JP2013231800A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特定の駆動方式の液晶パネルに特定のパターンを表示しようとするときに、その見た目の輝度にほとんど影響を与えることなく、画像データを変換することで消費電力を低減する。
【解決手段】液晶表示装置１０は、入力した画像データを液晶パネルに表示したときの表示パターンと所定の表示パターンとの一致を検出するパターン検出部６と、パターン検出部６が画像データの表示パターンと所定の表示パターンとが一致したと判断した場合に、入力した画像データの表示パターンを変換するパターン変換部５とを備える。パターン変換部５は、表示パターンを変換する際に、ソースドライバ３からの１つのデータ信号線に接続される各サブ画素の階調電圧の変化が少なくなるように、表示パターンを変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置、より詳細には、マトリクス状に配置された液晶表示素子を極性反転駆動により駆動して表示を行う液晶表示装置に関する。

近年、液晶パネルを使用した液晶表示装置はその大型化、高精細化が進み、例えば６０型以上の水平画素数４０００×垂直画素数２０００前後の解像度を持つ動画フォーマットパネルである４ｋ２ｋパネルや、水平画素数８０００×垂直画素数４０００前後の解像度を持つ動画フォーマットパネルである８ｋ４ｋパネル等を使用した液晶表示装置が発表されている。このような大型化、高精細化に伴って、液晶表示装置の消費電力の増大が問題となっている。特に液晶表示装置では、液晶を駆動する際に極性反転駆動を採用しているため、特定のパターンを表示する際に、その消費電力が大きくなる、という課題がある。

極性反転駆動により動作させる液晶パネルの消費電力を低減させる技術に関して、例えば、特許文献１には、画像データ及び水平同期信号を含む表示制御信号をデータドライバ及びゲートドライバに供給して、液晶パネルに表示される画像データを制御し、画像データに基づいて液晶パネルの所定の極性の表示画素に印加する基準電圧を生成する液晶表示装置において、画像データの表示パターンの変化周期と、基準電圧の極性反転周期との相関関係を監視し、変化周期及び極性反転周期が同期する状態を判定したとき、極性反転周期を任意に切換え設定するものが開示されている。

この液晶表示装置によれば、表示画面にちらつきを生じさせたり、消費電力が増大する特定のパターンを表示させる画像データが入力された場合には、異なる極性反転周期に切り換えることができるため、データ電圧の反転周期と表示パターンとの同期を回避して、液晶表示装置特有のちらつきや消費電力の増大を抑制することができるものとされている。

特許０３５０４５１２号公報

図１２は、極性反転駆動を行うときの階調電圧の一例を示す図である。
液晶パネルを構成する液晶変調素子においては、液晶層に電界を印加することによって、液晶層に存在するイオン性物質が移動する。液晶層に直流電界を与え続けると対向する２つの電極の一方にイオン性物質が引き寄せられ、電極に与えられる電圧が一定であっても、液晶層に与えられる電界がイオンの電荷によって相殺され、実質的に液晶層へ印加される電界が減衰する。このような現象を回避するために、一般に、配列画素のラインごとに、印加する電界の正負極性を反転し、かつその極性を６０Ｈｚ等の所定周期で切り替える極性反転駆動が採用される。また、配列画素の全てに印加する電界の正負極性を所定周期で反転する駆動方法も用いられる。

極性反転駆動を行うときの駆動電圧（階調電圧）は例えば図１２のようになっている。横軸は、画像データの階調であり、縦軸は階調電圧を示している。ここでは、０−１５Ｖの階調電圧を正極性側２５６レベル、負極性側２５６レベルに量子化したレベルを示す。例えば極性反転駆動を行うときに正極性（＋）を与える場合、画像データが最高階調（例えば、Ｒ，Ｇ，Ｂのサブ画素に供給する画像データが２５５階調（８ビット量子化データの場合））では、階調電圧は１５Ｖであり、画像データが最低階調（Ｒ，Ｇ，Ｂのサブ画素に供給される画像データが０階調）では、階調電圧は８Ｖである。一方、極性反転駆動を行うときに負極性（−）を与える場合、画像データが最高階調では、階調電圧は０Ｖであり、画像データが最低階調では、階調電圧は７Ｖである。

図１３は、液晶パネルの駆動方式の一例を説明する図である。この例では、垂直方向に配列するサブ画素を、１つおきに１本のデータ信号線（ソースライン）に接続し、残りのサブ画素を隣接する他のデータ信号線に接続する。つまり、1本のデータ信号線が伸びる方向に配列した各列のサブ画素は、ソースドライバに接続された２本のデータ信号線のうちの１方に接続され、１方のデータ信号線に接続されたサブ画素と、他方のデータ信号線に接続されたサブ画素が交互に配列している。そしてデータ信号線ごとに正極性または負極性の階調電圧が印加され、隣接するデータ信号線は、正極性と負極性とが交互に与えられる。データ信号線ごとの正負の極性は、例えば６０Ｈｚ等の周期で反転される。
以下、この構成のものをダブルソースドット反転パネルとして説明する。

図１４は、ダブルソースドット反転パネルに特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明する図である。図１４（Ａ）が液晶パネルの画面全体を示している。そして、図１４（Ｂ）に示すように、その画面の少なくとも一部に特定の表示パターンとして、縦２ドット（垂直方向に画素二つ分）ごとに白黒が反転し、水平方向には画素ごとに白黒が反転する白黒市松模様（以下２ドット市松とする）を表示したものとする。

このときのサブ画素を駆動させるときの正負の極性は図１４（Ｃ）のようになる。この場合、極性反転駆動として、配列画素のデータ信号線ごとに印加する階調電圧の正負極性を反転するライン反転ドライブ方式を使用すると、垂直方向の画素列には、正極性と負極性の階調電圧が交互に印加される。

図１５（Ａ）は、図１４の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態を示している。ここでは垂直方向に配列するサブ画素は、それぞれの列についてＲＧＢのいずれかのサブ画素として設定されている。そして１つのデータ信号線に接続されるサブ画素は、垂直方向に正極性、負極性のいずれかが与えられる。また、隣接するデータ信号線には、正極性と負極性が交互に与えられる。従って、垂直方向に配列するサブ画素列は、正極性のサブ画素と負極性のサブ画素が交互に配置する。

図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）の状態でサブ画素を駆動しているときにソースドライバから出力される階調電圧の値を示している。上記のようにソースドライバからのデータ信号線には、正極性または負極性の階調電圧が印加される。そして、２ドット市松を表示している場合には、１つのデータ信号線上で垂直方向に配列するサブ画素に対して、１つのサブ画素ごとに階調電圧が切り替わる。

例えば図１５（Ｂ）に示す最も左側のデータ信号線（Ｎｏ．１）では、正極性で駆動されるため、図１２の例に従えば、垂直方向に最初のサブ画素に対して１５Ｖの階調電圧が印加され、次のサブ画素に対して８Ｖの階調電圧が印加される。そして隣接する２番目のデータ信号線（Ｎｏ．２）では、負極性で駆動されるため、垂直方向に最初のサブ画素に対して０Ｖの階調電圧が印加され、次のサブ画素に対して７Ｖの階調電圧が印加される。こうして、データ信号線には、垂直方向（サブ画素の配列方向）に、１５Ｖと８Ｖが交互に印加されるか、または０Ｖと７Ｖが交互に印加される。

次に、上記のダブルソースドット反転パネルに対して上記２ドット市松ではなく、１ドット（サブ画素）ごとに白黒反転する１ドット市松のパターンを表示したときの例を説明する。
図１６は、特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明する他の図である。図１６（Ａ）が液晶パネルの画面全体を示している。そして、図１６（Ｂ）に示すように、その画面の少なくとも一部に他の特定の表示パターンとして、縦１ドット（垂直方向に画素１つ分）ごとに白黒が反転し、水平方向には画素ごとに白黒が反転する白黒市松模様（以下１ドット市松とする）を表示したものとする。

このときのサブ画素を駆動させるときの正負の極性は図１６（Ｃ）のようになる。この場合、極性反転駆動として、配列画素のデータ信号線ごとに印加する階調電圧の正負極性を反転するライン反転ドライブ方式を使用すると、垂直方向の画素列には、正極性と負極性の階調電圧が交互に印加される。

図１７（Ａ）は、図１６の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態を示している。ここでは垂直方向に配列するサブ画素は、それぞれの列についてＲＧＢのいずれかのサブ画素として設定されている。そして１つのデータ信号線に接続されるサブ画素は、垂直方向に正極性、負極性のいずれかが与えられる。また、隣接するデータ信号線には、正極性と負極性が交互に与えられる。従って、垂直方向に配列するサブ画素列は、正極性のサブ画素と負極性のサブ画素が交互に配置する。

図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の状態でサブ画素を駆動しているときにソースドライバから出力される階調電圧の値を示している。上記のように、ソースドライバからのデータ信号線には、正極性または負極性の階調電圧が印加される。そして、１ドット市松を表示している場合、１つのデータ信号線上で垂直方向に配列するサブ画素に対して、同じ階調電圧が印加される。
例えば図１７（Ａ）に示す最も左側のデータ信号線（Ｎｏ．１）では、正極性で駆動されるため、図１２の例に従えば、そのデータ信号線に接続される垂直方向の全てのサブ画素に対して１５Ｖの階調電圧が印加される。そして隣接する２番目のデータ信号線（Ｎｏ．２）では、負極性で駆動されるため、垂直方向に全てのサブ画素に対して７Ｖの階調電圧が印加される。

さらに左から３番目のデータ信号線（Ｎｏ．３）は、正極性で駆動されるため、そのデータ信号線に接続される垂直方向の全てのサブ画素に対して８Ｖの階調電圧が印加される。そして隣接する４番目のデータ信号線（Ｎｏ．４）では、負極性で駆動されるため、垂直方向に全てのサブ画素に対して０Ｖの階調電圧が印加される。

図１８は、上記のダブルソースドット反転パネルにおいて、２ドット市松と１ドット市松とを表示したときの駆動電圧変動を説明するための図である。
横軸は、駆動ライン、つまりゲートドライバにより選択された走査信号線の位置を示し、縦軸は、駆動ラインに対する駆動電圧値（階調電圧値）を示している。つまり、１つのデータ信号線に対して垂直方向に配列したサブ画素に順次印過する階調電圧の変化が示されている。

図１８に示すように、１ドット市松を表示させた場合には、駆動ラインが順次切り替えられていくときにも駆動電圧の変化がなく一定であり、スイッチングがないため消費電力が小さい。一方、２ドット市松を表示させた場合には、駆動ラインが切り替わるごとに駆動電圧変動（スイッチング）を繰り返すため、消費電力が大きくなる。
２ドット市松と１ドット市松は、画面内の画素値の配置が若干異なるだけでほぼ類似したパターンであるにもかかわらず、表示駆動したときの消費電力が大幅に異なることになる。つまり、ダブルソースドット反転パネルの構成では、２ドット市松のような特定のパターンを表示したときに消費電力が増大する、という課題が生じる。

図１９は、液晶パネルの駆動方式の他の例を説明する図である。この例では、垂直方向に配列するサブ画素は、全て１本のデータ信号線に接続され、１本のデータ信号線からの階調電圧が、ゲートドライバによる走査信号線の選択に応じて順次サブ画素に印加されて駆動される。極性反転駆動として配列画素のデータ信号線（ソースライン）ごとに、印加する階調電圧の正負極性を反転するライン反転ドライブ方法を使用する。以下この構成の液晶パネルをシングルソースライン反転パネルとする。

図２０は、シングルソースライン反転パネルに特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明する図である。図２０（Ａ）が液晶パネルの画面全体を示している。そして、図２０（Ｂ）に示すように、その画面の少なくとも一部に特定の表示パターンとして、２ドット市松を表示したものとする。
このときのサブ画素を駆動させるときの正負の極性は図２０（Ｃ）のようになる。この場合、極性反転駆動として、配列画素のデータ信号線ごとに印加する階調電圧の正負極性を反転するライン反転ドライブ方式を使用すると、垂直方向の画素列ごとに、正極性か負極性のいずれかの階調電圧が印加される。

図２１（Ａ）は、図２０の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態を示している。ここでは垂直方向に配列するサブ画素は、それぞれの列についてＲＧＢのいずれかのサブ画素として設定されている。そして１つのデータ信号線に接続されるサブ画素は、垂直方向の画素列ごとに、正極性、負極性のいずれかが与えられる。また、隣接するデータ信号線には、正極性と負極性が交互に与えられる。

図２１（Ｂ）は、図２１（Ａ）の状態でサブ画素を駆動しているときにソースドライバから出力される階調電圧の値を示している。上記のようにソースドライバからのデータ信号線ごとに正極性または負極性の階調電圧が印加される。そして、２ドット市松を表示している場合には、１つのデータ信号線上で垂直方向に配列するサブ画素に対して、２つのサブ画素ごとに階調電圧が切り替わる。図１２の例に従えば、例えば図２１（Ｂ）に示す最も左側のデータ信号線（Ｎｏ．１）では、正極性で駆動されるため、垂直方向に最初の２つのサブ画素に対して１５Ｖの階調電圧が印加され、次の２つのサブ画素に対して８Ｖの階調電圧が印加される。そして隣接する２番目のソースライン（Ｎｏ．２）では、負極性で駆動されるため、垂直方向に最初の２つのサブ画素に対して０Ｖの階調電圧が印加され、次の２つのサブ画素に対して７Ｖの階調電圧が印加される。

次に、上記のソース反転パネルに対して上記２ドット市松ではなく、１ドット（サブ画素）ごとに白黒反転する１ドット市松のパターンを表示したときの例を説明する。
図２２は、特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明する更に他の図である。図２２（Ａ）が液晶パネルの画面全体を示している。そして、図２２（Ｂ）に示すように、その画面の少なくとも一部に特定の表示パターンとして、１ドット市松を表示したものとする。

このときのサブ画素を駆動させるときの正負の極性は図２２（Ｃ）のようになる。この場合、極性反転駆動として、配列画素のデータ信号線ごとに印加する階調電圧の正負極性を反転するライン反転ドライブ方式を使用すると、データ信号線ごとに、正極性または負極性のいずれかの階調電圧が印加される。

図２３（Ａ）は、図２２の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態を示している。ここでは垂直方向に配列するサブ画素は、それぞれの列についてＲＧＢのいずれかのサブ画素として設定されている。そして１つのデータ信号線に接続されるサブ画素は、データ信号線ごとに正極性または負極性のいずれかの階調電圧が印加される。

図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）の状態でサブ画素を駆動しているときにソースドライバから出力される階調電圧の値を示している。上記のように、ソースドライバからのデータ信号線ごとに正極性または負極性の階調電圧が印加される。
そして、１ドット市松を表示している場合には、１つのデータ信号線上で垂直方向に配列するサブ画素に対して、１つのサブ画素ごとに階調電圧が切り替わる。図１２の例に従えば、例えば図２３（Ｂ）に示す最も左側のソースライン（Ｎｏ．１）では、正極性で駆動されるため、垂直方向に最初のサブ画素に対して１５Ｖの階調電圧が印加され、次のサブ画素に対して８Ｖの階調電圧が印加される。そして隣接する２番目のデータ信号線（Ｎｏ．２）では、負極性で駆動されるため、垂直方向に最初のサブ画素に対して０Ｖの階調電圧が印加され、次のサブ画素に対して７Ｖの階調電圧が印加される。

図２４は、上記のシングルソースライン反転パネルにおいて、２ドット市松と１ドット市松とを表示したときの駆動電圧変動を説明するための図である。
横軸は、駆動ライン、つまりゲートドライバにより選択された走査信号線の位置を示し、縦軸は、駆動ラインに対する駆動電圧値（階調電圧値）を示している。つまり、１つのデータ信号線に対して垂直方向に配列したサブ画素に順次印過する階調電圧の変化が示されている。

図２４に示すように、１ドット市松を表示させたときよりも、２ドット市松を表示させたときの方が駆動電圧変動（スイッチング）の回数が少なく、２ドット市松の方が消費電力が少ない。
２ドット市松と１ドット市松は、画面内の画素値の配置が若干異なるだけでほぼ類似したパターンであるにもかかわらず、表示駆動したときの消費電力が異なることになる。つまり、１ドット市松のような特定のパターンを表示したときに消費電力が増大する、という課題が生じる。

特許文献１の場合、表示映像の特定のパターンを検出し、その検出結果に応じて極性反転周期を変化させる。このため表示パターンによっては消費電力を下げることができない。例えば、上述のダブルソースドット反転パネルで２ドット市松を表示させているときに、特許文献１に記載の手法で極性反転周期を変化させた場合、１つのデータ信号線に接続されるサブ画素に１５Ｖ、８Ｖ、１５Ｖ、８Ｖの順に階調電圧が印加されていたものが、１５Ｖ、７Ｖ，１５Ｖ，７Ｖに変化するのみであり、スイッチングの数も変化せず、消費電力はほとんど変わらない。

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされてもので、特定の駆動方式の液晶パネルに特定のパターンを表示しようとするときに、その見た目の輝度にほとんど影響を与えることなく、画像データを変換することで消費電力を低減する液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、複数本のデータ信号線とゲート線との交点にマトリクス状に配置されたサブ画素を有し、複数の前記サブ画素によって１つの画素が構成された液晶パネルと、入力した画像データに基づいて、前記サブ画素の液晶を極性反転駆動により駆動する階調電圧を各前記データ信号線に供給するソースドライバと、を有する液晶表示装置において、前記入力した画像データを前記液晶パネルに表示したときの表示パターンと所定の表示パターンとの一致を検出するパターン検出部と、該パターン検出部が画像データの表示パターンと前記所定の表示パターンとが一致したと判断した場合に、前記入力した画像データの表示パターンを変換するパターン変換部とを備え、前記パターン変換部は、前記表示パターンを変換する際に、順次走査時における前記１つのデータ信号線に接続される各サブ画素の前記階調電圧の変化が少なくなるように、前記表示パターンを変換することを特徴としたものである。

第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記パターン変換部は、前記表示パターンを変換する際に、該変換する表示パターンを構成する画素に供給すべき画像データの画素ごとの画素値を維持したまま、画像表示データの供給先とする画素を変更することにより、前記表示パターンを変換することを特徴としたものである。

第３の技術手段は、第１または２の技術手段において、前記パターン検出部は、前記所定の表示パターンを画素毎の輝度値により定めておき、前記入力した画像データの画素ごとの輝度値と前記所定の表示パターンの輝度値とを比較して、前記入力した画像データの表示パターンと前記所定の表示パターンとの一致を検出することを特徴としたものである。

第４の技術手段は、第１または２の技術手段において、前記パターン検出部は、前記所定の表示パターンを特定の色を表示するためのサブ画素の画素値により定めておき、前記入力した画像データにおける前記特定の色を表示するための画素値と、前記所定の表示パターンの画素値とを比較して、前記入力した画像データの表示パターンと前記所定の表示パターンとの一致を検出することを特徴としたものである。

第５の技術手段は、第３または４の技術手段において、前記パターン検出部は、前記特定の表示パターンを判断するための閾値を設け、前記入力した画像データの表示パターンが、閾値の範囲内で前記特定の表示パターンと一致しているときには、前記入力した画像データの表示パターンと前記特定の表示パターンとが一致したと判断することを特徴としたものである。

本発明によれば、本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされてもので、特定の駆動方式の液晶パネルに特定のパターンを表示しようとするときに、その見た目の輝度にほとんど影響を与えることなく、画像データを変換することで消費電力を低減する液晶表示装置を提供することができる。

本発明による液晶表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 パターン検出部におけるパターン検出の処理例を説明するためのフローチャートである。 パターン検出部で使用する入力画像データと所定の表示パターンとを説明する図である。 パターン検出部とパターン変換部における処理例を説明する図である。 パターン検出部とパターン変換部における他の処理例を説明する図である。 ２ドット市松の画像データを１ドット市松の画像データに変化して表示したときの例を示す図である。 パターン検出部とパターン変換部における他の処理例を説明する図である。 パターン検出部とパターン変換部における更に他の処理例を説明する図である。 パターン検出部とパターン変換部における更に他の処理例を説明する図である。 パターン検出部とパターン変換部における更に他の処理例を説明する図である。 １ドット市松の画像データを２ドット市松の画像データに変化して表示したときの例を示す図である 極性反転駆動を行うときの階調電圧の一例を示す図である。 液晶パネルの駆動方式の一例を説明する図である。 液晶パネルに特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明する図である。 図１４の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態と、ソースドライバから出力される階調電圧の値を示す図である。 液晶パネルに特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明する他の図である。 図１６の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態と、ソースドライバから出力される階調電圧の値を示す図である。 液晶パネルに２ドット市松と１ドット市松とを表示したときの駆動電圧変動を説明するための図である。 液晶パネルの駆動方式の他の例を説明する図である。 液晶パネルに特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明するための他の図である 図２０の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態と、ソースドライバから出力される階調電圧の値を示す図である。 特定のパターンを表示したときのサブ画素の状態を説明する更に他の図である。 図２２の状態でサブ画素を駆動しているときの各データ信号線に接続するサブ画素の状態と、ソースドライバから出力される階調電圧の値を示す図である。 液晶パネルに２ドット市松と１ドット市松とを表示したときの駆動電圧変動を説明するための他の図である。

図１は、本発明による液晶表示装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。液晶表示装置１０は、液晶パネル１、ゲートドライバ２、ソースドライバ３、表示コントローラ４、パターン変換部５、及びパターン検出部６を有している。
液晶パネル１は、マトリクス状に配置されたサブ画素からなる画面と、そのサブ画素を線順次に選択して走査する複数のゲート線（走査信号線）と、選択されたラインのサブ画素にデータ信号を供給する複数のデータ信号線とを備えている。サブ画素はデータ信号線とゲート線との交点に配置される。
サブ画素は、例えばＲＧＢのいずれかの色を表示するためのものであり、ＲＧＢのサブ画素によって１つの画素が構成される。また、ＲＧＢＹ（黄）などの４色による画素構成のものや、その他の多色画素構成のものも適用することができる。

走査信号線とデータ信号線とは直交している。ゲートドライバ２は、走査信号線ドライバであり、液晶パネル１の各走査信号線に、選択期間と非選択期間とのそれぞれに応じた電圧を出力する。ソースドライバ３は、データ信号線ドライバであり、液晶パネル１の各データ信号線（ソースライン）にデータ信号を出力し、選択されている走査信号線上にあるサブ画素のそれぞれに画像データを供給する。

表示コントローラ４は、入力した画像データを受け取り、ゲートドライバ２にゲートスタートパルス信号ＧＳＰおよびゲートクロック信号を配信し、ソースドライバ３にＲＧＢの階調データ、ソーススタートパルス信号、ソースラッチストローブ信号、およびソースクロック信号を配信する。これら全ての信号は同期している。画像データとしては、放送受信装置として構成された液晶表示装置が受信した放送波から取得した画像データや、ネットワークを介して入力された画像データ、コンピュータや外部記録媒体から出力された画像データ等を適用できる。

ゲートドライバ２は、表示コントローラ４から受け取ったゲートスタートパルス信号を合図に液晶パネル１の走査を開始し、ゲートクロック信号に従って各走査信号線に順次選択電圧を印加していく。ソースドライバ３は、表示コントローラ４から受け取ったソーススタートパルス信号を基に、送られてきた各画素の階調データをソースクロック信号に従ってレジスタに蓄え、次のソースラッチストローブ信号に従って液晶パネル１の各データ信号線に階調データを書き込む。

ソースドライバ３では、基準電源よりソースドライバ３に供給される基準電圧の反転周期に基づいて、液晶パネル１の各サブ画素に印加する階調電圧の極性を一定周期で反転させる極性反転駆動が行われる。極性反転駆動における階調電圧は、例えば上述した図１２に示すような電圧値で制御される。

パターン検出部６は、予め所定の表示パターンの情報を保持し、入力した画像データを液晶パネル１に表示したときの表示パターンと上記所定の表示パターンとの一致を検出する。
パターン変換部５は、パターン検出部６によって画像データの表示パターンと所定の表示パターンとが一致したと判断された場合に、入力した画像データの表示パターンを変換する。このときにパターン変換部５は、表示パターンを変換する際に、ソースドライバ３から液晶パネル１にデータ信号を供給するための１つのデータ信号線に接続される各サブ画素における階調電圧の変化が少なくなるように、表示パターンを変化させる。

より具体的には、１つのデータ信号線に接続されるサブ画素に順次階調電圧を付与して画像データを書き込んでいくときに、電圧変動（スイッチング）がより少なくなるように画像データを変換する。このときに、パターン変換部５は、表示パターンを変換する表示領域を構成する画素ごとの画像データを維持したまま、画像表示データの供給先とする画素を変化させることにより、表示パターンを変換する。
これにより、画面上の見た目の輝度にほとんど影響を与えることなく、画像データを変換することで消費電力を低減することができるようにする。
以下に、パターン検出とパターン変換の具体的動作例を説明しながら、本発明の実施形態をより具体的に説明する。

図２は、パターン検出部６におけるパターン検出の処理例を説明するためのフローチャートである。上記のようにパターン検出部６では、入力した画像データを液晶パネル１に表示させた際に、所定のパターンとの一致を検出する。
ここでは、まず画像データをパターン検出部６に入力し（ステップＳ１）、水平方向の座標ｘ＝０とし、垂直方向の座標ｙ＝０にセットする（ステップＳ２）。そして、以下の式（１）を計算し、式（１）を満たすか否かを判断する（ステップＳ３）。式（１）では、入力した画像データの画素ごとの輝度値と、所定の表示パターンの画素ごとの輝度値を比較することにより、入力した画像データに所定の表示パターンが含まれているか否かを判定している。

ここで、図３（Ａ）に示すように、入力画像データの輝度値をＩ（ｘ，ｙ）とし、画像データの水平方向の座標ｘを０〜ｍ−１とし、画像データの垂直方向の座標ｙを０〜ｎ−１とする。また、図３（Ｂ）に示すように、予め用意された検出用の所定の表示パターンの輝度値をＤ（ｉ，ｊ）とし、画像データの水平方向の座標ｘを０〜ｐ−１とし、画像データの垂直方向の座標ｙを０〜ｑ−１とする。

図２に戻って説明する。ステップＳ３で式（１）を満たす場合、入力した画像データに所定の表示パターンが含まれているため、パターン変換部５にて表示パターンを変換する（ステップＳ９）。表示パターンの変換は、入力した画像データによって表示させる画素の位置を変換するもので、基本的には画面内の画素ごとの画像データの値を変化させることなく、表示位置を変換することで、画面上の輝度を変化させることなく、消費電力を低減させる。

ステップＳ３で式（１）を満たさなかった場合、またはステップＳ９で表示パターンを変換した場合、ｘ＝ｘ＋１に更新する（ステップＳ４）。そして、ｘ＜ｍであるかを判断し（ステップＳ５）、ｘ＜ｍであればステップＳ３に戻って次の座標位置で表示パターンの一致の可否を判断する。
ステップＳ５でｘ＜ｍでなければ、ｘ＝０、ｙ＝ｙ＋１とし（ステップＳ６）、ｙ＜ｎであれば（ステップＳ７−Ｙｅｓ）、ステップＳ３に戻って次の座標位置で表示パターンの一致の可否を判断する。また、ステップＳ７でｙ＜ｎでなければ、入力画像データ内の全ての座標を起点とする領域で所定の表示パターンとの一致・不一致が判断されたため、パターン検出部６では、パターン変換部５を通して画像データを表示コントローラ４へ送り（ステップＳ８）、検出処理を終了する。所定の表示パターンの検出結果は、パターン変換部５に送られる。

なお、上記の例では、式（１）に従って、所定の表示パターンに完全に輝度値が一致するパターンを検出するようにしているが、下記の式（２）に示すように所定の閾値（Ｔｈ）を設定し、所定範囲内の一致度であれば、入力した画像データが所定のパターンに一致したものとみなして、画像データの変換処理を行うようにしてもよい。

また、上記の例では、入力した画像データの画素ごとの輝度が所定の表示パターンの輝度に一致したとき、もしくは一致したとみなしたときに画像データの変換処理を行うようにしているが、入力した画像データによる表示画面全体の所定の割合の領域の表示パターンが所定の表示パターンに一致したときに、入力した画像データの表示パターンが所定の表示パターンに一致したとみなして、表示パターンの変換を行うようにしてもよい。ある程度大きい領域で所定の表示パターンに一致しない場合、消費電力低減効果が明確に現れてこない場合があるためである。

図４は、パターン検出部とパターン変換部における処理例を説明する図である。
ダブルソースドット反転パネルで極性反転駆動を行う場合、図４（Ａ）に示すような表示パターンを検出用の所定の表示パターンとする。ここでそれぞれの矩形は画素１つ分を示す。この例では、４つの画素が垂直方向に配列した表示パターンとし、４つの画素のうち、上の２つの画素が黒を表示し、下の２つの画素が白を表示させるものとする。各画素の輝度値Ｙは、黒の場合には最低階調（Ｙ＝０）で、白の場合は最高階調（Ｙ＝２５５（８ビット表現の場合））である。

パターン検出部６は、入力した画像データの輝度値と、図４（Ａ）に示すような所定の表示パターンの輝度値とを比較し、入力した画像データに所定の表示パターンに一致する部分があるか否かを検出する。
一致する部分があった場合、パターン変換部５では、図４（Ａ）のような表示パターンをもつ画像データを、図４（Ｂ）のような表示パターンに変換する。つまり、垂直方向に配列する画素を上から黒、白、黒、白となるように画像データを変換して表示させる。ここでは、黒の画素数と白の画素数とは変換前後で変化しないため、画面上の輝度を変化させることなく画像データの変換がなされる。

この場合、図４（Ａ）の表示パターンは、上述した２ドット市松に相当し、図４（Ｂ）の表示パターンは１ドット市松に相当する。つまりこの例では、２ドット市松を表示する画像データが入力した際には、その部分を１ドット市松に変換することを意味している。
データ信号線ごとに極性反転駆動を行うダブルソースドット反転パネルに２ドット市松を表示する場合、上述したように２ドット市松を表示させたときよりも、１ドット市松を表示させたときの方が駆動電圧変動（スイッチング）の回数が少なく、消費電力が少ない。従って本例では、２ドット市松に相当する画像データを１ドット市松に相当する画像データに変換することで、ダブルソースドット反転パネルに表示させるときの消費電力を低減させることができる。

つまり本発明では、パターン変換部５は、入力した画像データの表示パターンを変換する際に、１つのデータ信号線に接続され各サブ画素の階調電圧の変化が少なくなるように表示パターンを変換する。そしてこのときに、変換する表示パターンを構成する画素に供給すべき画像データの画素ごとの値を維持したまま、画像表示データの供給先とする画素を変更することにより、表示パターンを変換する。

パターン検出部６で検出する所定の表示パターンと、その表示パターンを変換する変換後の表示パターンは図５のように設定してもよい。図５（Ａ）に示す所定の表示パターンは、４つの画素が垂直方向に配列した表示パターンのうち、上の２つの画素に最高輝度の白を表示し、下の２つの画素に最低輝度の黒を表示させるものとする。
入力した画像データに図５（Ａ）に示すような所定の表示パターンに一致する部分があった場合、パターン変換部５では、図５（Ａ）のような表示パターンをもつ画像データを、図５（Ｂ）のような表示パターンに変換する。つまり、垂直方向に配列する画素を上から白、黒、白、黒となるように画像データを変換して表示させる。この場合にも、２ドット市松を表示する画像データ分が１ドット市松に変換され、ダブルソースドット反転パネルに表示させるときの消費電力を低減させることができる。

図６は、２ドット市松の画像データを１ドット市松の画像データに変化して表示したときの例を示す図である。図６（Ａ）に示すような２ドット市松を画面全面に表示させる画像データを液晶表示装置に入力させ、その画像データを図６（Ｂ）のような１ドット市松の画像データに変換させて表示させる。変換前後において、画面全体としては５０％（階調）輝度のグレーの画面になっているが、画像データを変換させたことにより、消費電力を削減することができる。また、液晶パネル上では、画像データを変換しても見た目の変化は少なく違和感は生じない。特に高精細のパネルを用いると、見た目の変化もより少なく感じられ、効果的に消費電力を削減することができる。

図７は、パターン検出部とパターン変換部における他の処理例を説明する図である。
ダブルソースドット反転パネルで極性反転駆動を行う場合、図４の例では検出用の所定の表示パターンとして、最低輝度階調の白と最高輝度階調の黒とが２ドット市松に表示されているときに、所定の表示パターンに一致するものと判断した。本例では、輝度値に閾値を設けて、その閾値により一致の有無を判断する。

例えば、所定の表示パターンとして、黒と白の２ドット市松を設定するとき、図７（Ａ）に示すように、黒側の輝度値に閾値を設けて、その閾値より輝度が低い画素を表示させる画像データについては黒であると判断する。この場合、所定レベルの濃い灰も黒と判断することになる。
同様に、白側にも閾値を設けることができる。白側の所定の閾値よりも高い輝度の画素を表示させる画像データについては、白であると判断する。

そして、入力した画像データに、図７（Ａ）に示すような所定の表示パターンに一致する部分があると判断した場合、パターン変換部５では、図７（Ａ）のような表示パターンをもつ画像データを、図７（Ｂ）のような表示パターンに変換する。つまり、垂直方向に配列する画素を上から灰、白、灰、白となるように画像データを変換して表示させる。ここでは、灰の画素数と白の画素数とは変換前後で変化しないため、画面上の輝度を変化させることなく画像データの変換がなされる。

この場合、図７（Ａ）の表示パターンは、上述した２ドット市松に完全に一致するものではないが、画像データを変換することにより駆動電圧変動が少なくなり、ダブルソースドット反転パネルに表示させるときの消費電力を低減させることができる。

図８は、パターン検出部とパターン変換部における更に他の処理例を説明する図である。
ダブルソースドット反転パネルで極性反転駆動を行う場合、上記の例では、入力した画像データから所定の表示パターンを検出する際に、画素ごとの輝度値を使用して一致の有無を判定していた。本例では、画像データの画素ごとの輝度値ではなく、ＲＧＢのそれぞれの階調値を使用して所定の表示パターンを検出する。

例えば図８（Ａ）に示すように、Ｒ（赤）の階調値を２ドット市松の形態で配置したものを所定の表示パターンとして設定する。ここでは表示パターンは、４つの赤のサブ画素が垂直方向に配列した構成を有し、４つの赤のサブ画素のうち、上の２つのサブ画素が最低階調の黒を表示し、下の２つのサブ画素が最高階調の赤を表示させるものとする。

パターン検出部６は、入力した画像データの赤の階調値と、図８（Ａ）に示すような所定の表示パターンの階調値とを比較し、入力した画像データに所定の表示パターンに一致する部分があるか否かを検出する。
一致する部分があった場合、パターン変換部５では、図８（Ａ）のような表示パターンをもつ画像データを、図８（Ｂ）のような表示パターンに変換する。つまり、垂直方向に配列する赤のサブ画素を上から黒、赤、黒、赤となるように画像データを変換して表示させる。このとき、赤のそれぞれのサブ画素を含む画素全体の表示位置を変換し、それぞれの画素の輝度が変化しないようにする。従って、最低階調の黒の画素数と最高階調の赤の画素数とは変換前後で変化せず、画素ごとの輝度も変化しないため、画面上の輝度を変化させることなく画像データの変換がなされる。

この場合、図８（Ａ）の表示パターンは、上述した２ドット市松の一つのデータ信号線に対応するものであり、図８（Ｂ）のように画像データを変換することにより、そのデータ信号線については駆動電圧変動が少なくなり、ダブルソースドット反転パネルに表示させるときの消費電力を低減させることができる。

また、上記の例では、所定の表示パターンを赤の最高階調と赤の最低階調とにより構成しているが、他のＧ（緑）、Ｂ（青）等の階調値を用いてもよい。また、最高階調と最低階調だけでなく、階調値に閾値を設けて所定の閾値内の画素値をもつサブ画素を所定の表示パターンのサブ画素に一致するものと判断するようにしてもよい。

図９は、パターン検出部とパターン変換部における更に他の処理例を説明する図である。本例は、垂直方向に配列するサブ画素が全て１本のデータ信号線に接続され、配列画素のデータ信号線ごとに、印加する階調電圧の正負極性を反転するシングルソースライン反転パネルに適用されるものである。
シングルソースライン反転パネルで極性反転駆動を行う場合、図９（Ａ）に示すようなパターンを検出用の所定の表示パターンとする。ここでそれぞれの矩形は画素１つ分を示す。この例では、４つの画素が垂直方向に配列した表示パターンとし、４つの画素は、黒、白が交互に配列したものとする。各画素の輝度値Ｙは、黒の場合には最低階調（Ｙ＝０）で、白の場合は最高階調（Ｙ＝２５５（８ビット表現の場合））である。

パターン検出部６は、入力した画像データの輝度値と、図９（Ａ）に示すような所定の表示パターンの輝度値とを比較し、入力した画像データに所定の表示パターンに一致する部分があるか否かを検出する。
一致する部分があった場合、パターン変換部５では、図９（Ａ）のような表示パターンをもつ画像データを、図９（Ｂ）のような表示パターンに変換する。つまり、垂直方向に配列する画素を、上の２つが黒で下の２つが白となるように画像データを変換して表示させる。ここでは、黒の画素数と白の画素数とは変換前後で変化しないため、画面上の輝度を変化させることなく画像データの変換がなされる。

この場合、図９（Ａ）の表示パターンは、上述した１ドット市松に相当し、図９（Ｂ）の表示パターンは２ドット市松に相当する。つまりこの例では、１ドット市松を表示する画像データが入力した際には、その部分を２ドット市松に変換することを意味している。
シングルソースライン反転パネルに２ドット市松を表示する場合、上述したように１ドット市松を表示させたときよりも、２ドット市松を表示させたときの方が駆動電圧変動（スイッチング）の回数が少なく、消費電力が少ない。従って本例では、１ドット市松に相当する画像データを２ドット市松に相当する画像データに変換することで、ソース反転パネルに表示させるときの消費電力を低減させることができる。

つまり本発明では、パターン変換部５は、入力した画像データの表示パターンを変換する際に、１つのデータ信号線に接続され各サブ画素の階調電圧の変化が少なくなるように表示パターンを変換する。そしてこのときに、変換する表示パターンを構成する画素に供給すべき画像データの画素ごとの値を維持したまま、画像表示データの供給先とする画素を変更することにより、表示パターンを変換する。

パターン検出部６で検出する所定の表示パターンと、その表示パターンを変換する変換後の表示パターンは図１０のように設定してもよい。この場合にも図１０（Ａ）に示す所定の表示パターンは、４つの画素が垂直方向に配列した表示パターンのうち、上から白、黒、白、黒を表示させるものとする。
入力した画像データに図１０（Ａ）に示すような所定の表示パターンに一致する部分があった場合、パターン変換部５では、図１０（Ａ）のような表示パターンをもつ画像データを、図１０（Ｂ）のような表示パターンに変換する。つまり、垂直方向に配列する画素を上の２つの画素が白で、下の２つの画素が黒となるように画像データを変換して表示させる。この場合にも、１ドット市松を表示する画像データ分が２ドット市松に変換され、ソース反転パネルに表示させるときの消費電力を低減させることができる。

なお、上記の例では、最高輝度値の白と、最適輝度値の黒とからなる所定の表示パターンとの一致を検出しているが、輝度値に閾値を設けて、その閾値により一致の有無を判断してもよい。例えば、所定の表示パターンとして、黒と白の１ドット市松を設定するとき、黒側もしくは白側、もしくはその両方の輝度値に閾値を設けて、黒側の閾値より輝度が低い画素を表示させる画像データについては黒であると判断し、白側の閾値よりも輝度が高い画素を表示させる画像データについては白であると判断するようにしてもよい。

また、入力した画像データから所定の表示パターンを検出する際に、画像データの画素ごとの輝度値ではなく、ＲＧＢのそれぞれの階調値を使用して所定の表示パターンを検出するようにしてもよい。また、このときに最高階調と最低階調だけでなく、階調値に閾値を設けて所定の閾値内の画素値をもつサブ画素を所定の表示パターンのサブ画素に一致するものと判断するようにしてもよい。

図１１は、１ドット市松の画像データを２ドット市松の画像データに変化して表示したときの例を示す図である。図１１（Ａ）に示すような１ドット市松を画面全面に表示させる画像データを液晶表示装置に入力させ、その画像データを図１１（Ｂ）のような２ドット市松の画像データに変換させて表示させる。変換前後において、画面全体としては５０％（階調）輝度のグレーの画面になっているが、画像データを変換させたことにより、消費電力を削減することができる。また、液晶パネル上では、画像データを変換しても見た目の変化は少なく違和感は生じなかった。特に高精細のパネルを用いると、見た目の変化もより少なく感じられ、効果的に消費電力を削減することができる。

上記のパターン検出処理及びパターン変換処理は、特定の画像データのときにその機能をＯＦＦにしてパターン変換を行わないようにしてもよい。例えば、ＰＣ（personal computer）から出力された画像データを表示させる場合には、上記のパターン検出処理とパターン変換処理をＯＦＦにすることができる。ＰＣから出力される画像は、文字情報を含むことが多いため、所定の表示パターンのときにその画素位置を変換することにより、見た目に影響を受けるか可能性があるためである。その他、ＯＳＤ（on screen display）によりテキスト情報を表示する場合には、そのＯＳＤ表示の領域についてパターン検出処理とパターン変換処理を行わないようにする、等の設定を適宜行うことができる。

１…液晶パネル、２…ゲートドライバ、３…ソースドライバ、４…表示コントローラ、５…パターン変換部、６…パターン検出部。

Claims (5)

1. 複数本のデータ信号線とゲート線との交点にマトリクス状に配置されたサブ画素を有し、複数の前記サブ画素によって１つの画素が構成された液晶パネルと、
   入力した画像データに基づいて、前記サブ画素の液晶を極性反転駆動により駆動する階調電圧を各前記データ信号線に供給するソースドライバと、を有する液晶表示装置において、
   前記入力した画像データを前記液晶パネルに表示したときの表示パターンと所定の表示パターンとの一致を検出するパターン検出部と、
   該パターン検出部が画像データの表示パターンと前記所定の表示パターンとが一致したと判断した場合に、前記入力した画像データの表示パターンを変換するパターン変換部とを備え、
   前記パターン変換部は、前記表示パターンを変換する際に、順次走査時における前記１つのデータ信号線に接続される各サブ画素の前記階調電圧の変化が少なくなるように、前記表示パターンを変換することを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１に記載の液晶表示装置において、
   前記パターン変換部は、前記表示パターンを変換する際に、該変換する表示パターンを構成する画素に供給すべき画像データの画素ごとの画素値を維持したまま、画像表示データの供給先とする画素を変更することにより、前記表示パターンを変換することを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
   前記パターン検出部は、前記所定の表示パターンを画素毎の輝度値により定めておき、前記入力した画像データの画素ごとの輝度値と前記所定の表示パターンの輝度値とを比較して、前記入力した画像データの表示パターンと前記所定の表示パターンとの一致を検出することを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１または２に記載の液晶表示装置において、
   前記パターン検出部は、前記所定の表示パターンを特定の色を表示するためのサブ画素の画素値により定めておき、前記入力した画像データにおける前記特定の色を表示するための画素値と、前記所定の表示パターンの画素値とを比較して、前記入力した画像データの表示パターンと前記所定の表示パターンとの一致を検出することを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項３または４に記載の液晶表示装置において、
   前記パターン検出部は、前記特定の表示パターンを判断するための閾値を設け、前記入力した画像データの表示パターンが、閾値の範囲内で前記特定の表示パターンと一致しているときには、前記入力した画像データの表示パターンと前記特定の表示パターンとが一致したと判断することを特徴とする液晶表示装置。

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