JP2002023703A - アクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法 - Google Patents

アクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法

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JP2002023703A
JP2002023703A JP2000203396A JP2000203396A JP2002023703A JP 2002023703 A JP2002023703 A JP 2002023703A JP 2000203396 A JP2000203396 A JP 2000203396A JP 2000203396 A JP2000203396 A JP 2000203396A JP 2002023703 A JP2002023703 A JP 2002023703A
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liquid crystal
electrode
signal
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active matrix
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JP2000203396A
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Keisuke Tsuda
圭介 津田
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブマトリクス型液晶表示装置におい
て、駆動回路を複雑な回路構成にすることなく、表示画
像の動きがなめらかで残像のない良好な動画像を実現す
る。 【解決手段】 各画素電極を駆動順における前段の走査
電極と蓄積容量を介して接続した構成を有するアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法であって、当段
の走査電極2に薄膜トランジスタをオンするトランジス
タオン電圧Vgtが印加される前に、当段の画素電極と
蓄積容量を介して接続された前段の走査電極に変調信号
Vgm(+) ,Vgm(-) が印加される。これにより、当
段の画素電極に白から黒表示までのあらゆる画像信号が
印加されてあっても、一つのフレームの後半で、前段の
走査電極に印加される変調信号Vgm(+) ,Vgm(-)
により黒表示の書き込みが行われ、残像をなくすことが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像表示、特に動
画表示を行なうためのアクティブマトリクス型液晶表示
装置の駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液晶表示装置の中で、特に表示品位の高
い画像を得るために、近年薄膜トランジスタをスイッチ
ング素子として用いたアクティブマトリクス駆動方式の
表示装置の開発がさかんである。これは、スイッチング
素子のない、単純マトリクス駆動方式に比べて、走査電
極数に関係なく高いコントラスト比が得られる為、解像
度が高い大容量表示においても、鮮明な画像が得られる
からである。この様なアクティブマトリクス型の液晶表
示装置は、現在にいたってその画質の美しさからCRT
の独壇場といわれたデスクトップパソコンのモニタにも
搭載されるようになり、その液晶モニタ市場は急速に拡
大している。一方でモニタとしては、パソコンでも動画
像のアプリケーションの拡大と同時に、デジタルTVの
立ち上がりが近づくなど、動画表示の必要性は高まるば
かりである。
【0003】しかしながら、液晶の最大の欠点といえる
応答時間の遅さによって、CRTに匹敵するような満足
のいく動画表示はいまだ実現できていない。例えば従来
のアクティブマトリクス型液晶表示装置で広く使用され
てきた液晶表示モードはTN(Twisted Nematic)モー
ドであるが、この応答時間は、液晶分子の立ち上がり時
間と立ち下り時間を足した時間で約30msec程度で
ある。応答時間の表現はさまざまあるが、ここでは液晶
の立ち上がり時間とは、白表示を行っている液晶分子が
電圧印加によりガラス基板に対して立ち上がって黒表示
になるまでの時間で約20msecであり、立ち下がり
時間とは、電圧オフによって黒表示から白表示に戻るま
での時間を示し、約10msec程度である。従って通
常のTN方式では、画像を書き換えるフレーム周期であ
る約16msec以内で立ち上がることはできないこと
になる。さらに、黒から灰色や灰色から白など中間調で
の応答はさらに遅く100msec程度まで達すること
もあり、このような中間調の多いTV画像ではとくに残
像現象が起こりやすく見苦しい表示となっている。
【0004】そこで、液晶の応答時間を速める取り組み
が現在盛んに行われている。液晶表示装置の応答時間
は、当然用いる液晶材料の粘度に大きく依存するが、そ
れ以上に液晶の表示モードに大きく左右され、さまざま
な表示モードの提案がなされている。その中でも最近特
に注目されている表示モードにOCB(Optical Compe
nsated Bend)モードがある。図5はOCBモードの液
晶パネルの概略を示す構成断面図であり、4は画素電
極、5は対向電極、10は液晶分子、11は位相差フィ
ルム、12は配向膜、13,14はガラス基板である。
このOCBモードは液晶材料は従来のTNモードと同じ
ネマティック液晶を用いているが、液晶分子10の配向
を図5のような配列にしたベンド配向にしているのが特
徴である。さらにこのような配向をした液晶パネルPの
両外側に位相差フィルム11を積層することにより広視
角高コントラストが実現できるものである。
【0005】このようなOCBモードの液晶パネルPの
応答時間は、高い電圧を印加して黒表示を行うノーマリ
ーホワイト表示の場合、白から黒表示への立ち上がり、
あるいは中間調から黒表示への応答で1msec程度、
黒から白への立ち下がり応答でも6〜7msecという
高速応答が実現できる。またあらゆる中間調での応答も
16msec以内で応答し、1フレーム内での応答が実
現できることから、このOCBモードでの動画表示実現
への期待が高まっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
フレーム内応答が実現されても実際には残像現象が起こ
ると言う報告がある(例えば文献「 Society for Infom
ation Display International Symposium Diget of Te
chnical Papers Vol.XXIX '98 pp143 」)。これは液晶
表示装置は、常にバックライトによる連続発光のもとで
液晶がシャッターとしての機能を果たしていることに原
因があるとされる。つまりアクティブマトリクス型液晶
表示装置において、いくら液晶の応答が速くても、一つ
のフレーム期間内は同じ画像が保持されているので、約
16msecの間同じ輝度で光り続けてしまうことにな
り、これが残像を引き起こしているといわれている。こ
れに対してCRTの場合は電子銃に蛍光体を照射する時
間は瞬間的なものであり、パルス状の発光により表示を
行っている。このように発光の合間に非発光の時間があ
ることで、繰り返し画像書き換えを行う場合でも、前回
の表示が常にリセットされることで残像が起こらずにな
めらかな動画像が実現されるのである。
【0007】そこで、液晶表示装置でも同様に表示(発
光)と非表示(非発光)を1フレーム内で設けるCR
(Cyclic Resetting)駆動表示方法が提案されている
(前出の文献参照)。この提案では、1フレーム内に表
示画像を書き込む期間と非表示となるように黒表示を書
き込む期間との2つの期間を設けており、その手段とし
て、薄膜トランジスタのスイッチングを1フレームに2
回行うことで実現している。すなわち、走査信号周期を
2倍にし、最初の書き込みで信号電極から表示画像とな
る信号電圧を書き込み、2回目の書き込みで信号電極か
ら黒表示となる信号電圧を書き込むものである。
【0008】しかしながらこの方式では、走査信号周期
を2倍にするために、1走査期間(1H期間)を半分に
しなければならず、トランジスタへの充電が厳しくなる
という欠点がある。また、走査側の駆動回路用ICと同
時に信号側の駆動回路用ICも黒表示信号を取り入れる
処理を必要とするため、回路が複雑になりコストも上が
るという問題が生じる。
【0009】本発明の目的は、駆動回路を複雑な回路構
成にすることなく、表示画像の動きがなめらかで残像の
ない良好な動画像を実現することができるアクティブマ
トリクス型液晶表示装置の駆動方法を提供することであ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1記載のアクティ
ブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法は、順次駆動さ
れる複数の走査電極と複数の信号電極とを直交配置し、
走査電極と信号電極で囲まれた各領域に画素電極を配置
し、走査電極と信号電極との各交差点に走査電極とゲー
トを接続し信号電極とソースを接続し画素電極とドレイ
ンを接続した薄膜トランジスタを配置し、各画素電極を
駆動順における前段または後段の走査電極と蓄積容量を
介して接続した構成を有する第1の基板と、この第1の
基板の画素電極と液晶を介して対向配置された対向電極
を有する第2の基板とを備えたアクティブマトリクス型
液晶表示装置の駆動方法であって、走査電極に、1フレ
ーム周期で薄膜トランジスタをオンするための走査信号
を供給するとともに、1フレーム周期で走査信号が供給
される前に走査電極と蓄積容量を介して接続された画素
電極に対応する部分の表示を黒にするための変調信号を
供給することを特徴とする。
【0011】この駆動方法によれば、白から黒表示まで
のあらゆる画像信号が印加されても、一つのフレームの
後半で、蓄積容量を介して接続された走査電極に供給さ
れる変調信号により黒表示の書き込みをすることができ
るため、表示画像の動きがなめらかで残像のない良好な
動画像を、複雑な回路構成にすることなく安価に実現す
ることができる。
【0012】請求項2記載のアクティブマトリクス型液
晶表示装置の駆動方法は、請求項1記載のアクティブマ
トリクス型液晶表示装置の駆動方法において、画素電極
に蓄積容量を介して接続された前段または後段の走査電
極に変調信号の供給が開始されてから当段の走査電極に
走査信号の供給を開始するまでの時間は、液晶が白表示
から黒表示に変化するのに要する応答時間よりも長いこ
とを特徴とする。
【0013】これにより、十分に黒表示になった後、走
査信号により薄膜トランジスタがオンして画素電極に次
の画像信号が印加され、残像を打ち消す効果が十分とな
る。
【0014】請求項3記載のアクティブマトリクス型液
晶表示装置の駆動方法は、請求項1または2記載のアク
ティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法において、
液晶はベンド配向しており、液晶に印加される電圧を変
化させることで表示を行うことを特徴とする。
【0015】これにより、走査電極に供給される変調信
号が印加されてから黒表示となるまでを約1msecと
短時間にすることができる。したがって、黒の表示期間
を1フレーム内で少なくとも1msec以上で自由に選
択することが可能になる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のアク
ティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法について、
図面を参照しながら詳細に説明する。図1,図2は本発
明の実施の形態のアクティブマトリクス型液晶表示装置
の駆動方法における各電極に印加する信号電圧のタイミ
ングを示した図である。また、図3は本発明の実施の形
態のアクティブマトリクス型液晶表示装置の等価回路を
示した図である。さらに図4は本発明の実施の形態のア
クティブマトリクス型液晶表示装置に用いたOCB方式
の液晶パネルでの透過率−電圧特性を示した図である。
【0017】本実施の形態で用いるアクティブマトリク
ス型液晶表示装置は、図3の等価回路で示すように、順
次駆動される複数の走査電極2と複数の信号電極6とを
直交配置し、走査電極2と信号電極6で囲まれた各領域
に画素電極4を配置し、走査電極2と信号電極6との各
交差点に、走査電極2とゲートを接続し信号電極6とソ
ースを接続し画素電極4とドレインを接続した薄膜トラ
ンジスタ1を配置し、各画素電極4を駆動順における前
段の走査電極2と蓄積容量3を介して接続した構成を有
する第1の基板A(図5参照)と、この第1の基板の画
素電極4と液晶を介して対向配置された対向電極5を有
する第2の基板B(図5参照)とを備えている。
【0018】さらに、この液晶表示装置は、図5で示さ
れるように、第1の基板Aの画素電極4上および第2の
基板Bの対向電極5上には配向膜12がそれぞれ形成さ
れ、第1の基板Aと第2の基板Bとの間の液晶分子10
の配向をベンド配向にしたOCBモードの液晶パネルP
を用いている。また、第1の基板Aと第2の基板Bのそ
れぞれの外側に位相差フィルム11を設けている。ま
た、図示していないが、偏光板は、A,B両基板の位相
差フィルム11の外側に、互いの偏光軸が直交するよう
に配置され、さらに、バックライトが、第1の基板Aに
形成した偏光板の外側に配置される。
【0019】なお、位相差フィルム11は前述のように
パネルの両側に配置する方が、最も視野角の広い表示が
得られるが、視野角を重視しない用途の場合には、パネ
ルの片側だけに位相差フィルム11を配置するように構
成してもよい。
【0020】本実施の形態では、蓄積容量3の容量値
(Cst)は0.2[pF]とした。また画素電極4と
対向電極5との間にはベンド配向した液晶があり、これ
らの電極間に印加される電圧(液晶印加電圧)によっ
て、図4のように液晶パネル(位相差フィルム11を含
む)の透過率が変化する。
【0021】図4からわかるように、2V付近で透過率
が最大となりこれを白表示電圧とし、6Vで透過率が最
小となりこれを黒表示電圧とした。ちなみに6V以上で
は再び透過率は上昇するが、最大でも透過率5%程度で
さほど明るくはなっていない。これはOCB方式では、
液晶パネルPとその両側に積層している位相差フィルム
11との位相差が一致するときが透過率最小となり、本
実施の形態ではこの最小透過率となる電圧が6Vになる
ように設計しているためである。したがって6V以上で
は、液晶パネルPの位相差は0nmに近づいていくが、
その結果位相差フィルム11の位相差によって光が透過
してくることになる。ここで用いた位相差フィルム11
のこの位相差は約40nmであり、このときの透過率が
約5%となる。
【0022】このような透過率−電圧特性を有する液晶
表示装置での液晶印加電圧が2Vのときの液晶の配向状
態での画素電極4と対向電極5との間の容量値(Clc
w)は0.1[pF]であった。また6Vの時は容量値
(Clcb)は0.2[pF]であった。なお、実際に
は薄膜トランジスタ1のドレイン電極と走査電極2との
間にわずかながらの寄生容量が存在するが、この値は上
記CstやClcw,Clcbに比較して非常に小さい
ので無視している。
【0023】このような構成の液晶表示装置に、図1,
図2のような波形の信号をそれぞれの電極に給電するこ
とにより、液晶表示装置の駆動を行った。図1,図2に
おいて、VG0は前段の走査電極2に印加されるゲート電
圧、VG1は当段の走査電極2に印加されるゲート電圧、
S は信号電極6に印加されるソース電圧、VT は対向
電極に印加される対向電圧(0V)であり、VP は画素
電位(画素電極4の電位)である。なお、図1,図2で
は、各電圧の波形のタイミングがわかるように走査期間
(走査電圧=トランジスタオン電圧Vgtの印加期間)
を長く描いている。この走査期間は、実際には液晶表示
パネルの解像度により決定され、XGAの解像度では2
0μsec程度である。本実施の形態でも、トランジス
タオン電圧Vgtの印加期間は20μsecであり、順
次駆動される隣接した走査電極2、例えば前段の走査電
極2と当段の走査電極2にトランジスタオン電圧Vgt
が印加されるタイミングの間隔も20μsecである。
【0024】ここで、走査電極2にはゲート電圧V
G (VG0,VG1等)を印加しているが、この波形の特徴
は薄膜トランジスタ1をオンするためのパルスである走
査信号(トランジスタオン電圧Vgt=15V)を印加
した14msec後に、画素電位VP が対向電圧VT
りも高い電圧の時はオフ期間のゲート電圧(トランジス
タオフ電圧Vgl=−15V)よりも高い変調信号(V
gm(+) =−9V)を印加し、画素電位VP が対向電圧
T よりも低い電圧の時はオフ期間のゲート電圧(Vg
l=−15V)よりも低い変調信号(Vgm(-) =−2
1V)を印加していることである。このような変調信号
Vgm(+) ,Vgm(-) が前段の走査電極2に印加され
ると、蓄積容量3を介して画素電極4の電位VP に変動
が生じる。また、画像信号であるソース電圧VS は、1
フレーム毎に対向電圧VT に対して極性反転させて印加
されるようにして、交流駆動を行っている。
【0025】今、図1のように、画像信号であるソース
電圧VS が供給されて、画素電極4に白表示となる2V
の電位が保持されている場合、前段の走査電極2に印加
された変調信号Vgm(+) による画素電極4の電圧変動
(Vmw)は、〔数1〕により4Vとなり、次のトラン
ジスタオン電圧Vgtが給電されるまでの約2msec
の間、画素電位VP は6Vとなって、対向電圧VT は0
Vであるので液晶に6Vの電圧が印加されることにな
る。つまり、液晶表示装置の表示としては1フレームの
間の最初の14msecは白表示で、残りの2msec
余りは黒表示となるように電圧が変動することがわか
る。本実施の形態に用いた液晶表示装置はOCBモード
を採用したものであり、この白表示から黒表示までに要
する時間は約1msecであることから、この残り2m
secの間に黒表示に到達することができ、次のフレー
ムまでに非発光に相当する非表示期間を設けることがで
きている。
【0026】
【数1】
【0027】なお、上記では、画素電位VP が2Vのと
きについて述べたが、次のフレームでの−2Vのときも
同様に、前段の走査電極2の変調信号Vgm(-) によっ
て画素電極4の電圧変動(Vmw)は〔数1〕により−
4Vとなり、画素電位VP は−6Vになり、1フレーム
ごとの液晶の交流化がなされていることがわかる。
【0028】次に図2のように、画素電極4に黒表示と
なる6Vの電位が保持されている場合、前段の走査電極
2の変調信号Vgm(+) によって画素電極4の電圧変動
(Vmb)は〔数2〕から3Vとなり、次のゲートオン
パルスが給電されるまでの約2msecの間、画素電位
P は9Vとなって、液晶に9Vの電圧が印加されるこ
とになる。このとき、前述したように、液晶表示装置の
透過率は6Vのときよりも若干上がるが、その透過率変
動は約3%で実質的に黒表示から輝度が変化したとは認
識できなかった。また、次のフレームで、画素電極4に
−6Vの電位が保持されているときも同様に、前段の走
査電極2の変調信号Vgm(-) によって画素電極4の電
圧変動(Vmb)は〔数2〕により−3Vとなり、画素
電位VPは−9Vとなって、液晶に9Vの電圧が印加さ
れることになる。
【0029】
【数2】
【0030】以上のように本実施の形態によれば、当段
の走査電極2にトランジスタオン電圧Vgtが印加され
る前に、当段の画素電極4と蓄積容量3を介して接続さ
れた前段の走査電極2に変調信号Vgm(+) ,Vgm
(-) が印加されるため、当段の画素電極4に白から黒表
示までのあらゆる画像信号が印加されてあっても、一つ
のフレームの後半で、前段の走査電極2に印加される変
調信号Vgm(+) ,Vgm(-) により黒表示の書き込み
をすることができ、表示画像の動きがなめらかで残像の
ない良好な動画像を実現することができる。また、各走
査電極2にゲート電圧VG を供給する走査側の駆動回路
用ICも、各信号電極6にソース電圧VSを供給する信
号側の駆動回路用ICも、複雑な回路構成にすることな
く安価にできる。
【0031】なお、本実施の形態では、各走査電極2に
おいて、変調信号Vgm(+) ,Vgm(-) を印加するタ
イミングをトランジスタオン電圧Vgtの印加開始から
14msec後としたが、このタイミングは液晶パネル
の応答時間に応じて1フレームの間で自由に設定するこ
とが可能である。ただし、前段の走査電極2に変調信号
Vgm(+) ,Vgm(-) の印加が開始されてから、当段
の走査電極2にトランジスタオン電圧Vgtの印加が開
始されるまでの時間が、液晶が白表示から黒表示に変化
するのに要する応答時間より長いことが望ましい。これ
は、応答時間のほうが長い場合は、十分に黒表示になら
ないうちに次の画像が書き込まれ、残像を打ち消す効果
が不十分となるからである。本実施の形態では、液晶が
ベンド配向しているOCBモードの液晶パネルを用いて
いるため、前段の走査電極2に変調信号Vgm(+) ,V
gm(-) の印加が開始されてから黒表示になるまでの時
間を約1msecと短時間にすることができ、黒表示の
時間を1フレームで少なくとも1msec以上で自由に
選択することが可能になる。
【0032】また、各走査電極2について、トランジス
タオン電圧Vgtの印加開始から変調信号Vgm(+)
Vgm(-) を印加するまでの時間が余りに短いと、今度
は明るい画像が得にくくなるので、少なくとも1フレー
ムの半分の期間よりも長い時間を取った方が好ましい事
が分かった。
【0033】さらに、本実施の形態では、画素電極4と
前段の走査電極2との間に蓄積容量3を設ける構成にし
ているが、画素電極4と後段の走査電極2との間に蓄積
容量3を設けた構成としても、1H期間でわずかな電圧
変動に違いはあるものの、ほぼ同じように1フレーム内
で画像表示と非表示の電圧を設けることができ、動画表
示での効果も同じであることが確認された。なお、この
場合、当段の走査電極2にトランジスタオン電圧Vgt
が印加される前に、後段の走査電極2に変調信号Vgm
(+) ,Vgm(-) が印加され、この後段の走査電極2に
変調信号Vgm (+) ,Vgm(-) の印加が開始されてか
ら当段の走査電極2にトランジスタオン電圧Vgtの印
加が開始されるまでの時間が、液晶が白表示から黒表示
に変化するのに要する応答時間より長いことが望まし
い。
【0034】なお、以上の説明において、前段,当段,
後段は、その順に走査電極2にトランジスタオン電圧V
gtが印加されるものである。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明のアクティブマトリ
クス型液晶表示装置の駆動方法によれば、白から黒表示
までのあらゆる画像信号が印加されても、一つのフレー
ムの後半で、蓄積容量を介して接続された走査電極に供
給される変調信号により黒表示の書き込みをすることが
できるため、表示画像の動きがなめらかで残像のない良
好な動画像を、複雑な回路構成にすることなく安価に実
現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態のアクティブマトリクス型
液晶表示装置の駆動方法における各電極に印加する信号
電圧のタイミングを示した図。
【図2】本発明の実施の形態のアクティブマトリクス型
液晶表示装置の駆動方法における各電極に印加する信号
電圧のタイミングを示した図。
【図3】本発明の実施の形態のアクティブマトリクス型
液晶表示装置の等価回路を示した図。
【図4】本発明の実施の形態のアクティブマトリクス型
液晶表示装置に用いたOCBモードの液晶パネル(位相
差フィルムを含む)での透過率−電圧特性を示した図。
【図5】OCBモードの液晶パネル(位相差フィルムを
含む)の構成断面図。
【符号の説明】
1 薄膜トランジスタ 2 走査電極 3 蓄積容量 4 画素電極 5 対向電極 6 信号電極 10 液晶分子 11 位相差フィルム 12 配向膜 13,14 ガラス基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H090 KA04 KA18 LA06 MA02 MA07 MB14 2H093 NA16 NA43 NA80 NC09 NC12 NC26 NC34 NC67 ND22 ND23 ND34 ND58 NE06 NF04 5C006 AA16 AC11 AC22 AF44 BA19 BB16 FA00 5C080 AA10 BB05 DD02 DD30 EE19 EE29 FF11 JJ03 JJ04 JJ05

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 順次駆動される複数の走査電極と複数の
    信号電極とを直交配置し、前記走査電極と前記信号電極
    で囲まれた各領域に画素電極を配置し、前記走査電極と
    前記信号電極との各交差点に前記走査電極とゲートを接
    続し前記信号電極とソースを接続し前記画素電極とドレ
    インを接続した薄膜トランジスタを配置し、各画素電極
    を駆動順における前段または後段の走査電極と蓄積容量
    を介して接続した構成を有する第1の基板と、この第1
    の基板の前記画素電極と液晶を介して対向配置された対
    向電極を有する第2の基板とを備えたアクティブマトリ
    クス型液晶表示装置の駆動方法であって、 前記走査電極に、1フレーム周期で前記薄膜トランジス
    タをオンするための走査信号を供給するとともに、1フ
    レーム周期で前記走査信号が供給される前に前記走査電
    極と蓄積容量を介して接続された画素電極に対応する部
    分の表示を黒にするための変調信号を供給することを特
    徴とするアクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方
    法。
  2. 【請求項2】 画素電極に蓄積容量を介して接続された
    前段または後段の走査電極に変調信号の供給が開始され
    てから当段の走査電極に走査信号の供給を開始するまで
    の時間は、液晶が白表示から黒表示に変化するのに要す
    る応答時間よりも長いことを特徴とする請求項1記載の
    アクティブマトリクス型液晶表示装置の駆動方法。
  3. 【請求項3】 液晶はベンド配向しており、前記液晶に
    印加される電圧を変化させることで表示を行うことを特
    徴とする請求項1または2記載のアクティブマトリクス
    型液晶表示装置の駆動方法。
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