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LCD液晶ディスプレイの駆動方法について
2024/04/24
LCD液晶ディスプレイの駆動は、液晶デバイスの電極に印加される電位信号の位相、ピーク値、周波数などを調整することで、駆動電場を形成し、液晶表示デバイスの表示効果を実現するものです。LCD液晶ディスプレイの駆動方法にはいくつかの種類がありますが、一般的に使用されるのは静的駆動法と動的駆動法です。

1. 静的駆動法
静的駆動法は、最適な表示品質を得るための基本的な方法であり、セグメント型LCD液晶表示デバイスの駆動に適しています。このタイプの液晶表示デバイスの電極構造では、複数の数字の組み合わせ時に各ビットのバック電極BPが連結されています。静的駆動法の回路では、発振器のパルス信号は分周後にLCD液晶表示デバイスのバック電極BPに直接印加されます。セグメント電極のパルス信号は、表示選択信号とタイミングパルスが合成されて生成されます。

表示されるピクセルが選択された場合、該当するピクセル上の2つの電極のパルス電圧の位相差は180度で、2Vの電圧パルス列が生成され、LCD表示ピクセルが表示特性を示します。非表示選択の場合、2つの電極のパルス電圧の位相は等しく、合成された電圧パルスは0Vとなり、表示が実現されます。これが静的駆動法です。コントラストを向上させるために、パルスの電圧を適切に調整します。

2. 動的駆動法
LCD液晶ディスプレイデバイスに多数の表示ピクセルがある場合(ドットマトリックス型液晶ディスプレイデバイスなど)、大規模なハードウェア駆動回路を節約するために、LCD液晶ディスプレイデバイスの電極の製造と配置に工夫を凝らし、マトリックス構造を採用しています。水平方向の一組の表示ピクセルのバック電極は一緒に引き出され、これを行電極と呼びます。垂直方向の一組の表示ピクセルのセグメント電極も一緒に引き出され、これを列電極と呼びます。LCD液晶ディスプレイデバイス上の各表示ピクセルは、所在する行と列の位置で一意に決定されます。駆動方法は、CRTのレーザスキャン方式と同様の方法を採用しています。LCD液晶ディスプレイの動的駆動法は、行電極に周期的に選択パルスを印加し、すべての表示データの列電極に対応する選択または非選択の駆動パルスを供給することで、一行のすべての表示ピクセルの表示機能を実現します。この行スキャンは行ごとに順次行われ、循環周期が短く、LCD液晶ディスプレイで安定した表示が得られます。この液晶表示スキャン駆動方式は動的駆動方式と呼ばれます。

各行の選択時間は均等です。フレームのスキャン行数がN、スキャン時間が1の場合、一行の選択時間はフレーム時間の1/Nです。LCD液晶ディスプレイの駆動方法では、この値、すなわち一行のスキャン数の逆数を液晶表示駆動のデューティ比(duty)と呼び、dで表示します。同じ電圧下で、スキャン行数の増加は液晶表示のデューティ比の低下を引き起こし、変電界の電圧有効値の低下、表示品質の低下をもたらします。したがって、表示画面の増加に伴い、表示行の増加を確保するためには、適度に駆動電圧を増加させるか、電場の電圧有効値を向上させるための二重電極配置構造を採用する必要があります。

動的駆動法では、LCD液晶ディスプレイデバイスのある位置の表示ピクセルの表示メカニズムは、行選択電圧と列表示データ電圧の合成によって実現されます。一つの位置(I,J)で表示するには、第I列と第J行に同時に選択電圧を印加する必要があります。しかし、この時、(I,J)点以外の第I列と第J行の各点も一定の電圧を受けます。これらの点を半選択点と呼びます。半選択点の有効電圧が閾値電圧を超えると、不要な表示が画面上に現れ、コントラストが低下します。この現象を「クロストーク」と呼びます。

動的駆動法でクロストークを解消する方法は、平均電圧法です。半選択点と非選択点の電圧を平均化し、非選択点の電圧を適度に増加させて、半選択点の一部の電圧を相殺し、半選択点の電圧を低下させ、表示のコントラストを向上させます。この電圧の平均化により、バイアス比(bias)という量が現れ、bで表されます。

LCD液晶モジュールの動的駆動波形は、以下の三つの側面から説明できます。
(1)液晶モジュールの駆動電圧(V液晶モジュール)
LCD液晶モジュールの駆動電圧は、点灯部分のセグメント電圧と共通電圧との差として定義されます。
(2)デューティ比(Duty)
LCD液晶モジュール上の電極の数を減らすために、多チャンネル駆動を採用し、液晶モジュールの電圧は交流波形です。液晶モジュールのデューティ比(Duty)は、点灯の閾値電圧を超える部分が周期内で占める割合です。
(3)バイアス比(Bias)
LCD液晶モジュールの駆動波形は、いくつかのレベルで構成されています。コントラストの不均一を防ぐため、非点灯ピクセルに対応する電極にも一定の電圧を加えます。これは、点灯ピクセルの交差干渉を減少させ、コントラストの不均一を防ぐために重要です。LCD液晶モジュール内の非点灯ピクセル(非選択点)の電圧有効値と点灯ピクセル(選択点)の電圧有効値の比(1/n)をバイアス比と呼びます。
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