JPH085987A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高速応答にしても、消費電力を小さくすること
のできる単純マトリックス型液晶表示装置を提供するこ
とにある。 【構成】本発明による液晶表示装置は、データ線および
走査線と、前記データ線に２値からなる電圧の信号を出
力するデータ駆動回路２２と、前記走査線に３値の交流
化された電圧の信号を出力する走査駆動回路２３と、こ
の走査駆動回路および前記データ駆動回路にそれぞれ前
記各値からなる駆動電圧を供給する電源回路２４とを備
えるものであって、前記電源回路は、前記データ駆動回
路に供給される駆動電圧に割り当てられるロジック電源
を昇圧する昇圧回路３０を備え、その昇圧された電源の
中点電位を走査線の非選択信号電圧として割り当てると
ともに、残りの電位を走査線の選択信号電圧として割り
当てる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単純マトリックス型液
晶表示装置に係り、特に、ＳＴＮ（スーパーツイストネ
マチック：Super Twisted Nematic)液晶を用いた液晶表
示素子に適した駆動電源回路及びその駆動電源回路を用
いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】単純マトリックス型液晶表示装置に備え
られる液晶表示基板は、液晶を介して互いに対向配置さ
れる透明なガラス基板のうち、たとえば一方のガラス基
板の液晶側の面にｙ方向に延在しかつｘ方向に並設され
るデータ線が形成されているとともに、他方のガラス基
板の液晶側の面にｘ方向に延在しかつｙ方向に並設され
る走査線が形成されて構成されている。

【０００３】画素領域はデータ線と走査線との交差部に
おいて形成され、各データ線にはデータ駆動回路を介し
て２値からなる電圧の信号が入力されるとともとに、各
走査線には走査駆動回路を介していわゆる選択信号およ
び非選択信号が入力されるようになっている。

【０００４】また、走査線に入力される選択信号および
非選択信号は交流化が図れられており、これにより画素
におけるいわゆる配向不良の発生を回避することが知ら
れている。

【０００５】そして、このような信号を形成するデータ
駆動回路および走査駆動回路にそれぞれ供給する各駆動
電圧を発生させるための電源回路を必要とする。

【０００６】従来の電源回路は、図５に示すように、６
レベルの電圧が生成できるようになっており、このた
め、Ｖ（ＬＣＤ）電源を抵抗およびオペアンプを用いて
電圧平均化し、図６に示すように、データ信号用電圧Ｖ
２、Ｖ４および走査信号用電圧Ｖ１を形成するととも
に、それらの電圧値を反転させた（いわゆるＭ信号によ
る）データ信号用電圧Ｖ１、Ｖ３および走査信号用電圧
Ｖ２を形成するようになっている。

【０００７】これらの従来技術に関する記載は、例え
ば、特開昭５０−６８４１９号等に詳細に記載されてい
る。

【０００８】また、ＳＴＮ（スーパーツイストネマチッ
ク：Super Twisted Nematic)液晶を用いた単純マトリッ
クス型液晶表示素子は、ＴＦＴを使用した液晶表示素子
に代表されるアクティブ液晶表示素子との動作原理の違
いから、例えば、高速で移動させるマウスカーソルが見
にくかったり、見失うといった現象が生じる。これは、
アクティブ液晶表示素子は走査線（ゲート線）に一定の
電圧が印加されない期間でも各表示画素部分が電荷を保
持しているのに比較し、単純マトリックス型液晶表示素
子では、走査線と信号線の交差する各画素部分で、デュ
ーテイ駆動による走査期間のわずかな電位差が実効値応
答により表示画像を決定するからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来の単純マト
リックス型液晶表示装置は、その液晶表示基板を駆動さ
せた場合に流れる充放電電流が一番高い電源から一番低
い電源に流れることになり消費電力が大きくなってしま
うということが指摘されるに到った。

【００１０】すなわち、図５に示すＶ（ＬＣＤ）の電圧
が２５Ｖの場合、充放電電流は最大２０ｍＡ流れるた
め、その消費電流は５００ｍＷとなっていた。

【００１１】それゆえ、本発明はこのような事情に基づ
いてなされたものであり、第１の目的は、消費電力を小
さくすることのできる単純マトリックス型液晶表示装置
を提供することにある。

【００１２】また、第２の目的は、画面上を高速に移動
するマウスカーソルに追従できるような動画像を表示す
るための高速応答性を高めた単純マトリックス型液晶表
示装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明による単純マトリックス型液晶表示装
置は、基本的には、互いに交差するように液晶層を介し
て対向配置される複数のデータ線および複数の走査線
と、前記各データ線に２値からなる電圧の信号を表示内
容に応じて選択的に出力するデータ駆動回路と、前記走
査線に３値の交流化された電圧の信号を所定周期で選択
的に出力する走査駆動回路と、この走査駆動回路および
前記データ駆動回路にそれぞれ前記各値からなる駆動電
圧を供給する電源回路とを備えるものであって、前記電
源回路は、前記データ駆動回路に供給される駆動電圧に
割り当てられるロジック電源を昇圧する昇圧回路を備え
てなり、その昇圧された電源の中点電位を走査線の非選
択信号電圧として割り当てるとともに、残りの電位を走
査線の選択信号電圧として割り当てることを特徴とする
ものである。

【００１４】また、前記昇圧回路は、走査線の非選択信
号電圧として割り当てられた電位を基準として正極性側
と負極性側を同じ昇圧比で昇圧させる一対の回路から構
成されるようにしてもよいし、前記昇圧回路に一対の前
記回路のそれぞれの昇圧比のばらつきを調整する調整手
段を備えるようにしてもよい。

【００１５】上記第２の目的を達成するために、本発明
のによる単純マトリックス型液晶表示装置は、基本的に
は、互いに交差するように液晶層を介して対向配置され
る複数のデータ線および複数の走査線と、前記各データ
線に２値からなる電圧の信号を表示内容に応じて選択的
に出力するデータ駆動回路と、前記走査線に３値の交流
化された電圧の信号を所定周期で選択的に出力する走査
駆動回路と、この走査駆動回路および前記データ駆動回
路にそれぞれ前記各値からなる駆動電圧を供給する電源
回路とを備えるものであって、前記電源回路は、前記デ
ータ駆動回路に供給される駆動電圧に割り当てられるロ
ジック電源を昇圧する昇圧回路を備えてなり、その昇圧
された電源の中点電位を走査線の非選択信号電圧として
割り当てるとともに、残りの電位を走査線の選択信号電
圧として割り当て、フレーム周波数を少なくとも１５０
Hz〜３６０Hzで駆動させることを特徴とするものであ
る。

【００１６】尚、上記液晶表示素子の画面の大きさとし
ては、現在液晶表示素子の主流である画面の対角線を結
ぶ距離が９．４〜１０．４インチや１１．３インチのVG
A(Video Graphic Array)やSVGA(Super Video Graphic A
rray)は勿論のこと、コストの面で大型が困難なアクテ
ィブ液晶表示素子と比較して、大型に伴う生産コストの
上昇が少ない１３．０〜１３．８インチのSVGAや、特
に、ＣＡＤ等に好適な１６．６〜１７．６インチのXGA
(Extended Graphic Array)が最適である。尚、本明細書
では、VGAは走査線の本数と信号線の本数がそれぞれ480
と640であり、SVGAは走査線の本数と信号線の本数がそ
れぞれ600と800であり、XGAは走査線の本数と信号線の
本数がそれぞれ768と1024である液晶表示素子のことを
いう。

【００１７】

【作用】上述のような第１の目的を達成するための構成
からなる単純マトリックス型液晶表示装置によれば、デ
ータ線に入力させる２値からなる駆動電圧はロジック電
源を用いており、このため、交流化によってそれらの値
が反転しても、その電位差は４Ｖ程度に過ぎないものと
なる。

【００１８】このことは、液晶の充放電電流が２０ｍＡ
とした場合、それらのほとんどは該電位差間に流れるこ
とになる（１８ｍＡ）。

【００１９】そして、走査線に入力させる３値からなる
駆動電圧は、前記ロジック電源を５倍に昇圧したものを
用いており、その非選択信号電圧として割当て、他の残
りの２値の電圧をそれぞれ交流化する選択信号電圧とし
て割り当てている。この２値から供給する電流は２ｍＡ
程度となって少ないものとなる。

【００２０】これらのことから、消費電力は、次のよう
になる。

【００２１】 ５Ｖ×（１８ｍＡ＋２ｍＡ×５）＝１４０ｍＷ したがって、従来の場合と比較して、消費電力を１／３
以下にすることができる。

【００２２】更に、上述のような高いフレーム周波数で
は、前述の液晶の充放電電流がその周波数に比例して増
加するために、消費電力が大きくなる。例えば、フレー
ム周波数１２０Hzの時の電流が２０mAとすれば、フレー
ム周波数３６０Hzとした場合には３倍の６０mAとなる。
従って、単純計算では消費電力も３倍になる。しかし、
上述の第２の目的を達成するための構成によれば、従来
の液晶駆動のためのフレーム周波数と比較して３倍にな
っても、従来方式とほぼ同程度の消費電力に抑えること
ができる。

【００２３】

【実施例】図１は本発明による単純マトリックス液晶表
示装置に具備される電源回路の一実施例を示す回路図で
あり、図２は本発明による単純マトリックス液晶表示装
置の一実施例を示す概略構成図である。

【００２４】図２において、液晶表示基板２１があり、
この液晶表示基板２１は液晶を介して互いに対向配置さ
れたガラス基板を備えている。

【００２５】そして、一方のガラス基板の液晶側の面に
ｙ方向に延在しかつｘ方向に並設されるｎ本のデータ線
が形成され、これら各データ線はそれぞれデータドライ
バ（データ駆動回路）２２からデータ信号が入力される
ようになっている。このデータ信号は２値からなるもの
となっている。

【００２６】また、他方のガラス基板の液晶側の面にｘ
方向に延在しかつｙ方向に並設されるｍ本の走査線が形
成され、これら各走査線はそれぞれ走査ドライバ（走査
駆動回路）２３から走査信号が入力されるようになって
いる。この走査信号は３値からなるものとなっている。

【００２７】液晶表示基板２１の各画素領域はデータ線
と走査線との交差部において形成され、これにより該液
晶表示基板２１はｎ×ｍの画素を備えたものとなってい
る。そして、データドライバ２２および走査ドライバ２
３には、それぞれその出力であるデータ信号および走査
信号を形成するための駆動電圧が電源回路２４から供給
されるようになっている。

【００２８】この電源回路２４は、ロジック電源Ｖ（ｃ
ｃ）からそれぞれ異なる電位を有する電圧Ｖ１、Ｖ２、
Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５を発生させ、このうち電圧Ｖ２、Ｖ４
がデータドライバ２２に供給され、電圧Ｖ１、Ｖ３、Ｖ
５が走査ドライバ２３に供給されるようになっている。
なお、この電源回路２４の構成については、さらに後に
おいて詳述する。

【００２９】一方、コンピュータ２５からの映像情報は
液晶パネル制御装置２６を介してデータドライバ２２に
入力されるようになっており、このデータドライバ２２
では該映像情報に基づいてその駆動電圧Ｖ２、Ｖ４を２
値とする前記データ信号を形成するようになっている。

【００３０】すなわち、データドライブ２２の構成を示
す図３から明らかなように、駆動電圧Ｖ２、Ｖ４がそれ
ぞれ別個のＭＯＳトランジスタを介してデータ線に入力
されるようになっており、かつ、それぞれのＭＯＳトラ
ンジスタのうちの一方がオンするようになっている。

【００３１】また、液晶パネル制御装置２６からＦＬＭ
信号が走査ドライバ２３に入力させるようになってお
り、この走査ドライバ２３では該ＦＬＭ信号をスタート
信号とし、ＣＬ１信号をシフト信号としてその駆動電圧
Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５を３値とする前記走査信号を形成する
ようになっている。すなわち、走査ドライバ２３の構成
を示す図３から明らかなように、駆動電圧Ｖ１、Ｖ３、
Ｖ５がそれぞれ別個のＭＯＳトランジスタを介して走査
線に入力されるようになっており、かつ、それぞれのＭ
ＯＳトランジスタはそのうちの一方がオンするようにな
っている。

【００３２】さらに、データドライバ２２におけるデー
タ信号および走査ドライバ２３における走査信号は、交
流化信号発生回路２７の出力であるＭ信号によって交流
化されるようになっている。

【００３３】すなわち、図３から明らかなように、デー
タドライバ２２、走査ドライバ２３のいずれにおいて
も、Ｍ信号は論理回路に入力され、この論理回路に入力
される情報を反転するようになっている。

【００３４】図１は、図２に示した電源回路２４の具体
的な構成を示した回路図である。

【００３５】同図において、ロジック電源Ｖ（ｃｃ）は
トランジスタＴｒを介して電圧Ｖ２が取り出され、ま
た、そのグランドから電圧Ｖ４が取り出されるようにな
っている。

【００３６】なお、このトランジスタＴｒは、そのベー
スに流れる電流を調整する可変抵抗Ｒ１とともに液晶表
示基板の表示コントラストを調整するものとなってい
る。

【００３７】また、トランジスタＴｒを介したロジック
電源Ｖ（ｃｃ）は双補性スイッチに供給されるようにな
っている。この双補性スイッチはｐＭＯＳおよびｎＭＯ
Ｓから構成され、それらのゲートにはパルス信号Ｐが入
力されるようになっている。そして、この双補性スイッ
チの各ＭＯＳへのパルス信号Ｐの入力による交互のスイ
ッチングによって、昇圧回路３０の一次巻線に電圧パル
スが供給されるようになっている。

【００３８】この昇圧回路３０はその二次巻線の中間タ
ップを共通とする一対の回路から構成され、それぞれの
回路で（１：（ａ−１）／２＋Δ）の昇圧比で昇圧さ
れ、ダイオードＤとコンデンサＣとから構成される整流
平滑回路を介して、電圧Ｖ１および電圧Ｖ５が取り出さ
れるよようになっている。

【００３９】ここで、ａ＝√Ｎ＋１であり、Ｎは時分割
数である。これにより電圧平均化法で形成される最適バ
イアス比ａを用いている。また、Δは昇圧比の補正項で
あり、ダイオードＤの電圧降下分を見込んだ電圧を発生
できるようにしている。

【００４０】また、前記昇圧回路３０の二次巻線の中間
タップからの電位はオペアンプ（ＯＰａｍｐ１）、オペ
アンプ（ＯＰａｍｐ２）を介してＶ３が取り出せるよう
になっている。

【００４１】ここで、抵抗Ｒ２、Ｒ４、Ｒ３が備えられ
ており、このうち抵抗Ｒ４は、Ｒ２＝Ｒ４＋Ｒ３の関係
が成立するように可変抵抗となっている。

【００４２】このように構成することによって、ロジッ
ク電源から取り出せる電圧Ｖ２、Ｖ４の１／２の中間電
圧に電圧Ｖ３を一致できるように調整できるようになっ
ている。

【００４３】このことから、走査信号の反転にともなう
画素の輝度むらの発生を防止することができるようにな
る。

【００４４】図４は、このように構成された電源回路に
よって生成した各電圧を基にして図２に示すデータドラ
イバ２２および走査ドライバ２３によってそれぞれ液晶
表示基板２１に入力させるデータ信号および走査信号の
タイムチャートである。

【００４５】同図から明らかなように、Ｍ信号によって
反転されたデータ信号の差はロジック電源の電圧と同様
に４Ｖとなる。

【００４６】このことから、従来の構成（図５）におけ
る対応するデータ信号と走査信号のタイムチャートであ
る図６に示すように、データ信号のＭ信号による差が２
５Ｖである場合と比べて極めて小さくなることが判明す
る。

【００４７】以上、本実施例による液晶表示装置によれ
ば、データ線に入力させる２値からなる駆動電圧はロジ
ック電源を用いており、このため、交流化によってそれ
らの値が反転しても、その電位差は４Ｖ程度に過ぎない
ものとなる。

【００４８】このことは、液晶の充放電電流が２０ｍＡ
とした場合、それらのほとんどは該電位差間に流れるこ
とになる（１８ｍＡ）。

【００４９】そして、走査線に入力させる３値からなる
駆動電圧は、前記ロジック電源を５倍に昇圧したものを
用いており、その非選択信号電圧として割当て、他の残
りの２値の電圧をそれぞれ交流化する選択信号電圧とし
て割り当てている。この２値から供給する電流は２ｍＡ
程度となって少ないものとなる。

【００５０】これらのことから、消費電力は、次のよう
になる。

【００５１】 ５Ｖ×（１８ｍＡ＋２ｍＡ×５）＝１４０ｍＷ この式より、従来の場合と比較して消費電力を１／３以
下にすることができる。一般に、高いフレーム周波数で
は、液晶の充放電電流がその周波数に比例して増加する
ために、消費電力が大きくなる。例えば、フレーム周波
数１２０Hzの時の電流が２０mAとすれば、フレーム周波
数３６０Hzとした場合には３倍の６０mAとなる。従っ
て、単純計算では消費電力も３倍になる。しかし、本発
明によれば従来の液晶駆動のためのフレーム周波数と比
較して３倍になっても、従来方式とほぼ同程度の消費電
力に抑えることができる。

【００５２】また、本発明の液晶表示素子のフレーム周
波数の値は、現行製品で使用されるフレーム周波数６０
Hzあるいは７５Hzの２倍以上から３６０Hz迄の値をとる
ことが望ましく、実験データは省略するが実用上から必
要とされる高速応答性のスペックを満足する値を考慮す
ると、１５０Hz近傍あるいは１８０Hz近傍に設定するこ
とが望ましい。

【００５３】以上説明したことから明らかなように、本
発明による単純マトリックス型液晶表示装置によれば、
消費電力の小さなものを得ることができるようになる。

【００５４】尚、液晶材料は、一般式

【００５５】

【数２】

【００５６】で示されるＰＣＨ(フェニルシクロヘキサ
ン：Phenyl-Cyclohexane)系液晶を１０〜５０wt％の範
囲で添加するとよい。液晶分子の捩じれ角が２００度〜
２７０度のＳＴＮ（スーパーツイストネマチック：Supe
r Twisted Nematic)液晶では高速応答性向上のため、γ
特性のよい液晶を使用する必要があるからである。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明による単純マトリックス型液晶表示装置によれ
ば、高速応答性を高めても、消費電力の小さなものを得
ることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による単純マトリックス液晶表示装置に
具備される電源回路の一実施例を示す回路図である。

【図２】本発明による単純マトリックス液晶表示装置の
一実施例を示す回路図である。

【図３】本発明による単純マトリックス液晶表示装置に
具備されるデータドライバおよび走査ドライバの詳細を
示す回路図である。

【図４】本発明による単純マトリックス液晶表示装置に
具備される液晶基板に入力されるデータ信号および走査
信号を示したタイムチャートを示す図である。

【図５】従来の電源回路の一例を示した回路図である。

【図６】従来のデータ信号および走査信号を示したタイ
ムチャートである。

【符号の説明】

２１…液晶表示基板、２２…データドライバ、２３…走
査ドライバ、２４…電源回路、２５…コンピュータ、２
６…液晶パネル制御装置、２７…交流化信号発生回路、
３０…昇圧回路。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】単純マトリックス型の液晶表示装置であっ
   て、液晶層を介して互いに交差するように対向配置され
   る複数のデータ線および複数の走査線と、上記各データ
   線に２値からなる電圧の信号を表示内容に応じて選択的
   に出力するデータ駆動回路と、上記走査線に３値の交流
   化された電圧の信号を所定周期で選択的に出力する走査
   駆動回路と、上記走査駆動回路および上記データ駆動回
   路にそれぞれ前記各値からなる駆動電圧を供給する電源
   回路とから構成され、前記電源回路は、前記データ駆動
   回路に供給される駆動電圧に割り当てられるロジック電
   源を昇圧する昇圧回路を備え、その昇圧された電源の中
   点電位を走査線の非選択信号電圧として割り当てるとと
   もに、残りの電位を走査線の選択信号電圧として割り当
   てることを特徴とする液晶表示装置。
2. 【請求項２】前記昇圧回路は、走査線の非選択信号電圧
   として割り当てられた電位を基準として正極性側と負極
   性側を同じ昇圧比で昇圧させる一対の回路から構成され
   ることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
3. 【請求項３】前記昇圧回路が一対の前記回路のそれぞれ
   の昇圧比のばらつきを調整する調整手段を備えることを
   特徴とする請求項２記載の液晶表示装置。
4. 【請求項４】前記走査駆動回路及び前記データ駆動回路
   の動作の基準となるフレーム周波数が、１５０Hz近傍〜
   ３６０Hzまでであることを特徴とする請求項１記載の液
   晶表示装置。
5. 【請求項５】前記対向配置される複数のデータ線および
   複数の走査線の間に設けられる液晶層の液晶材料は、次
   の一般式で示されるＰＣＨ系液晶を１０〜５０wt％の範
   囲で添加したものであることを特徴とする請求項１記載
   の液晶表示装置。 【数１】
6. 【請求項６】単純マトリックス型の液晶表示装置であっ
   て、液晶の捩じれ角が２００度〜２７０度のスーパーツ
   イストネマチック液晶を含む液晶層を介して、互いに交
   差するように対向配置される複数のデータ線および複数
   の走査線と、上記各データ線に２値からなる電圧の信号
   を表示内容に応じて選択的に出力するデータ駆動回路
   と、上記走査線に３値の交流化された電圧の信号を所定
   周期で選択的に出力する走査駆動回路と、上記走査駆動
   回路および上記データ駆動回路にそれぞれ前記各値から
   なる駆動電圧を供給する電源回路とから構成され、前記
   電源回路は、前記データ駆動回路に供給される駆動電圧
   に割り当てられるロジック電源を昇圧する昇圧回路を備
   え、その昇圧された電源の中点電位を走査線の非選択信
   号電圧として割り当てるとともに、残りの電位を走査線
   の選択信号電圧として割り当て、前記走査駆動回路及び
   前記データ駆動回路の動作の基準となるフレーム周波数
   が、１５０Hz近傍〜３６０Hzまでであることを特徴とす
   る液晶表示装置。
7. 【請求項７】前記昇圧回路は、走査線の非選択信号電圧
   として割り当てられた電位を基準として正極性側と負極
   性側を同じ昇圧比で昇圧させる一対の回路から構成され
   ることを特徴とする請求項６記載の液晶表示装置。
8. 【請求項８】前記昇圧回路が一対の前記回路のそれぞれ
   の昇圧比のばらつきを調整する調整手段を備えることを
   特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。