(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示画面を駆動するために設定した総行電極数をＭ、同時選択数をＬ、行電圧レベルをＶＲ、最大列電圧をＶＣとしてＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比をＢＸとしてしたとき、Ｌ≠√Ｍとなる同時選択数Ｌにてマルチライン駆動するとともに、当該駆動方式においてオン表示時の実効値電圧とオフ表示時の実効値電圧との比が最大となる最適バイアス比ＢＯＰＴよりも、当該駆動方式において駆動電圧が極小となる極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ）＝１側となるバイアス比ＢＸにて駆動することを特徴とする単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項２】
表示画面をＬ行毎のサブグループに分け、＋１と−１で構成されるＬ行の直交行列の選択した列要素をサブグループの各行に対応させ、＋１のときには＋ＶＲ、−１のときには−ＶＲの行電圧レベルをサブグループの各行電極に印加し、ある行電極に交差するＬ個の列データ要素を、オン表示時に−１、オフ表示時に＋１として、Ｌ行の直交行列の列要素との内積を求め、内積値に比例した所定の列電圧を行電極に同期して列電極に印加し、ＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比ＢＸが、１≦ＢＸ＜ＢＯＰＴを満足する請求項１に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項３】
０．３√Ｍ≦Ｌ≦２√Ｍ、かつ、０．３ＢＯＰＴ≦ＢＸ≦０．９ＢＯＰＴを満足する請求項１または２に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項４】
４０≦Ｍ≦１００、かつ、ＢＸ ≦０．７ＢＯＰＴを満足する請求項１または２に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項５】
ＢＸ＝１を満足する請求項１または２に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項６】
Ｍ＝２０〜４０、かつ、Ｌ＝４を満足する請求項１、２、３、４または５に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項７】
表示画面を駆動するために設定した総行電極数をＭ、同時選択数をＬ、行電圧レベルをＶＲ、最大列電圧をＶＣとしてＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比をＢＸとしたとき、ダミー行数をＤ、表示データおよび行電極数に印加する走査電圧に基づき所定の行列演算により求められる単位列電圧の最大倍率をＮとしたとき、√（Ｍ／Ｌ・（Ｌ＋Ｄ））≠Ｎとなる同時選択行電極数Ｌにてマルチライン駆動するとともに、当該駆動方式においてオン表示時の実行値電圧とオフ表示時の実行値電圧との比が最大となる最適バイアス比ＢＯＰＴよりも、当該駆動方式において駆動電圧が極小となる極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ）＝１側となるバイアス比ＢＸにて、ダミーデータにより最大列電圧を含む列電圧系列を使用しないように画像データと列電圧との関係を設定して駆動することを特徴とする単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項８】
表示画面をＬ行毎のサブグループに分け、＋１と−１で構成されるＬ＋Ｄ行の直交行列の選択した列要素をサブグループの各行に対応させ、＋１のときには＋ＶＲ  、−１のときには−ＶＲ  の行電圧レベルをサブグループの各行電極に印加し、ある行電極に交差するＬ個の列データ要素をオン表示時に−１、オフ表示時に＋１とし、Ｄ個のダミーデータを列データ要素に対応して準備し、Ｌ＋Ｄ個の列データ要素とし、Ｌ＋Ｄ行の直交行列の列要素との内積を求め、内積値に比例した所定の列電圧を行電極に同期して列電極に印加し、内積値の最大値をＮとすると、√（Ｍ／Ｌ・（Ｌ＋Ｄ））≠ＮとなるＬを用い、ＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比ＢＸが、１≦ＢＸ＜ＢＯＰＴを満足する請求項７に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項９】
０．３√Ｍ≦Ｌ＋Ｄ≦２√Ｍ、かつ、０．３ＢＯＰＴ≦ＢＸ≦０．９ＢＯＰＴを満足する請求項７または８に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１０】
Ｄ／（Ｄ＋Ｌ）＜０．５を満足する請求項７、８または９に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１１】
ＢＸ＝１を満足する請求項８に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１２】
２０≦Ｍ≦８０、Ｌ＝６、および、Ｄ＝２を満足する請求項７、８、９または１０に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１３】
４０≦Ｍ≦１００、かつ、ＢＸ≦０．７ＢＯＰＴを満足する請求項７、８、９または１０に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【請求項１４】
２４≦Ｍ≦４０、かつ、ＢＸ≦０．７５ＢＯＰＴとする請求項１、２、３、４、５、７、８、９、１０または１１に記載の単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各画素に対応して設けられた複数の液晶素子をスーパーツイステッドネマティック方式（以下、ＳＴＮ方式と呼ぶ）などで駆動するために複数の行電極および複数の列電極を設け、これら各電極に所定の電圧を印加することで上記各液晶素子を印加電圧の実効値に応じた輝度に制御し、これにより上記複数の液晶素子のマトリックスからなる表示画面に所定の表示画像を表示させる単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法に係り、特に、当該単純マトリックス液晶表示装置を駆動するための電圧を低減化させることなどを可能とする単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、このように複数の液晶素子に共通させて電極が設けられた単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法としては、いわゆる線順次駆動方式を基本とする駆動方式と、マルチライン駆動方式（またはＭＬＡ方式と呼ぶ）を基本とする駆動方式とがある。
上記線順次駆動方式は、１つの行電極毎に順次所定の電圧を印加するとともに、複数の列電極に対してもそれと同時に所定の電圧を印加することで各行電極毎に制御電圧を印加する駆動方式である。そして、各液晶素子は、全ての行電極に対して１度ずつ電圧を印加し終わるまでの時間（以下、１フレーム周期と呼ぶ）における平均的な実効値電圧に応じた透過率が制御され、この１フレーム周期毎に所定の画像を表示することができる。
【０００３】
上記ＭＬＡ方式は、表示画面を構成する全ての行電極を複数本（同時選択数）ずつのサブグループに分割した上で、当該サブグループ毎に行電極には所定の電圧を印加するとともに、複数の列電極に対してもそれと同時に所定の電圧を印加する方式で、これを全サブグループに少なくとも同時選択数と同数回以上繰り返す駆動方式である。これにより、各液晶素子は、上記繰り返しが完了するまでの時間（１フレーム周期）当たりに印加された平均的な実効値電圧に応じた透過率に制御され、この１フレーム周期毎に１つの表示画像が形成される。このＭＬＡ方式は、特許文献１〜３などに開示されている。
【０００４】
なお、このＭＬＡ方式では、複数本の行電極に一斉に所定の電圧が印加されるとき各列電極に印加される電圧は、列電極と行電極が交差する複数の表示データと当該行電圧を印加するために用いる直交行列の列データとの演算を行い、それにより求められた値を単位電圧に掛け合わせた電圧が印加される。そして、当該演算により求まる倍率の最大値は、当該演算の際に使用する直交行列により制限され、最大でも当該行列の行数の数以下となる。
【０００５】
ところで、このような液晶表示装置は、高度情報化社会の発達に伴いマンマシンインタフェース用の表示デバイスとして利用されている。また、近年においては、デスクトップ型パソコンへの利用にとどまらず、その軽量薄型の特徴を活かして、持ち運びに適したいわゆるノート型パソコン、ＰＤＡ（携帯情報端末）や携帯電話などにも広く利用されている。その結果、液晶表示装置の開発においては、大画面化への改良が進む一方で、軽量化や低消費電力化への改良も進められている。
【０００６】
そのため、このような液晶表示装置では、低消費電力化を図るために各種の工夫が取り入れられている。具体例を挙げれば、液晶素子を低実効値電圧にて応答できるようにする工夫や、バックライトを必要としない反射型液晶素子を採用したりする工夫がある。また、従来において、このような液晶表示装置の駆動方法と消費電力との関係を報告したものとして非特許文献１がある。この文献では、Ｌ＝√Ｍ（但し、Ｍは表示画面の総行電極数、Ｌは同時選択数）であって、且つ、オン表示時の実効値電圧とオフ表示時の実効値電圧との比の実効値電圧との比が最大となる最適バイアス比であるという条件の下でマルチライン駆動すれば、線順次駆動方式よりも液晶表示装置の駆動電圧を低減することができるということが報告されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−２７９０７号公報
【特許文献２】
米国特許第５，２６２，８８１号
【特許文献３】
特開平８−２３４１６４号公報
【非特許文献１】
「実効値応答液晶表示装置の汎用アドレッシング技術（１９８８年、ＳＩＤ 国際ディスプレイ研究会議の会議記録、第８０ページから第８５ページ）」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の液晶表示装置としては比較的高電圧（約３．３Ｖ）且つ軽量のリチウムイオン電池（ボタン電池）を用いているが、これまでの液晶材料の改善によっても７〜９Ｖの駆動電圧が必要となり、３倍以上の昇圧が必要となる。その結果、その昇圧回路などによる電力損失により低消費電力化が妨げられてしまい、十分な実用性を持たせることができる程度までの低消費電力化を図ることはできなかった。また、このような昇圧回路では、高い耐圧を必要とするため一般的に利用される５Ｖの標準ロジックプロセスを使用して集積化を図ることはできず、専用プロセスを開発し、これを用いて集積化を図る必要があり、駆動装置を含めた液晶表示装置としてのコストアップ、設計期間の長期化などを招いていた。さらに、設計変更などを行なう際にもコストがかがり、多品種少量生産に対応し難いなどの問題もあった。
【０００９】
なお、実際に上記昇圧回路を形成する場合には、液晶の温度依存性によって実効電圧が変動し、所定の列電圧および行電圧を印加することができなくなる問題がある。従って液晶の温度マージンなどを考慮して昇圧レベルを設定する必要があるが、上記条件の下では液晶そのものの動作電圧が変動し易いため、特に低温における動作能力を確保するために当該マージンを多めに見積もって昇圧レベルを設定する必要があった。そして、このことも昇圧回路などの付随回路による消費電力を増加させる一要因となっていた。
【００１０】
また、上記駆動電圧の温度依存性の他に、静止画像の表示データを提供する液晶表示などにおいても、高い温度域では、液晶材料が高速応答化し、パッシブマトリクス特有のフレーム応答によるコントラストの低下が発生し、視認性が著しく悪化する現象が起こる。高温度域に限らず、昨今は中小型の液晶表示素子にも簡単なコマ送り画像や文字スクロール画像を表示できるような性能が要求されつつあり、液晶材料の高速応答化とともに、静止画においても視認性の低下はさけられなくなった。
【００１１】
このような要求に答えるためには液晶表示装置の駆動周波数を上げてフレーム応答によるコントラスト低下などを防止しなければならないが、液晶表示装置の消費電力は駆動周波数の上昇に伴って増加する傾向にある。このような動作環境の悪化も十分な実用性を持たせることができない一要因となっている。
【００１２】
そこで、本発明者らは、これらの課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、上記視認性低下に対しては、ＭＬＡ駆動方式を採用し、さらにＬ≠√Ｍの条件の下でＭＬＡ駆動した場合には、オンとオフの表示時の実効電圧比が最大となる最適バイアス比において最大列電圧と行電圧との電圧に差が生じるだけではなく、横軸にオン表示時の実効値電圧とオフ表示時の実効値電圧との比をとるとともに縦軸に液晶素子を駆動するのに必要な駆動電圧をとったグラフにおいて、最大列電圧と行電圧とのうちの一方の電圧が上昇すると他方の電圧が低下し、しかも、これらは、最適バイアス比以外のバイアス比において上記最大列電圧と行電圧とが一致して、そこで駆動電圧が極小となり、且つ、最適バイアス時の駆動電圧よりも低い極小バイアス比が存在することを見い出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
この発明は実用的なオン表示時とオフ表示時の実効値電圧との比を確保しつつ、従来のＭＬＡ駆動方式を用いた駆動方法よりも低消費電力化を図ることを可能とする単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法を得ることを目的とする。
【００１４】
そして、究極的には、ボタン電池などの電池により実用的に駆動することができ、しかも、液晶表示装置の駆動回路を標準ロジックプロセスを用いて集積化することを可能とする単純マトリックス液晶表示装置の駆動方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様は、表示画面を駆動するために設定した総行電極数をＭ、同時選択数をＬ、行電圧レベルをＶＲ、最大列電圧をＶＣとしてＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比をＢＸとしてしたとき、Ｌ≠√Ｍとなる同時選択数Ｌにてマルチライン駆動するとともに、当該駆動方式においてオン表示時の実効値電圧とオフ表示時の実効値電圧との比が最大となる最適バイアス比ＢＯＰＴよりも、当該駆動方式において駆動電圧が極小となる極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ）＝１側となるバイアス比にて駆動するものである。
【００１６】
本発明の第２の態様の駆動方法は、上記第１の態様において、表示画面をＬ行毎のサブグループに分け、＋１と−１で構成されるＬ行の直交行列の選択した列要素をサブグループの各行に対応させ、＋１のときには＋ＶＲ、−１のときには−ＶＲの行電圧レベルをサブグループの各行電極に印加し、ある行に交差するＬ個の列データ要素を、オン表示時に−１、オフ表示時に＋１として、Ｌ行の直交行列の列要素との内積を求め、内積値に比例した所定の列電圧を行電極に同期して列電極に印加し、ＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比ＢＸが、１≦ＢＸ＜ＢＯＰＴを満足するものである。
【００１７】
本発明の第３の態様は、上記第１又は第２の態様において、０．３√Ｍ≦Ｌ≦２√Ｍ、かつ、０．３ＢＯＰＴ≦ＢＸ≦０．９ＢＯＰＴを満足するものである。
【００１８】
本発明の第４の態様は、上記第１の態様又は第２の態様において、４０≦Ｍ≦１００、かつ、ＢＸ≦０．７ＢＯＰＴを満足するものである。
【００１９】
本発明の第５の態様は、上記第１の態様又は第２の態様において、ＢＸ＝１を満足するものである。
【００２０】
本発明の第６の態様は、上記第１、２、３、４又は５の態様において、Ｍ＝２０〜４０、かつ、Ｌ＝４を満足するものである。
【００２１】
本発明の第７の態様は、表示画面を駆動するために設定した総行電極数をＭ、同時選択数をＬ、行電圧レベルをＶＲ、最大列電圧をＶＣとしてＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比をＢＸとしたとき、ダミー行数をＤ、表示データおよび行電極数に印加する走査電圧に基づき所定の行列演算により求められる単位カラム電圧の最大倍率をＮとしたとき、√（Ｍ／Ｌ・（Ｌ＋Ｄ））≠Ｎとなる同時選択数Ｌにてマルチライン駆動するとともに、当該駆動方式においてオン表示時の実行値電圧とオフ表示時の実行値電圧との比が最大となる最適バイアス比ＢＯＰＴよりも、当該駆動方式において駆動電圧が極小となる極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ）＝１側となるバイアス比ＢＸにて、ダミーデータにより最大列電圧を含む列電圧系列を使用しないように画像データと列電圧との関係を設定して駆動するものである。
【００２２】
本発明の第８の態様は、上記第７の態様において、表示画面をＬ行毎のサブグループに分け、＋１と−１で構成されるＬ＋Ｄ行の直交行列の選択した列要素をサブグループの各行に対応させ、＋１のときには＋ＶＲ、−１のときには−ＶＲの行電圧レベルをサブグループの各行電極に印加し、ある行に交差するＬ個の列データ要素をオン表示時に−１、オフ表示時に＋１とし、Ｄ個のダミーデータを列データ要素に対応して準備し、Ｌ＋Ｄ個の列データ要素とし、Ｌ＋Ｄ行の直交行列の列要素との内積を求め、内積値に比例した所定の列電圧を行電極に同期して列電極に印加し、内積値の最大値をＮとすると、√（Ｍ／Ｌ・（Ｌ＋Ｄ））≠ＮとなるＬを用い、ＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比ＢＸが、１≦ＢＸ＜ＢＯＰＴを満足するものである。
【００２３】
本発明の第９の態様は、上記第７又は第８の態様において、０．３√Ｍ≦Ｌ＋Ｄ≦２√Ｍ、かつ、０．３ＢＯＰＴ≦ＢＸ≦０．９ＢＯＰＴを満足するものである。
【００２４】
本発明の第１０の態様は、上記第７、８又は９の態様において、Ｄ／（Ｄ＋Ｌ）＜０．５を満足するものである。
【００２５】
本発明の第１１の態様は、上記第８の態様において、ＢＸ＝１を満足するものである。
【００２６】
本発明の第１２の態様は、上記第７、８、９又は１０の態様において、２０≦Ｍ≦８０、Ｌ＝６、および、Ｄ＝２を満足するものである。
【００２７】
本発明の第１３の態様は、上記第７、８、９又は１０の態様において、４０≦Ｍ≦１００、かつ、ＢＸ≦０．７ＢＯＰＴを満足するものである。
【００２８】
本発明の第１４の態様は、上記第１、２、３、４、５、７、８、９、１０又は１１の態様において、２４≦Ｍ≦４０、かつ、ＢＸ≦０．７５ＢＯＰＴとするものである。
【発明の効果】
【００２９】
この発明によれば、表示画面を駆動するために設定した総行電極数をＭ、同時選択数をＬ、行電圧レベルをＶＲ、最大列電圧をＶＣとしてＶＲ／ＶＣで与えられるバイアス比をＢＸとしてしたとき、Ｌ≠√Ｍとなる同時選択数Ｌにてマルチライン駆動するとともに、当該駆動方式においてオン／オフ比が最大となる最適バイアス比よりも、当該駆動方式においてＶＲ／ＶＣ＝１で駆動電圧が極小となる極小バイアス比側となるバイアス比にて駆動するので、画像品質の低下を抑制して実用的なオン／オフ比を確保しつつ、従来のＬ＝√ＭでＭＬＡ駆動方式にて駆動した場合よりも低駆動電圧化を図ることができ、当該従来の駆動方式では不可能であった低い駆動電圧にて駆動することができる。
【００３０】
また、この発明では、極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ）＝１にて駆動することによって、列電圧レベルの一部と行電極に印加する電圧レベルを共有することができて、液晶を駆動するために必要な電圧レベル数を低減することができる。このことによって電圧レベルを発生させる電源電圧回路を簡素化し、低コスト、低消費電力化することができる。
【００３１】
特に、ダミー行を用いる場合には、そのダミー行数をＤとし、表示データおよび行電極に印加する行電圧に基づき所定の行列演算により求まる単位電圧の最大倍率をＮとしたとき、√（Ｍ／Ｌ・（Ｌ＋Ｄ））≠Ｎとなる同時選択数Ｌにてマルチライン駆動するとともに、当該駆動方式においてオン／オフ比が最大となる最適バイアス比よりも、当該駆動方式において駆動電圧が極小となる極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ）＝１側となるバイアス比ＶＲ／ＶＣにて駆動すれば、同様の効果を期待することができる。また、この場合には、ダミーデータにより最大列電圧を含む列電圧系列を使用しないように画像データと列電圧との関係を設定することができ、同一の同時選択数Ｌ毎に選択を繰り返した場合にはダミー行を使用しない場合よりも更に低電圧効果を得ることができる。また上記の理由により列電圧レベル数を低減することができるので、電源電圧回路を簡素化し、低コスト、低消費電力を実現することができる。
【００３２】
また、０．３√Ｍ≦Ｌ≦２√Ｍを満たす同時選択数Ｌにて駆動するとともに、最適バイアス比の０．３倍以上、０．９倍以下のバイアス比にて駆動することで、表示画面の総行電極数に拘らず、所定のオン／オフ比を確保しつつ、従来のＭＬＡ方式では実現することができなかった低い駆動電圧にて駆動することができる。
【００３３】
特に表示画面の総行電極数が２０以上１００以下であるとともに、同時選択数Ｌを４として、極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ）＝１にて駆動すれば、低電圧効果に加え、液晶を駆動するために必要な電圧レベル数を低減することができ、電圧レベルを発生させる電源電圧回路を簡素化し、低コスト、低消費電力化することができる。
【００３４】
更に、ダミー行を使用する場合には、Ｄ／（Ｄ＋Ｌ）＜０．５を満たすダミー行数にて駆動すれば、同一の同時選択数Ｌに対して同一のバイアス比にて駆動した場合においてダミー行数が増加するにつれてオン／オフ比が低下してしまう傾向にあるが、このような範囲内であれば表示品位低下として認識されることはなく、画質劣化を生ずることなく低電圧化を図ることができる。
【００３５】
特に表示画面の総行電極数が２０以上８０以下であるとともに、同時選択数Ｌを６として、ダミー行数Ｄを２として駆動すれば、大幅な低電圧効果に加え、列電圧レベルを低減することができるので、電源電圧回路を簡素化し、低コスト、低消費電力を実現することができる。
【００３６】
以上の発明を前提として、表示画面の総行電極数が４０以上、１００以下であるとともに、最適バイアス比の０．７倍以下となるバイアス比にて駆動すれば、５．５Ｖ以下の電源電圧で駆動することができる。従って、従来の駆動方法と異なり、ボタン電池などを使用して駆動する場合であっても２倍の昇圧にて電源を構成することが可能となり、格段の低消費電力化を図ることができる。また、当該電源電圧と液晶に供給する列電圧や行電圧の最大値との比が少ないので、標準ロジックプロセスにて液晶表示装置のドライバ回路を形成することができる。
【００３７】
また、表示画面の総行電極数が４０以上、１００以下であるとともに、最適バイアス比の０．６倍以下となるバイアス比にて駆動すれば、５．０Ｖ以下の電源電圧で駆動することができる。従って、温度変動などがあったとしても十分なマージンを確保することができるので、ボタン電池などを使用して駆動することができるだけでなく、標準ロジックプロセスにて液晶表示装置のドライバ回路を形成して安定した動作を得ることができる。
更に、表示画面の総行電極数が２４以上、４０以下であるとともに、最適バイアス比の０．７５倍以下となるバイアス比にて駆動すれば、３．３Ｖ以下の駆動電圧で駆動することができる。従って、ボタン電池などで直接駆動することも可能となり、昇圧回路の削減などにより装置の簡素化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
発明を実施するための最良の形態 以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による液晶表示装置およびその周辺装置の構成図である。図１において、１はマトリックス状に配設された複数の液晶素子、当該液晶素子の一方の配列方向に沿って配列された複数の行電極および当該液晶素子の他の配列方向に沿って配列された複数の列電極を有し、上記液晶素子の実効値応答期間の間に当該行電極と列電極との間に印加された平均実効値電圧に応じて各液晶素子の輝度を制御することができる単純マトリックス液晶表示装置（液晶表示装置）であり、２は上記複数の行電極に対して所定の同時選択数Ｌ行毎に行電圧を印加する行電極ドライバであり、３は上記複数の列電極に対して当該行電圧の印加に同期して列電圧を印加する列電極ドライバであり、４は各液晶素子に表示させる画像データが順次入力される入力ポートであり、５は当該画像データを上記マトリックスに対応した状態で記憶するメモリであり、６は当該メモリから上記同時選択数毎の画像行列情報として画像データを読み出す出力ポートであり、７は上記同時選択される複数の行電極に印加する行電圧行列情報を出力する行電圧行列出力回路であり、８は当該行電圧行列情報および上記画像行列情報とから行列演算を行ない、その結果、列電圧行列情報として出力する列電圧行列発生回路であり、９はこれら各種の回路を同期動作させるためのタイミング発生回路である。
【００３９】
次に動作について説明する。
入力ポート４にシリアルデータとして入力された画像データは、液晶素子のマトリックスに応じた状態でメモリに順次格納された後、出力ドライバから上記同時選択毎に画像行列情報として出力される。これと同期して行電圧行列出力回路７から行電極ドライバ２および列電圧行列発生回路８に対して列電圧行列情報が出力される。列電圧行列発生回路８は、上記行電圧行列情報および上記画像行列情報とから行列演算を行ない、その結果を列電圧行列情報として列電極ドライバ３へ出力する。そして、上記行電極ドライバ２が上記同時選択に対して上記行電圧行列に応じた行電圧を印加するとともに、これと同期して、上記列電極ドライバ３が複数の列電極に対して上記列電圧行列に応じた列電圧を印加する。そして、以上の動作を繰り返して全ての行電極に対して上記行電圧行列に応じた行電圧を印加すると、この繰り返しにかかった時間（以下、１フレーム周期と呼ぶ）の間に印加された実効値電圧に応じて各液晶素子の輝度が制御され、その結果、液晶表示装置１に上記画像データに応じた画像が表示される。
具体例を示す。下記式１は上記行電圧行列を示す。当該式において、「＋１」は＋ＶＲ  に対応し、「−１」は−ＶＲ  に対応する。なお、このような行列は４行４列のアダマール行列（直交行列の１つ）とよばれている。下記式２は第１の画像行列を示し、下記式３は第２の画像行列を示す。当該式において、「−１」は例えばオン表示に対応し、その場合には「１」はオフ表示に対応する。下記式４は上記式２に対応する列電圧行列を示し、下記式５は上記式３に対応する列電圧行列である。当該式において、「０」「２」「４」「−２」「−４」は単位列電圧の倍数を示し、各列電極には当該単位電圧と当該倍率との乗算結果に応じた電圧が印加される。なお、この場合最大倍率（Ｎ）は「４」となる。そして、これらの行列に示される電圧は、「まず、上記行電圧行列の第１列目に示す電圧が印加されるとともに上記列電圧行列の第１行目が印加され、次に、上記行電圧行列の第２列目に示す電圧が印加されるとともに上記列電圧行列の第２行目が印加され、…」といった具合に同時選択および所定の列電極に印加される。そして、このような動作を上記全ての行列要素について繰り返すことにより、当該４つの液晶素子にはそれぞれ上記画像行列に応じた平均実効値電圧が印加され、当該平均実効値電圧に応じた輝度に制御される。なお、この平均実効値電圧は、一般的には上記液晶素子の実効値応答時間が上記１フレーム周期と一致するように設計されているため、この１フレーム周期あたりの平均実効値電圧となる。
0003649324.tif 000002
【００４０】
実施の形態１ではこのような基本構成を前提として、下記の条件の下で列電極ドライバおよび行電極ドライバとが必要とする供給電圧と、液晶表示装置のオン表示時の実効値電圧とオフ表示時の実効値電圧との比（以下、オン／オフ比と呼ぶ）との関係を調べた。同時選択数Ｌは４本、上記列電圧行列発生回路で設定した総行電極数Ｍは３２本という条件である。また、液晶表示装置としては、ツイスト角２４０度のＳＴＮ液晶素子が３２行、２４０列のドットマトリックス型に配列され、しかも、当該各液晶素子の屈折率異方性が０．１４５、誘電率異方性が＋２４．７であるものを使用した。ちなみに、当該液晶表示装置で全ての行数を同時に駆動してオン表示させた際の実効値電圧は１．２Ｖである。
図２（ａ）、（ｂ）を用いてＭＬＡ法の具体的な印加波形について示す。図２（ａ）の行電極電圧波形は直交行列要素によって、＋１には＋ＶＲ、−１には−ＶＲが印加され、０を中心に２ＶＲの電圧振幅をもつ。図２（ｂ）の列電極電圧波形は直交行列の要素と表示要素の内積値に比例した電圧が印加される。図中のＭＬＡ Ｌ＝４駆動法では、演算結果の最大値の４に相当する電圧を＋ＶＣとおくと、列電圧は０を中心に２ＶＣの電圧振幅をもつ。以上のことから液晶を駆動するのに必要な電源電圧（または駆動電圧と呼ぶ）は、２ＶＲまたは２ＶＣのいずれかの大きい電源振幅の大きさの電源電圧が必要となる。
線順次駆動（以下ＩＡＰＴ駆動法と呼ぶ）での具体的な印加波形は図２（ｃ）、（ｄ）より、液晶を駆動するのにはＩＡＰＴ駆動法で必要な電圧振幅であるＶＲ＋ＶＣの電源電圧が必要となる。
【００４１】
図３は各駆動方式において、行電圧ＶＲと最大列電圧ＶＣとの比（以下、バイアス比＝ＶＲ／ＶＣ）を順次変化させた場合に必要な駆動電圧とオン表示時の実効値電圧とオフ表示時の実効値電圧との比の関係を示す図である。図において、ＭＬＡ（Ｌ＝４，Ｍ＝３２）はこの実施の形態１により得られる曲線であり、ＭＬＡ（Ｌ＝６，Ｄ＝２，Ｍ＝３６，Ｎ＝４）は実施の形態２により得られる曲線であり、ＩＡＰＴ（Ｍ＝３２）は比較の形態１より得られる曲線であり、ＭＬＡ（Ｌ＝６，Ｍ＝３６）は比較の形態２により得られる曲線である。
【００４２】
この関係図から明らかなように、本発明の実施の形態１による曲線は、比較の形態１や比較の形態２よりも右下の方向に伸びており、これら比較の形態１や比較の形態２と同等のオン／オフ比を得つつも、これらよりも低い駆動電圧により駆動することができることが判る。特に、駆動電圧が極小となるＶＲ／ＶＣ＝１以上であって、しかも、最適バイアス比よりも小さいバイアス比では低い駆動電圧にて駆動しつつも、極小バイアス比ＶＲ／ＶＣ＝１よりも小さいバイアス比に比べて高いオン／オフ比を得ることができ、従来のＭＬＡ駆動方法と同等の表示を得ることができる。また極小バイアス比ＶＲ／ＶＣ＝１において駆動すると、列電圧レベルの一部と行電極に印加する電圧レベルを共有することができて、液晶を駆動するために必要な電圧レベル数を低減することができる。このことによって電圧レベルを発生させる電源電圧回路を簡素化し、低コスト、低消費電力を実現することができる。
【００４３】
実施の形態２．
同時選択数Ｌを６本、列電圧行列発生回路で設定した総行電極数Ｍを３６本とするとともに、各同時選択グループ毎に表示画面にはない２本のダミー行数Ｄを設けて列電圧の最大倍数Ｎが４となるように列電圧行列のデータ系列を調整した。
【００４４】
このことを図４を用いて説明する。総行電極数３６本を６本毎のサブグループに分け、直交行列として８行８列のアダマール行列を準備する。各サブグループには、それぞれアダマール行列のすべて列ベクトルが１回づつ適用される。行電極には８行の直交行列のうち６行分を極性に応じて実電極に印加する。列電極には直交行列の各列ベクトル、表示データとの内積値に応じた電圧が印加される。実データ６個の演算結果は図４（ａ）に示される。また、実データ６個の他に、２個のダミーデータを適当に決めると、演算結果は図４（ｂ）に示される。実データ６個のみの演算結果は表示データに応じて６、４、２、０、−２、−４、−６と７個の電圧レベルを必要とするが、実データ６個に２個のダミーデータを加えて演算することによって、４、０、−４と３個の電圧レベルのみが必要となる。また６個の実データが変化しても、実データに応じてダミーデータを変えることによって演算結果を４、０、−４の３つの値にすることができる。以上のように、ダミーデータを用いない場合に比べ、実データに応じてダミーデータを用いることによって、必要な列電圧のレベル数を低減することができる。すなわちこの方法をもちいるだけでも電圧レベルを発生させる電源電圧回路を簡素化し、低コスト、低消費電力を実現することができることを意味している。
なお、上記３６本のうちの４本は実際に液晶表示装置には印加されない。
これ以外の構成は実施の形態１と同様であり説明を省略する。
【００４５】
その結果を上記図３に示す。同図から明らかなように、本実施の形態２では、実施の形態１よりも更に低い駆動電圧（２．７９Ｖ）において曲線が極小バイアス比をとり、その時のオン／オフ比が１．１３２となっている。従って、実施の形態１と同様の効果を有するだけでなく、実施の形態１よりも更に低い駆動電圧で駆動しつつ、実用的なオン／オフ比を得ることができる。
【００４６】
比較の形態１．
ＩＡＰＴ駆動方式にて液晶表示装置を駆動するようにした以外は実施の形態１と同様の構成なので説明を省略する。
その結果を上記図３に示す。同図から明らかなように、比較の形態１はオン／オフ比が最大となる駆動電圧Ｖｄからオン／オフ比の低い領域にかけて駆動電圧は低下する傾向にあるが、本実施の形態１の最適バイアス比よりも小さく、極小バイアス比を取るオン／オフ比の領域において、比較の形態１の駆動電圧Ｖｄが実施の形態１を下まわることはない。同様に本実施の形態２の最適バイアス比よりも小さく、極小バイアス比を取るオン／オフ比の領域において、比較の形態１の駆動電圧Ｖｄが実施の形態２を下まわることはない。
【００４７】
比較の形態２．
同時選択数Ｌを６、列電圧行列発生回路で設定した総行電極数Ｍを３６本とするとともに、６行８列の行電圧行列を設定して使用した。なお、上記３６本のうちの４本は実際に液晶表示装置には印加されない。これ以外の構成は実施の形態１と同様なので説明を省略する。
【００４８】
その結果を上記図３に示す。同図からも明らかなように、本比較の形態２では、オン表示時の実効値電圧とオフ表示時の実効値電圧との比が最大となる最適バイアス比以下の駆動電圧となることはなかった。また、そのオン／オフ比となる点は、上記実施の形態１の曲線よりも左上の方に位置し、同一のオン／オフ比駆動電圧が下まわることはない。また本実施の形態２の最適バイアス比よりも小さく、極小バイアス比を取るオン／オフ比の領域において、比較の形態１の駆動電圧Ｖｄが実施の形態２を下まわることはない。
【００４９】
ここで、参考までに同時選択数Ｌと総行電極数Ｍとの関係を変えた場合の上記オン／オフ比と駆動電圧との関係を図５に示す。図において、（ａ）は１＜Ｌ＜√Ｍの場合の関係図であり、（ｂ）はＬ＝√Ｍの場合の関係図であり、（ｃ）は√Ｍ＜Ｌの場合の関係図である。また、各図において、ＶＣは最大列電圧（＝単位電圧×倍率Ｎ×２）の曲線、２ＶＲは行電圧の曲線である。ちなみに、上記図２に示す実施の形態１の曲線および実施の形態２の曲線はそれぞれ、当該図５（ｃ）に示す最大列電圧の曲線と行電圧の曲線とのうちのいずれか一方大きい方の電圧を選択して得られるものと同様にして得られるものであり、上記図３に示す比較の形態２の曲線は、当該図５（ｂ）に示す最大列電圧の曲線と行電圧の曲線とのうちのいずれか一方大きい方の電圧を選択して得られるものと同様にして得られるものである。
【００５０】
実施の形態３．
液晶表示装置として、ツイスト角２４０度のＳＴＮ液晶素子が３２行、２４０列のドットマトリックス型に配列され、しかも、当該各液晶素子の屈折率異方性が０．１４５、誘電率異方性が＋２４．７であるものを使用して動作の確認を行なった。ちなみに、当該液晶表示装置をオン表示させた際の実効値電圧は１．２Ｖである。
【００５１】
このような液晶表示装置を用いてオン／オフ比と駆動電圧とのシミュレーションを行なった。その結果の一部を図６、図７に示す。また、図６には比較のために、当該液晶表示装置をＩＡＰＴ駆動方式にて駆動した場合の結果、および、従来のＭＬＡ方式で駆動した場合の結果を併記している。
【００５２】
図６のそれぞれの効果を明らかにするために、同一オン／オフ比（オンとオフ表示時の実効電圧比）でのＩＡＰＴ駆動法の駆動電圧に対する低電圧効果を図７に示す。
その結果、ダミー行を使用しない場合には０．３√Ｍ≦Ｌ≦２√Ｍを満たす同時選択数Ｌにて駆動し、ダミー行を使用する場合には０．３√Ｍ≦Ｌ＋Ｄ≦２√Ｍを満たす同時選択数Ｌにて駆動するとともに、ＶＲ／ＶＣの極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ＝１）にて駆動することで、表示画面の総行電極数に拘らず、所定のオン／オフ比を確保しつつ、従来のマルチライン駆動方式やＩＡＰＴ駆動方式よりも低い駆動電圧にて駆動することができることが確認できた。
【００５３】
また、総行電極数Ｍを２４以上、４０以下とした場合に、最適バイアス比の０．７５倍以下となるバイアス比にて駆動すれば、３．３Ｖ以下の駆動電圧で駆動することができることが確認できた。従って、このような条件の下では、ボタン電池などで直接駆動することも可能となり、昇圧回路の削減などにより装置の簡素化を図ることができるとともに、標準ロジックプロセスにて液晶表示装置のドライバ回路を形成することができる。
【００５４】
また、ダミー行を使用する場合には、Ｄ／（Ｄ＋Ｌ）＜０．５を満たすダミー行数にて駆動すれば、同一の同時選択数Ｌに対して同一のバイアス比にて駆動した場合においてダミー行数が増加するにつれてオン／オフ比が低下してしまう傾向にあるが、このような範囲内であれば表示品位低下として認識されることはなく、画質劣化を生ずることなく低電圧化を図ることができることが確認された。
【００５５】
実施の形態４．
液晶表示装置として、ツイスト角２４０度のＳＴＮ液晶素子が６４行、２４０列のドットマトリックス型に配列され、しかも、当該各液晶素子の屈折率異方性が０．１４４、誘電率異方性が＋１３．６であるものを使用して動作の確認を行なった。ちなみに、当該液晶表示装置を全ての行数を同時に駆動してオン表示させた際の実効値電圧は１．５５Ｖである。
【００５６】
このような液晶表示装置を用いてオン／オフ比と駆動電圧とのシミュレーションを行なった。その結果の一部を図８、図９に示す。また、図８には比較のために、当該液晶表示装置を従来のＭＬＡ方式で駆動した場合の結果を併記している。
【００５７】
図８のそれぞれの効果を明らかにするために、同一オン／オフ比でのＩＡＰＴ駆動法の駆動電圧に対する低電圧効果を図９に示す。
その結果、ダミー行を使用しない場合には０．３√Ｍ≦Ｌ≦２√Ｍを満たす同時選択数Ｌにて駆動し、ダミー行を使用する場合には０．３√Ｍ≦Ｌ＋Ｄ≦２√Ｍを満たす同時選択数Ｌにて駆動するとともに、ＶＲ／ＶＣの極小バイアス比（ＶＲ／ＶＣ＝１）にて駆動することで、表示画面の総行電極数に拘らず、所定のオン／オフ比を確保しつつ、従来のＭＬＡ方式やＩＡＰＴ駆動方式よりも低い駆動電圧にて駆動することができることが確認できた。
【００５８】
特に、表示画面の総行電極数が４０以上、１００以下であるとともに、最適バイアス比の０．７倍以下となるバイアス比にて駆動すれば、５．５Ｖ以下の電源電圧で駆動することができることが確認され、２倍の昇圧にて電源を構成して格段の低消費電力化を図ったり、標準ロジックプロセスにて液晶表示装置のドライバ回路を形成することができることが確認された。
【００５９】
更に、表示画面の総行電極数が４０以上、１００以下であるとともに、最適バイアス比の０．６倍以下となるバイアス比にて駆動すれば、５．０Ｖ以下の電源電圧で駆動することができることが確認され、温度変動などがあったとしても十分なマージンを確保することができるので、ボタン電池などを使用して駆動することができるだけでなく、標準ロジックプロセスにて液晶表示装置のドライバ回路を形成して安定した動作を得ることができることも確認された。
【００６０】
また、ダミー行数を使用する場合には、Ｄ／（Ｄ＋Ｌ）＜０．５を満たすダミー行数にて１駆動すれば、同一の同時選択数Ｌに対して同一のバイアス比にて駆動した場合においてダミー行数が増加するにつれてオン／オフ比が低下してしまう傾向にあるが、このような範囲内であれば表示品位低下として認識されることはなく、画質劣化を生ずることなく低電圧化を図ることができることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】この発明の実施の形態１による液晶表示装置およびその周辺部分を示すブロック図である。
【図２】ＭＬＡ電圧波形とＩＡＰＴ電圧波形の説明図である。
【図３】各種の駆動方式における駆動電圧とオン／オフ比との関係図である。
【図４】ＭＬＡ駆動方式において実表示データにダミーデータを加えた場合の説明図である。
【図５】ＭＬＡ駆動方式において総行電極数と同時選択数Ｌとの関係を変えたときの行電圧と列電圧の曲線を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３による液晶表示装置の駆動シミュレーション結果を示す図である。
【図７】図６の各方式でのＩＡＰＴ法に対する低電圧効果を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４による液晶表示装置の駆動シミュレーション結果を示す図である。
【図９】図８の各方式でのＩＡＰＴ法に対する低電圧効果を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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