DE19620475C2 - Flüssigkristallanzeigevorrichtung und Verfahren zum Betreiben derselben - Google Patents

Flüssigkristallanzeigevorrichtung und Verfahren zum Betreiben derselben

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben derselben, welche die Bildqualität verbessern können, indem sie die an Pixelelektroden auftretende Spannungsschwankung verringern, die auf eine parasitäre Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode eines jeweils ein Pixel (Bildelement) ansteuernden Dünnschichttransistors oder auf einen Leckstrom des Transistors zurückzuführen ist.
Eine herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit aktiver Matrix weist eine untere Scheibe mit darauf angeordneten Pixelschalttransistoren und Pixelelektroden, eine obere Scheibe mit Farbfiltern zum Filtern von Farbe und einer gemeinsamen Elektrode, zwischen der unteren und der oberen Scheibe eingefülltes Flüssigkristallmaterial sowie zwei Polarisierungsscheiben auf, die auf den Außenseiten der unteren und der oberen Scheibe angebracht sind und zum linearen Polarisieren von sichtbarem Licht dienen.
Nachstehend wird eine herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild für eine herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Fig. 7 zeigt einen Spannungsverlauf an einer Pixelelektrode der in Fig. 6 dargestellten herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung. Fig. 8 zeigt ein Ersatzschaltbild für eine Pixelelementzone der in Fig. 6 dargestellten herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Diese herkömmliche Flüssigkristallanzeigevorrichtung weist eine Mehrzahl von Gate-Leitungen N1 bis Nn, die in vorgegebenem Abstand voneinander in einer Richtung verlaufend angeordnet sind, eine Mehrzahl von Datenleitungen D1 bis Dn, die in vorgegebenem anderen Abstand voneinander in einer zu den Gate- Leitungen senkrechten Richtung verlaufend angeordnet sind, und eine Mehrzahl von Pixelelementzonen auf, die im Bereich der Kreuzungsstellen der Gate-Leitungen N1 bis Nn und Datenleitungen D1 bis Dn ausgebildet sind.
Die Pixelelementzonen weisen jeweils eine (nicht dargestellte) Pixelelektrode und einen zum Anlegen von Datensignalen an die Pixelelektrode dienenden Dünnschichttransistor 10 mit einer an der Gate-Leitung N1 bis Nn angeschlossenen Gate-Elektrode 18, einer an der Datenleitung D1 bis Dn angeschlossenen Drain- Elektrode 20 und einer an der Pixelelektrode angeschlossenen Source-Elektrode 22 auf.
Jede Pixelelementzone weist ferner auch einen Kondensator CST mit übereinander angeordneten Schichten und eine Flüssigkristall-Kapazität CLC auf, wie in Fig. 8 dargestellt. Der Kondensator CST (Speicherkondensator) ist durch einen Teil der Pixelelektrode und die diese überlappende benachbarten Gate-Leitung ausgebildet und kompensiert den Leckstrom angelegter Datensignalladungen. Die Kapazität CLC ist zwischen der an der unteren Scheibe angeordneten Pixelelektrode und einer an der oberen Scheibe angeordneten gemeinsamen Elektrode 24 vorhanden (Fig. 6).
Die gemeinsamen Elektroden 24 sind zu einer einzigen Elektrode an der oberen Scheibe zusammengefaßt, und die Gate-Leitungen N1 bis Nn und die Datenleitungen D1 bis Dn sind mit einer (nicht dargestellten) integrierten Schaltung zum Ansteuern der Gates bzw. mit einer (nicht dargestellten) integrierten Schaltung zum Ansteuern der Datenleitungen verbunden und werden von den sie betreffenden integrierten Schaltungen angesteuert.
Die Betriebsweise der herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach dem vorstehend beschriebenen System wird nachfolgend erläutert.
Bei aufeinanderfolgendem Anlegen von Gate-Ansteuerimpulsen an die Gate-Leitungen N1 bis Nn durch die für die Gate-Ansteuerung zuständige integrierte Schaltung wird jeder Dünnschichttransistor 10, an den die Gate-Ansteuerimpulse (in Form einer Spannung) angelegt werden, in den leitenden Zustand geschaltet. Solange der Dünnschichttransistor 10 eingeschaltet ist, zeigt das Pixel (Bildelement) 5 die Bildsignale aufgrund von Bildinformation enthaltenden Datenspannungen an, die von der für den Betrieb der Datenleitungen D1 bis Dn zuständigen integrierten Schaltung mittels der Dünnschichttransistoren 10 über die Datenleitungen D1 bis Dn an die Pixelelektrode und damit an das Flüssigkristallmaterial angelegt werden.
Zu dieser Zeit wird eine gemeinsame Spannung VCOM an die gemeinsame Elektrode 24 gelegt, wobei die gemeinsame Spannung VCOM eine Wechsel- oder Gleichspannung ist, die ein zentraler Wert für eine Pixelelektrodenschwingung ist. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet der Ausdruck Pixelelektrodenschwingung die periodische Umkehr der Pixelelektrodenspannung zwischen einer hohen und einer niedrigen Spannung, bezogen auf die Spannung der gemeinsamen Elektrode. Eine schwingende Pixelelektrodenspannung wird verwendet, um eine Beschädigung des Flüssigkristalls zu vermeiden, die eintreten würde, wenn eine konstant hohe oder niedrige Spannung angelegt würde.
Wenn die gemeinsame Spannung und die Gate-Ansteuerspannung angelegt werden, lädt der bei ansteigendem Gate-Ansteuerimpuls eingeschaltete Dünnschichttransistor die Kapazitäten CST und CLC mit der Datenspannung. Diese Ladespannung wird bis zum nächsten Zyklus aufrechterhalten, selbst wenn der Dünnschichttransistor bei Beendigung des Gate-Ansteuerimpulses abgeschaltet wird.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach dem Stand der Technik leidet jedoch unter den nachfolgend beschriebenen Problemen.
Da beim beschriebenen Dünnschichttransistor 10 von der Gate- Elektrode 18 die Source-Elektrode 22 und die Drain-Elektrode 20 überlappt sind, werden zwischen ihnen (d. h. zwischen der Source-Elektrode 22 und der Gate-Elektrode 18 und zwischen der Drain-Elektrode 20 und der Gate-Elektrode 18) die parasitären Kapazitäten Cgs bzw. Cgd gebildet, und die Pixelspannung fällt aufgrund der kapazitiven Kopplung um ΔVp ab (Fig. 7), sobald der Dünnschichttransistor 10 bei Beendigung des Gate- Ansteuerimpulses in den Sperrzustand geschaltet wird.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich, heißt dies folgendes: Wenn der Ansteuerimpuls auf der n-ten Gate-Leitung abfällt (wenn z. B. der Gate-Ansteuerimpuls von +15 Volt auf -10 Volt wechselt), die gemeinsame Spannung (Vcom) 0 Volt beträgt und in der Pixelelektrode eine Datenspannung von 5 Volt geladen ist, erfährt die Spannung, die über den beiden Enden der (von der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode gebildeten) parasitären Kapazität Cgs liegt, eine Änderung um 25 Volt. Diese Spannungsänderung an den Enden der Kapazität Cgs, die von den Kondensatoren CST und CLC kompensiert wird, läßt die Spannung der Pixelelektrode um einen Wert ΔVp abfallen.
Dieser Spannungsabfall führt auf der optischen Anzeigeeinrichtung zu einem Übersprechen. Übersprechen kann auftreten, wenn ein Fenstermuster durch Laden einer Zeile, von der das Fenstermuster startet, angezeigt werden soll. Da zwischen der Datenleitung und der gemeinsamen Elektrode bzw. der Gate-Elektrode eine parasitäre Kapazität besteht und die Pixelelektrodenspannung um ΔVp abfällt, kann im Pixel keine genaue Datenspannung geladen sein.
Dieser Spannungsabfall an der Pixelelektrode verschlechtert die Bildqualität, da er ein Bildflimmern verursacht, und beeinträchtigt beim Anzeigen des Fenstermusters den gemeinsamen Spannungsanschluß, mit der Folge, daß eine Grauabstufung des Bildes verändert wird (horizontales Übersprechen), bis sich die Spannung am gemeinsamen Spannungsanschluß stabilisiert.
Aus JP 2-298915, JP 5-107555, JP 6-202157, JP 5-224235, JP 6- 186592, JP 4-12319 und JP 5-173175 sind Schaltungen zum Ansteuern der Pixelelektroden von Flüssigkristallanzeigen bekannt.
Aus JP 5-107557 ist eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit Gate-Leitungen, Datenleitungen, Dünnschichttransistoren und Pixelektroden bekannt, wobei die den Pixelektroden gegenüber­ liegenden Elektroden (Gegenelektroden) zeilenweise organisiert sind und deren Anzahl gleich der Anzahl der Gate-Leitungen ist. Ferner sind alle zeilenweise organisierten Gegenelektroden an einem gemeinsamen Treiberschaltkreis angeschlossen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flüssigkristallanzeige­ vorrichtung und ein zugehöriges Betriebsverfahren bereit­ zustellen, mit denen die Bildqualität verbessert werden kann, indem Spannungsschwankungen an den Pixelelektroden weitgehend verhindert werden.
Die Aufgabe wird mittels einer Flüssigkristallanzeige­ vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 1 und eines Verfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 4 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Stromlaufplan einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein System von Trennsignaltreibern und Schalteinrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 Verläufe einer Pixelelektrodenspannung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 5 einen Stromlaufplan einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 6 ein Ersatzschaltbild für einen Teil einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach dem Stand der Technik;
Fig. 7 den Spannungverlauf an einer Pixelelektrode der in Fig. 6 gezeigten herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung; und
Fig. 8 ist ein Ersatzschaltbild für eine Pixelelementzone der in Fig. 6 gezeigten herkömmlichen Flüssigkristallanzeigevorrichtung.
Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich, weist die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform eine untere Scheibe 30, eine obere Scheibe 40 und ein zwischen der oberen und der unteren Scheibe 30 bzw. 40 eingeschlossenes Flüssigkristallmaterial 50 auf. Die untere Scheibe 30 weist eine Mehrzahl von Gate- Leitungen N1 bis Nn, die in vorbestimmtem Abstand voneinander in einer Richtung verlaufend angeordnet sind; eine Mehrzahl von Datenleitungen D1 bis Dn, die in vorbestimmtem zweiten Abstand voneinander in einer zu den Gate-Leitungen N1 bis Nn senkrechten Richtung verlaufend angeordnet sind; und eine Mehrzahl von Pixelelementzonen auf, die im Bereich der Kreuzungsstellen der Gate-Leitungen N1 bis Nn und Datenleitungen D1 bis Dn ausgebildet sind. Die obere Scheibe 40 weist mehrere gemeinsame Elektroden E1 bis En; eine Mehrzahl von Drei-Zustands-Trennkreisen B1 bis Bn, die an je eine der gemeinsamen Elektroden E1 bis En angeschlossen sind; und eine Treiberschaltung 1 zur Ausgabe von Signalen an die Drei- Zustands-Trennkreise B1 bis Bn zur Abtrennung der jeweiligen gemeinsamen Spannung auf, wodurch die gemeinsamen Elektroden E1 bis En in Schwebezustand (Floating-Zustand) gelangen. Die Anzahl der gemeinsamen Elektroden E1 bis En ist gleich der Anzahl der Gate-Leitungen, und die Elektroden E1 bis En sind - entsprechend der Gate-Leitungen - ebenfalls zeilenweise ausgebildet und organisiert. Die Drei-Zustands-Trennkreise B1 bis Bn dienen dazu, die gemeinsame Spannung an die jeweilige gemeinsame Elektrode zu schalten. Die Treiberschaltung zur Ausgabe von Signalen zur Abtrennung der gemeinsamen Spannung dient dazu, an jeden der Drei-Zustands-Trennkreise B1 bis Bn Trenn-Steuerimpulse abzugeben.
Fig. 5 ist ein Stromlaufplan einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Die Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ähnelt der Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach der ersten Ausführungsform, wobei aber zusätzlich Kondensatoren CST ausgebildet sind, indem die Pixelelektroden und die angrenzenden Gate-Leitungen einander überlappen. Wie bei den Kapazitäten CLC in Fig. 1 ist der Ausgang des zugehörigen Drei-Zustands-Trennkreises B1 bis Bn mit einer Seite eines Kondensators CLC verbunden.
Ein Verfahren zum Betreiben der Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung läuft wie folgt ab.
Fig. 4 zeigt den Verlauf einer Pixelelektrodenspannung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
In diesem Fall besitzt die Flüssigkristallanzeigevorrichtung unabhängige gemeinsame Spannungsanschlüsse, die jeweils mit einer gemeinsamen Elektrode für eine Pixelgruppe verbunden sind, die erhalten wird, indem ein Anzeigefeld durch die Anzahl der in ihm enthaltenen Zeilen (Reihen) dividiert wird. Das Verfahren zum Betreiben der Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, die gemeinsamen Spannungssignale an die gemeinsamen Elektroden auf der oberen Scheibe über die Drei-Zustands- Trennkreise anzuschließen. Die Drei-Zustands-Trennkreise werden eingeschaltet, wenn das von der Treiberschaltung gelieferte Trennsignal auf niedrigem Pegel steht, und ausgeschaltet (wodurch ihr Eingang vom Ausgang getrennt wird), wenn das Trennsignal auf hohem Pegel steht.
Obwohl bei der offenbarten bevorzugten Ausführungsform Drei- Zustands-Trennkreise beschrieben werden, kann alternativ jedes beliebige zu dieser Funktion geeignete Bauelement, z. B. ein Transistor, verwendet werden.
Das Trennsignal, das niedrig wird, sobald der Gate-Impuls der zugehörigen Zeile hoch ist, und hoch wird, unmittelbar bevor der Gate-Impuls niedrig wird, öffnet den gemeinsamen Spannungsanschluß, unmittelbar bevor der Gate-Impuls zu fallen beginnt. Dies verhindert, daß die Datensignalladung, die im ersten Ausführungsbeispiel in der Flüssigkristall-Kapazität CLC bzw. im zweiten Ausführungsbeispiel in der Kapazität CST + CLC gespeichert ist, über den zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode befindlichen parasitäre Kondensator Cgs entweicht. Auf diese Weise kann die Spannungsschwankung ΔVp der Pixelelektroden verhindert werden.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist am Ende eines Gate-Impulses der Abfall der Spannung V'COM, d. h. des Ausgangssignals des Drei-Zustands-Trennkreises (der Spannung an der im Floating- Zustand befindlichen gemeinsamen Elektrode), gleich groß wie der Spannungsabfall an der Pixelelektrode. Da diese beiden Spannungen nach jedem Gate-Impuls relativ zueinander konstant bleiben, bleibt die Spannung zwischen der Pixelelektrode und der jeweiligen gemeinsamen Elektrode (d. h. die Spannung an dem Kondensator CLC) ebenfalls konstant, so daß es nicht zu einer Verschlechterung des Bildes kommt.
Die oben beschriebene Flüssigkristallanzeigevorrichtung und das oben beschriebene Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Flüssigkristallanzeigevorrichtung haben die folgenden Vorteile.
Erstens kann die Bildqualität verbessert werden, da durch unmittelbar vor dem Abfallen des Gate-Impulses erfolgendes Abtrennen der gemeinsamen Spannung die Spannungsschwankung an den Anschlüssen des Flüssigkristalls verhindert wird, die auf den Kapazitätskoppelungseffekt zurückgeht, der von der zwischen den Gate-Elektroden und den Source-Elektroden wirkenden parasitären Kapazität ausgeht.
Zweitens kann das Öffnungsverhältnis verbessert werden, da keine Notwendigkeit besteht, einen Kondensator durch Überlappung der Pixelelektroden und der angrenzenden Gate- Leitungen zu bilden.
Der in der vorliegenden Offenbarung verwendete Ausdruck "Öffnungsverhältnis" bezieht sich auf das Verhältnis der Öffnungsfläche, d. h. der lichtdurchlässigen Fläche der Anzeigevorrichtung, zur Gesamtfläche der Anzeigevorrichtung. Das Öffnungsverhältnis ist ein Maß für den Wirkungsgrad der Anzeigevorrichtung.

Claims (4)

1. Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit
einem ersten Substrat (30) mit darauf angeordneten Gate- Leitungen (N1 bis Nn), Datenleitungen (D1 bis Dn), Dünnschichttransistoren (10) und Pixelelektroden,
einem zweiten Substrat (40) mit darauf ausgebildeten gemeinsamen Elektroden, die zeilenweise organisiert sind und deren Anzahl gleich der Anzahl der Gate-Leitungen (N1 bis Nn) ist, und
einem Flüssigkristallmaterial (50), das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eingeschlossen ist, gekenn­ zeichnet durch,
Schaltelemente (B1, ..., Bn), die an je eine der gemeinsamen Elektroden angeschlossen sind, wobei jedes Schaltelement (B1, ..., Bn) derart ausgelegt ist, daß sein Aus­ gang unter Steuerung des Schaltelements (B1, ..., Bn) mittels eines Trennsignals in einen hochohmigen Zustand versetzbar ist, so daß von dem Schaltelement (B1, ..., Bn) wahlweise eine gemeinsame Spannung an die an diesem angeschlossene gemeinsame Elektrode anlegbar ist, oder diese in einen Zustand schwebenden Potentials schaltbar ist.
2. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, mit einer an die Schaltelemente (B1, ..., Bn) angeschlossenen Treiber­ schaltung (1), von der die Trennsignale für die Schaltelemente (B1, ..., Bn) erzeugbar und an diese anlegbar sind.
3. Flüssigkristallanzeigevorrichtung nach Anspruch 1, wobei jedes Schaltelement (B1, ..., Bn) einen Tristate-Ausgang aufweist.
4. Verfahren zum Betreiben einer Flüssigkristallanzeige­ vorrichtung, die zeilenweise organisierte gemeinsame Elektroden aufweist, deren Anzahl gleich der Anzahl von Gate-Leitungen (N1 bis Nn) ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
an jede gemeinsame Elektrode wird unmittelbar vor einer ansteigenden Flanke eines an die dieser Elektrode zugeordneten Gate-Leitung angelegten Gate-Signalimpulses eine gemeinsame Spannung angelegt, und
unmittelbar vor einer abfallenden Flanke des Gate-Signal­ impulses wird die gemeinsame Spannung von der gemeinsamen Elektrode abgetrennt und diese in einen Zustand schwebenden Potentials geschaltet.
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