像を視認できなくすることができる。また、休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに短時間で到達することができるので、目標リフレッシュレートへの移行中および移行後の消費電力を低減することができる。
また、第2リフレッシュ期間中に表示部100の画面に対応する画像データを含むデータをホスト1から受信した場合に、第2リフレッシュ期間を第1リフレッシュ期間に切り替え、再び第1リフレッシュ期間からリフレッシュを行う。これにより、画像データが更新されたとき、表示部100の画面も直ちにリフレッシュされ、更新された画像を表示部100に表示することができる。
<2.6 変形例>
上記実施形態では、第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートが休止駆動の目標リフレッシュレートである約1Hzに到達するまで、ノンリフレッシュフレームを2フレームずつ等差級数的に増加させた。しかし、段階的に増加させるフレーム数は、2フレームずつに限定されず、例えば図9に示すように、ノンリフレッシュ期間のフレーム数を5フレームずつ等差級数的に増加させても良い。この場合、ノンリフレッシュフレームのフレーム数が57フレームになるまで、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を5フレームずつ順に増やしていく。その結果、リフレッシュフレームのフレーム数が1フレーム、ノンリフレッシュフレームのフレーム数が57フレームになり、この場合のリフレッシュレートは1.03Hzである。このリフレッシュレートは休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに近いが、まだ1Hzにはなっていない。そこで、次にリフレッシュレートを1Hzにするために、リフレッシュフレームのフレーム数を1フレーム、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を59フレームにする。これによりリフレッシュレートが1Hzになり、さらにその直後のリフレッシュが終了すれば、第2リフレッシュ期間が終了する。その結果、第1フレームにおいて1回目のリフレッシュを行ってからリフレッシュレートが目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでの時間は約7秒となり、さらに短縮される。これにより、リフレッシュレートが目標リフレッシュレートに到達するまでの液晶表示装置2の消費電力をより低減することができる。
また、第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートが1Hzに到達するまでのノンリフレッシュフレームのフレーム数を等比級数的に増加させても良い。例えば図10に示すように、ノンリフレッシュ期間のフレーム数を21、22、23…のように順に増加させても良い。この場合、ノンリフレッシュフレームのフレーム数が32フレームになるまで、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を2のべき乗ずつ順に増やしていく。リフレッシュフレームのフレーム数を1フレーム、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を25フレームすなわち32フレームにすれば、リフレッシュレートは1.82Hzになり、休止駆動の目標リフレッシュレートよりもまだ高い。さらに、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を26フレームすなわち64フレームにすれば、リフレッシュレートは0.92Hzになり、逆に目標リフレッシュレートよりも低くなってしまう。そこで、1.82Hzの次のリフレッシュレートを目標リフレッシュレートにするために、リフレッシュフレームのフレーム数を1フレーム、ノンリフレッシュフレームのフレーム数を59フレームにする。これによりリフレッシュレートが目標リフレッシュレートの1Hzになる。さらにその直後のリフレッシュが終了すれば、第2リフレッシュ期間が終了する。その結果、第1フレームにおいて1回目のリフレッシュを行ってからリフレッシュレートが目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでの時間は約2秒となり、より一層短縮される。これにより、リフレッシュレートが休止駆動の目標リフレッシュレートに到達するまでの液晶表示装置2の消費電力をより一層低減することができる。
リフレッシュレートを段階的に遅くするために、ノンリフレッシュ期間に段階的に増やすノンリフレッシュフレームのフレーム数は、上記の数値に限定されず、適宜設定することができる。また、設定した値は、表示制御回路200のコマンドレジスタ220内に設けたレジスタ222、223に保持され、タイミング制御信号TSを生成する際に使用される。
なお、第2リフレッシュ期間を長くしすぎると、目標リフレッシュレートである1Hzに到達するまでの時間が長くなるので、目標リフレッシュレートになるまでの液晶表示装置2の消費電力が大きくなる。一方、第2リフレッシュ期間を短縮しすぎると、表示輝度の変化が大きくなるので、表示品位が劣化する。そこで、消費電力の低減と表示品位の劣化の防止とを両立させるためには、第2リフレッシュ期間のリフレッシュレートを適切に調整する必要がある。
また、上記実施形態では、第1リフレッシュ期間における1回目のリフレッシュと2回目のリフレッシュとの間のノンリフレッシュフレームのフレーム数、および、2回目のリフレッシュと3回目のリフレッシュとの間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数をそれぞれ1および2とした。しかし、第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数はこれに限定されず、例えば1フレームと3フレームなど異なる値にしてもよく、また1フレームと1フレームなど同じ値にしても良い。なお、本明細書では、1回目のリフレッシュと2回目のリフレッシュとの間、および、2回目のリフレッシュと3回目のリフレッシュとの間のノンリフレッシュフレームのフレーム数を例えば1フレームにした場合、各リフレッシュレートは30Hzになる。この場合のリフレッシュレートの変化は「ゼロ」であるとする。また、リフレッシュ時に視認される残像は早期に視認されなくなることが好ましいので、第1リフレッシュ期間を短縮することが好ましい。ただし、それぞれのリフレッシュフレームの間に少なくとも1フレーム以上のノンリフレッシュフレームを設けることによって、外部からいろいろなリフレッシュレートの画像データを受信することができる。
<3.第2の実施形態>
図11は、本発明の第2の実施形態に係る液晶表示装置2の動作を説明するための図である。なお、本実施形態は、動作を除き上記第1の実施形態と同様であるので、液晶表示装置2の構成および液晶表示装置2に含まれる表示制御回路200の構成をそれぞれ示すブロック図およびそれらの説明を省略する。
<3.1 動作>
上記第1の実施形態では、リフレッシュ時に残像を視認できなくするための第1リフレッシュ期間と、表示輝度を段階的に変化させるための第2リフレッシュ期間とが設けられていた。本実施形態では、図11に示すように、第1リフレッシュ期間は第1の実施形態の場合と同じであるが、第2リフレッシュ期間が非常に短くなっている。
具体的には、第1リフレッシュ期間では、まず第1フレームで1回目のリフレッシュを行い、第2フレームでリフレッシュを休止する。次に、第3フレームで、1回目のときと同じ画像データを用いて2回目のリフレッシュを行い、第4および第5フレームでリフレッシュを休止する。そして、第6フレームで、1回目のときと同じ画像データを用いて3回目のリフレッシュを行う。3回目のリフレッシュが終了すると第2リフレッシュ期間に移行する。
第2リフレッシュ期間では、リフレッシュレートを段階的に変化させるのではなく、3回目のリフレッシュの終了後、第7フレームから第65フレームまでの59フレームにおいて、リフレッシュを休止し、第66フレームでリフレッシュを行う。これにより、第2リフレッシュ期間のリフレッシュレートはいきなり休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzと同じリフレッシュレートになる。その後は、新たに更新された画像データがホスト1から送信されてくるまで、表示部100に表示される画像を1Hzのリフレッシュレートで更新することを繰り返す。なお、第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュのフレーム数は、第1の実施形態の場合と同様に、上記説明の場合に限定されない。
<3.2 効果>
本実施形態によれば、第1リフレッシュ期間において、ホスト1から送信されてきた更新された画像データを用いてリフレッシュが3回行われる。これにより、液晶誘電率の異方性に起因する残像をその後のリフレッシュ時に視認できなくすることができる。また、第2リフレッシュ期間において、リフレッシュレートを、段階的に変化させることなくいきなり1Hzにするので、休止駆動の目標リフレッシュレートである1Hzに最短の時間で到達することができる。この場合には、第1フレームにおいて1回目のリフレッシュを開始してから目標リフレッシュレートである約1Hzに到達するまでの時間は1秒と大幅に短縮される。これにより、目標リフレッシュレートに到達するまでの液晶表示装置2の消費電力を大幅に低減することができる。
<4.第3の実施形態>
図12は、本発明の第3の実施形態に係る液晶表示装置2の動作を説明するための図である。なお、本実施形態は、動作を除き上記第1の実施形態と同様であるので、液晶表示装置2の構成および液晶表示装置2に含まれる表示制御回路200の構成をそれぞれ示すブロック図およびそれらの説明を省略する。
<4.1 動作>
第1および第2リフレッシュ期間の全体を通じて、液晶容量Cclの印加電圧の正極性と負極性のバランスを考慮しない場合には、液晶層に特定方向の電圧が印加される時間が長くなり、液晶層の劣化が進みやすくなる。そこで、本実施形態では、リフレッシュ時の残像を視認できなくし、表示輝度を段階的に変化させると共に、さらに液晶層の劣化を抑制する。
本実施形態では、液晶層の劣化を抑制するために極性反転駆動(交流駆動)を行う。図12に示す各リフレッシュフレームおよびノンリフレッシュフレームの下部に、当該フレームで行うリフレッシュ時に印加される電圧の極性が示されている。具体的には、「+」は画素電極112に印加される電圧の極性が正極性であり、共通電極113に印加される電圧の極性が負極性であることを示す。「−」は画素電極112に印加される電圧の極性が負極性であり、共通電極113に印加される電圧の極性が正極性であることを示す。以下では、正極性の電圧でリフレッシュを行うリフレッシュフレームのことを「正極性リフレッシュフレーム」といい、負極性電圧でリフレッシュを行うリフレッシュフレームのことを「負極性リフレッシュフレーム」という。
図12に示すように、第1リフレッシュ期間では、ノンリフレッシュ期間ごとにノンリフレッシュフレームのフレーム数を1フレームずつ増加させる。また、第2リフレッシュ期間では、リフレッシュレートが休止駆動の目標リフレッシュレートである1.02Hzに到達するまで、ノンリフレッシュ期間ごとにノンリフレッシュフレームのフレーム数を5フレームずつ増加させるとする。
この場合、第1リフレッシュ期間では、第1フレームで行う1回目のリフレッシュは正極性のリフレッシュであるため、それに続く第2フレームでも正極性のノンリフレッシュを行う。次に、第3フレームで行う2回目のリフレッシュは負極性のリフレッシュであるため、それに続く第4および第5フレームでも負極性のノンリフレッシュを行う。第6フレームで行う3回目のリフレッシュは負極性のリフレッシュであるため、それに続く第7から第13フレームまでの7フレームでも負極性のノンリフレッシュを行う。第14フレームで行う4回目のリフレッシュは正極性であるため、それに続く第15から第26フレームまでの12フレームも正極性のノンリフレッシュを行う。以下同様にして、リフレッシュごとに正極性または負極性のリフレッシュを繰り返し、13回目のリフレッシュおよびそれに続く57フレームでノンリフレッシュを行う。このリフレッシュおよびノンリフレッシュはいずれも正極性であり、リフレッシュレートは1.03Hzである。その結果、1回目のリフレッシュおよびそれに続くノンリフレッシュから、13回目のリフレッシュおよびそれに続くノンリフレッシュまでの正極性フレーム(正極性リフレッシュフレームおよびこれに続くノンリフレッシュフレーム)数は187である。一方、2回目のリフレッシュおよびそれに続くノンリフレッシュから、12回目のリフレッシュおよびそれに続くノンリフレッシュまでの負極性フレーム(負極性リフレッシュフレームおよびこれに続くノンリフレッシュフレーム)数は181である。このように、正極性フレームのフレーム数と負極性フレームのフレーム数とが略同じ割合になるようにリフレッシュを行う。なお、13回目のリフレッシュおよびそれに続く57フレームでノンリフレッシュを行った直後に、ホスト1から更新された画像データが送信されてきたので、更新された画像データを用いて行うリフレッシュが終了すれば、第2リフレッシュ期間が終了し、第1リフレッシュ期間に移行する。
また、図12に示す正極性フレームのフレーム数と負極性フレームのフレーム数とが略同じ割合になる配置は一例であり、これに限定されるものではない。しかし、同じ極性のリフレッシュを連続して行うことはできるだけ避けることが好ましい。また、正極性フレームのフレーム数と負極性フレームのフレーム数の割合の差が少なければ少ないほど好ましく、正極性フレームのフレーム数と負極性フレームのフレーム数の割合が等しくなる場合が最も好ましい。
また、TFT111のリーク電流に起因する液晶容量Cclの印加電圧の低下は、休止期間の長さすなわちリフレッシュレートによって異なり、リフレッシュレートが遅いほど印加電圧の低下が大きくなる。そこで、リフレッシュレートが異なることによる液晶容量Cclの印加電圧の不均一性を低減するために、設定データSETの1つとして最適な共通電位Vcomのデータをリフレッシュレートごとに例えばNVM221に予め入れておく。コマンドレジスタ220が、リフレッシュレートに応じて、最適な共通電位Vcomのデータに対応する電圧設定信号VSを生成し内蔵電源回路250に送信すれば、内蔵電源回路250は最適な共通電位Vcomを出力する。これにより、リフレッシュレートごとに最適な共通電位Vcomを共通電極113に印加することができる。この場合、最適な共通電位VcomのデータをコマンドデータCMの一部としてホスト1からコマンドレジスタ220に与えてもよい。
<4.2 効果>
本実施形態によれば、第1の実施形態の場合と同様の効果を奏し、さらに第1および第2リフレッシュ期間の全体を通じて、正極性でリフレッシュを行うリフレッシュ期間およびリフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる正極性期間と、負極性でリフレッシュを行うリフレッシュ期間およびリフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる負極性期間とを略同じ割合にすることにより、特定方向の電圧が液晶層に印加される時間が長くなることはない。このように、極性バランスが良くなるように液晶層を交流駆動することにより、液晶層の劣化を抑制することができる。
<5.第4の実施形態>
図13は、本発明の第4の実施形態に係る液晶表示装置2の動作を説明するための図である。なお、本実施形態は、動作を除き上記第1の実施形態と同様であるので、液晶表示装置2の構成および液晶表示装置に含まれる表示制御回路200の構成をそれぞれ示すブロック図およびそれらの説明を省略する。
<5.1 動作>
上記第1から第3の実施形態では、更新された画像データは、ホスト1から液晶表示装置2に不定期に送信されてくるとした。しかし、更新された画像データは、ホスト1から所定の周期で定期的に送信されてきても良い。そこで、本実施形態では、図13に示すように、例えば更新された画像データは1秒ごとに定期的に送信されてくる。第1リフレッシュ期間には、まず第1フレームで1回目のリフレッシュを行い、第2フレームでリフレッシュを休止する。次に、第3フレームで、1回目のリフレッシュ時に用いた画像データと同じ画像データを用いて2回目のリフレッシュを行い、第4および第5フレームでリフレッシュを休止する。そして、第6フレームで、3回目のリフレッシュを行う。3回目のリフレッシュが終了すると第2リフレッシュ期間に移行する。
第2リフレッシュ期間では、第7から第10フレームまでの4フレームでリフレッシュを休止し、第11フレームで4回目のリフレッシュを行う。次に、第12フレームから第15フレームまでの4フレームでリフレッシュを休止し、第16フレームで5回目のリフレッシュを行う。次に、第17フレームから第22フレームまでの6フレームでリフレッシュを休止し、第23フレームで6回目のリフレッシュを行う。以下同様にして、リフレッシュとリフレッシュの休止とを繰り返し、第56フレームで10回目のリフレッシュを行い、第57フレームから第60フレームまでの4フレームでリフレッシュを休止する。
1フレーム期間は16.67m秒であるため、第1フレームから第60フレームまでで1秒になる。このため、第61フレーム目に、ホスト1から新たに更新された画像データが送信されてくる。そこで、液晶表示装置2は、第61フレームで予定していたリフレッシュの休止を中止し、新たに更新された画像データを用いて、上記第1フレームから第60フレームまでの場合と同様にしてリフレッシュを行う。このようにして、1秒ごとに、ホスト1から更新された画像データが送信されてくるので、その都度第2リフレッシュ期間の第61フレームで予定していたリフレッシュの休止を中止し、上記第1フレームから第60フレームまでの場合と同様にしてリフレッシュを繰り返す。
なお、本実施形態では、更新された画像データが1秒ごとにホスト1から送信されてくるとした。しかし、これに限定されることはなく、例えば、更新された画像データがホスト1から送信されてくる間隔は、1秒よりも長くても、または短くてもよい。また、第1および第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートも、上記第1から第3の実施形態の場合と同様に適宜変更してもよい。
<5.2 効果>
本実施形態によれば、ホスト1から所定の周期で定期的に更新された画像が送信されてくる場合でも、リフレッシュ時の残像を視認できなくするために必要な3回のリフレッシュを行う第1リフレッシュ期間を短時間で終了し、かつ、リフレッシュレートを段階的に低くすることができる。これにより、液晶表示装置2は、第1の実施形態の場合と同じ効果を奏することができる。
<6.その他>
上記各実施形態および変形例では、1フレームごとに極性を反転させる場合について記載したが、極性反転のさせ方はこれに限定されず、例えば2フレームごと、3フレームごとに極性を反転さてもよい。
本発明は、休止駆動によって画像を表示する液晶表示装置に適用することができる。
1…ホスト
2…液晶表示装置
100…表示部
110…画素形成部
111…TFT(薄膜トランジスタ)
200…表示制御回路
220…コマンドレジスタ
230…タイミングジェネレータ
240…ラッチ回路
280…フレームメモリ(RAM)
300…信号線駆動回路
400…走査線駆動回路
SL…信号線
GL…走査線

Claims (14)

  1. 目標リフレッシュレートで休止駆動を行う液晶表示装置であって、
    複数の画素形成部を含む表示部と、
    前記表示部を駆動する駆動部と、
    外部から受け取るデータに基づいて前記駆動部を制御する表示制御部とを備え、
    前記表示制御部は、目標リフレッシュレートに到達するまの休止駆動期間を、リフレッシュフレームを少なくとも3つ設けた第1リフレッシュ期間と、前記第1リフレッシュ期間の終了時のリフレッシュレートから前記目標リフレッシュレートになるまで、前記第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量よりも大きな変化量となるようにノンリフレッシュフレームのフレーム数を増やしながらリフレッシュを行う第2リフレッシュ期間とに分けてリフレッシュを行い、前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートが前記目標リフレッシュレートに到達したときに前記第2リフレッシュ期間を終了して、前記目標リフレッシュレートで休止駆動を継続することを特徴とする、液晶表示装置。
  2. 前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームのフレーム数を複数とすることを特徴とする、請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記第2リフレッシュ期間における前記ノンリフレッシュフレームのフレーム数を、公差が2以上の等差級数的に増やすことを特徴とする、請求項2に記載の液晶表示装置。
  4. 前記第2リフレッシュ期間における前記ノンリフレッシュフレームのフレーム数を、公比が2以上の等比級数的に増やすことを特徴とする、請求項2に記載の液晶表示装置。
  5. 前記第1リフレッシュ期間のリフレッシュフレームのフレーム数を少なくとも3とし、各リフレッシュフレームとリフレッシュフレームとの間のノンリフレッシュ期間に少なくとも1つのノンリフレッシュフレームが設けられていることを特徴とする、請求項1に記載の液晶表示装置。
  6. 前記第1リフレッシュ期間における各ノンリフレッシュ期間のノンリフレッシュフレームのフレーム数を、ノンリフレッシュ期間ごとに公差が1以上の等差級数的に増やすことを特徴とする、請求項に記載の液晶表示装置。
  7. 前記第1リフレッシュ期間における各ノンリフレッシュ期間のノンリフレッシュフレームのフレーム数は同じであることを特徴とする、請求項に記載の液晶表示装置。
  8. 前記表示制御部は、交流駆動のための制御を行い、
    前記第1リフレッシュ期間および前記第2リフレッシュ期間の全期間において、正極性リフレッシュフレームを設けたリフレッシュ期間および当該リフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる正極性期間と、負極性リフレッシュフレームを設けたリフレッシュ期間および当該リフレッシュ期間の直後のノンリフレッシュ期間からなる負極性期間とを略同じ割合で設けることを特徴とする、請求項1に記載の液晶表示装置。
  9. 前記表示制御部は、前記第1または前記第2リフレッシュ期間内に、更新された前記データを受け取ったとき、リフレッシュおよびリフレッシュの休止を中止し、更新された前記データを用いて前記第1リフレッシュ期間から新たにリフレッシュフレームを設けることを特徴とする、請求項1に記載の液晶表示装置。
  10. 前記データは、前記表示制御部が外部から不定期に受け取るデータであることを特徴とする、請求項に記載の液晶表示装置。
  11. 前記データは、外部から所定の周期で定期的に受け取るデータであることを特徴とする、請求項に記載の液晶表示装置。
  12. 前記画素形成部は、前記表示部内の走査線に制御端子が接続され、前記表示部内の信号線に第1導通端子が接続され、表示すべき画像に応じた電圧が印加されるべき、前記表示部内の画素電極に第2導通端子が接続され、酸化物半導体によりチャネル層が形成された薄膜トランジスタを含むことを特徴とする、請求項1に記載の液晶表示装置。
  13. 前記酸化物半導体は、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)および酸素(О)を主成分とするInGaZnOxであることを特徴とする、請求項12に記載の液晶表示装置。
  14. 複数の画素形成部を含む表示部と、前記表示部を駆動する駆動部と、外部から受け取るデータに基づいて前記駆動部を制御する表示制御部とを備え、目標リフレッシュレートで休止駆動を行う液晶表示装置の駆動方法であって、
    目標リフレッシュレートに到達するまでの休止駆動時の第1リフレッシュ期間に、リフレッシュフレームを少なくとも3つ設けるステップと、
    前記第1リフレッシュ期間の終了後の第2リフレッシュ期間に、前記第1リフレッシュ期間の終了時のリフレッシュレートから前記目標リフレッシュレートになるまで、前記第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量よりも大きな変化量でノンリフレッシュフレームのフレーム数を増やしながらリフレッシュを行うステップと、
    前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュレートが前記目標リフレッシュレートに到達したときに前記第2リフレッシュ期間を終了して、前記目標リフレッシュレートで休止駆動を継続するステップとを備え、
    前記第2リフレッシュ期間におけるリフレッシュフレームを設けるステップは、前記第2リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量が前記第1リフレッシュ期間におけるノンリフレッシュフレームのフレーム数の変化量よりも大きくなるようにリフレッシュフレームを設けることを特徴とする、液晶表示装置の駆動方法。
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