JP2007187995A - 駆動制御回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】 液晶配向を初期化するために流れる大量の瞬時電流を阻止できる駆動制御回路を提供する。
【解決手段】 液晶表示パネルにおいて液晶駆動電圧を印加すべき複数行の液晶画素をそれぞれ選択する複数のゲート線に対する駆動制御回路であって、液晶配向を初期化する所定電圧を液晶駆動電圧として複数行の液晶画素の全てに印加する初期化モードにおいて複数のゲート線を駆動する駆動部(23)と、初期化モードにおいて複数のゲート線のうちの駆動総数を順次増大させるように駆動部を制御する制御部(5)とを備える駆動制御回路である。
【選択図】図3

Description

本発明は、例えばOCB(Optically Compensated Birefringence)モードの液晶表示パネルに設けられる複数のゲート線に対する駆動制御回路に関する。
液晶表示装置に代表される平面表示装置は、コンピュータ、カーナビゲーションシステム、あるいはテレビ受信機等の表示装置として広く利用されている。
液晶表示装置は、一般に複数の液晶画素のマトリクスアレイを含む液晶表示パネル、およびこの表示パネルを制御する表示パネル制御回路を有する。液晶表示パネルはアレイ基板および対向基板間に液晶層を挟持した構造である。
アレイ基板は略マトリクス状に配置される複数の画素電極、複数の画素電極の行に沿って配置される複数のゲート線、複数の画素電極の列に沿って配置される複数のソース線、複数のゲート線および複数のソース線の交差位置近傍に配置される複数のスイッチング素子を有する。
各スイッチング素子は、例えば薄膜トランジスタ(TFT)からなり、1ゲート線が駆動されたときに導通して1ソース線の電位を1画素電極に印加する。対向基板には、アレイ基板に配置された複数の画素電極に対向するように共通電極が設けられる。
一対の画素電極および共通電極はこれら電極間に位置する液晶層の一部である画素領域と共に画素を構成する。画素領域において液晶分子配列は画素電極および共通電極間の電界によって制御される。表示パネル制御回路は複数のゲート線を駆動するゲートドライバ、複数のソース線を駆動するソースドライバ、およびこれらゲートドライバおよびソースドライバの動作タイミングを制御するコントローラ等を含む。
液晶表示装置が主に動画を表示するテレビ受信機用である場合、液晶分子が良好な応答性を示すOCBモードの液晶表示パネルが一般的に用いられている(例えば、特許文献1を参照)。この液晶表示パネルでは、画素電極および共通電極上で互いに平行にラビングされた配向膜によって、OCB液晶は電源投入前においてスプレー配向となっている。そのため、電源投入に伴う初期化処理において比較的強い電界を印加してこれらOCB液晶をスプレー配向からベンド配向に転移させてから表示動作を行う。これは、OCB液晶がスプレー配向となると、視野角特性がベンド配向に対して大きく異なることから表示異常となるためである。
特開2002−202491号公報
従来、電源投入に伴う初期化処理では、OCB液晶をスプレー配向からベンド配向に転移させるために、液晶表示パネルの複数のゲート線を全て同時に選択(オン)して全スイッチング素子を導通させ、この間に複数のソース線からこれらスイッチング素子を介して所定の画素電圧を全画素電極に印加し、他方において共通電圧を共通電極に印加することにより全画素電極および共通電極間に転移電圧を得ていた。
この転移電圧は液晶配向をスプレー配向からベンド配向に転移させる強い電界を画素領域に発生させる画素電極および共通電極の電位差、すなわち液晶駆動電圧である。
そして、初期化終了後は、液晶表示パネルの複数のゲート線を全て同時に非選択(オフ)して全スイッチング素子を非導通にさせ、これにより各画素領域内の強い電界を元に戻してから、通常の表示動作が行われる。
このように、全ゲート線のオン又はオフが一緒に行われるため、液晶パネル全画素への充放電が同時に行われ、ゲートドライバ、ソースドライバを含む駆動回路に大量の瞬時電流が流れる。その結果、これらの駆動回路が破損しあるいは動作不良を生ずるなどのトラブルの原因ともなっていた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、液晶配向を初期化するために流れる大量の瞬時電流を阻止できる駆動制御回路を提供することを目的とする。
本発明によれば、液晶表示パネルにおいて液晶駆動電圧を印加すべき複数行の液晶画素をそれぞれ選択する複数のゲート線に対する駆動制御回路であって、液晶配向を初期化する所定電圧を液晶駆動電圧として複数行の液晶画素の全てに印加する初期化モードにおいて複数のゲート線を駆動する駆動部と、初期化モードにおいて複数のゲート線のうちの駆動総数を順次増大させるように駆動部を制御する制御部とを備える駆動制御回路が提供される。
この駆動制御回路では、駆動部が初期化モードにおいて複数のゲート線のうちの駆動総数を順次増大させるように制御される。これにより、複数行の液晶画素の充放電を一斉に行なう必要がなくなり、液晶配向を初期化するために流れる大量の瞬時電流を阻止できる。従って、大量の瞬時電流に起因する回路の破損や動作不良が発生しなくなる。
以下、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。
図1は液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図である。液晶表示装置は液晶表示パネルDP、および表示パネルDPに接続される表示パネル制御回路CNTを備える。
液晶表示パネルDPは一対の電極基板であるアレイ基板1および対向基板2間に液晶層3を挟持した構造である。液晶層3は例えば、OCB液晶を液晶材料として用いることができる。表示パネル制御回路CNTはアレイ基板1および対向基板2から液晶層3に印加される液晶駆動電圧を変化させることにより液晶表示パネルDPの透過率を制御する。
ノーマリホワイトの表示動作のために、電源投入時において表示パネル制御回路CNTにより比較的大きな電界がOCB液晶に印加され、OCB液晶は、スプレー配向からベンド配向へ転移される。
OCB液晶が電源投入前にスプレー配向となる理由は、スプレー配向が液晶駆動電圧の無印加状態でエネルギー的にベンド配向よりも安定であるためである。このようなOCB液晶は一旦ベンド配向に転移しても、スプレー配向のエネルギーとベンド配向のエネルギーとが拮抗するレベル以下の電圧印加状態や電圧無印加状態が長期間続く場合に再びスプレー配向に逆転移してしまうという性質を有する。
従来、ベンド配向からスプレー配向への逆転移を防止するため、例えば1フレームの画像を表示するフレーム毎に大きな電圧をOCB液晶に印加する駆動方式がとられている。ノーマリホワイトの液晶表示パネルでは、この電圧が黒表示となる画素電圧に相当するため、黒挿入駆動と呼ばれる。
アレイ基板1は、複数の画素電極PE、複数のゲート線Y(Y1〜Ym)、複数の補助容量線C(C1〜Cm)、複数のソース線X(X1〜Xn)、並びに複数の画素スイッチング素子Wを有する。
画素電極PEは、例えばガラス等の透明絶縁基板上に略マトリクス状に配置される。ゲート線Y(Y1〜Ym)は、複数の画素電極PEの行に沿って配置される。補助容量線C(C1〜Cm)は、複数の画素電極PEの行に沿って複数のゲート線Y(Y1〜Ym)に平行に配置される。ソース線X(X1〜Xn)は、複数の画素電極PEの列に沿って配置される。画素スイッチング素子Wは、これらゲート線Yおよびソース線Xの交差位置近傍に配置され、各々対応ゲート線Yを介して駆動されたときに対応ソース線Xおよび対応画素電極PE間で導通する。各画素スイッチング素子Wは例えば薄膜トランジスタからなり、薄膜トランジスタのゲートがゲート線Yに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Xおよび画素電極PE間に接続される。
対向基板2は例えばガラス等の透明絶縁基板上に配置されるカラーフィルタ、および複数の画素電極PEに対向してカラーフィルタ上に配置される共通電極CE等を含む。
各画素電極PEおよび共通電極CEは、例えばITO等の透明電極材料からなり、互いに平行にラビング処理される配向膜でそれぞれ覆われる。そして、画素電極PEおよび共通電極CEからの電界に対応して液晶層3の液晶分子配列が制御される。画素電極PE、共通電極CE及び液晶層3の画素領域が、OCB液晶画素PXを構成する。
また、複数のOCB液晶画素PXは各々画素電極PEおよび共通電極CE間に液晶容量CLCを有している。複数の補助容量線C1〜Cmは各々対応する行の液晶画素の画素電極PEに容量結合して補助容量Csを構成する。補助容量Csは画素スイッチング素子Wの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。
表示パネル制御回路CNTは、ゲートドライバYD、ソースドライバXD、画像データ変換回路4、およびコントローラ5を含んでいる。
ゲートドライバYDは、複数のスイッチング素子Wを行単位に導通させるように複数のゲート線Y1〜Ymを駆動する。ソースドライバXDは、各行のスイッチング素子Wが対応ゲート線Yの駆動によって導通する期間において画素電圧Vsを複数のソース線X1〜Xnにそれぞれ出力する。画像データ変換回路4は、外部信号源SSから入力される映像信号VIDEOに含まれる画像データに対して、黒挿入を行う。コントローラ5は、この変換結果に対してゲートドライバYDおよびソースドライバXDの動作タイミング等を制御する。
画素電圧Vsは共通電極CEのコモン電圧Vcomを基準として画素電極PEに印加される電圧であり、例えばライン反転駆動およびフレーム反転駆動(1H1V反転駆動)を行うようコモン電圧Vcomに対して極性反転される。画像データは全液晶画素PXに対する画素データからなり、1フレーム期間(垂直走査期間V)毎に更新される。
黒挿入では、1フレーム分の入力画素データDIが1V毎に出力画素データDOとなる1フレーム分の黒挿入用画素データBおよび1フレーム分の階調表示用画素データSに変換される。
階調表示用画素データSは画素データDIと同じ階調値であり、黒挿入用画素データBは黒表示の階調値である。1フレーム分の黒挿入用画素データBおよび1フレーム分の階調表示用画素データSの各々はそれぞれ1V期間において画像データ変換回路4から直列に出力される。
ゲートドライバYDおよびソースドライバXDは、例えばスイッチング素子Wと同一工程で形成される薄膜トランジスタを用いて構成されている。他方、コントローラ5は外部のプリント配線板PCB上に配置される。画像データ変換回路4はこのプリント配線板PCBのさらに外側に配置される。
コントローラ5は、制御信号CTYおよび制御信号CTX等を発生する。
制御信号CTYは、コントローラ5からゲートドライバYDに供給され、上述のように複数のゲート線Yを選択的に駆動する。制御信号CTXは、画像データ変換回路4の変換結果として得られる黒挿入用画素データBまたは階調表示用画素データSである画素データDOと共にコントローラ5からソースドライバXDに供給される。ソースドライバXDは、黒挿入用または階調表示用画素データを複数のソース線Xにそれぞれ割り当てると共に信号極性を指定する。
表示パネル制御回路CNTはさらに補償電圧発生回路6、および階調基準電圧発生回路7を含んでいる。
補償電圧発生回路6は、スイッチング素子Wの寄生容量によって各行の画素PXに生じる画素電圧Vsの変動を補償する補償電圧Veを発生する。この補償電圧Veは、1行分のスイッチング素子Wが非導通となるときに、これらスイッチング素子Wに対応した行の補助容量線CにゲートドライバYDを介して印加される。階調基準電圧発生回路7は、画素データDOを画素電圧Vsに変換するために用いられる所定数の階調基準電圧VREFを発生する。
ゲートドライバYDは、制御信号CTYの制御により、各垂直走査期間において黒挿入用に複数のゲート線Y1〜Ymを選択して各行の画素スイッチング素子WをH期間ずつ導通させるように駆動信号を選択ゲート線Yに供給する。ゲートドライバYDは、さらに階調表示用に複数のゲート線Y1〜Ymを選択して各行の画素スイッチング素子WをH期間ずつ導通させるように駆動信号を選択ゲート線Yに供給する。
画像データ変換回路4は変換結果の出力画素データDOとして得られる1フレーム分の黒挿入用画素データBおよび1フレーム分の階調表示用画素データSを交互に出力する。ソースドライバXDは上述の階調基準電圧発生回路7から供給される所定数の階調基準電圧VREFを参照してこれら黒挿入用画素データBおよび階調表示用画素データSをそれぞれ画素電圧Vsに変換し、複数のソース線X1〜Xnに並列的に出力する。
ゲートドライバYDが例えばゲート線Y1を駆動電圧により駆動してゲート線Y1に接続された全ての画素スイッチング素子Wを導通させると、ソース線X1〜Xn上の画素電圧Vsがこれら画素スイッチング素子Wをそれぞれ介して対応画素電極PEおよび補助容量Csの一端に供給される。
また、ゲートドライバYDは補助容量Csの他端となる補助容量線C1に補償電圧発生回路6からの補償電圧Veを出力し、ゲート線Y1に接続された全ての画素スイッチング素子WをH/2期間だけ導通させた直後にこれら画素スイッチング素子Wを非導通にする非駆動電圧をゲート線Y1に出力する。
補償電圧Veはこれら画素スイッチング素子Wが非導通になったときに、これらの寄生容量によって画素電極PEから引き抜かれる電荷を低減して画素電圧Vsの変動、すなわち突き抜け電圧ΔVpを実質的にキャンセルする。
図2はゲートドライバYDの構成を詳細に示す図である。
ゲートドライバYDは、シフトレジスタ10と、出力回路12とを備える。
シフトレジスタ10は、クロック信号CKAに同期してスタート信号STHAをシフトする。出力回路12は、シフトレジスタ10に保持されるスタート信号STHAのシフト位置によって選択されるゲート線Yに対して出力イネーブル信号OEAの制御により駆動信号を出力する。
ここで、クロック信号CKA、スタート信号STHA、出力イネーブル信号OEAは、いずれもコントローラ5から供給される制御信号CTYに含まれる信号である。
シフトレジスタ10は、ゲート線Y1〜Ymにそれぞれ割り当てられ直列に接続されるm段のレジスタからなる。スタート信号STHAは、ゲート線Y1に割り当てられた1段目のレジスタに入力される。シフトレジスタ10は1段目のレジスタからm段目のレジスタに向かう方向にスタート信号STHAをシフトする。
シフトレジスタ10の全レジスタは、対応するゲート線Yを選択する信号を出力する出力端を有する。各々のレジスタは、スタート信号STHAを保持した状態で高レベル(選択状態)となる。
出力回路12はm個のANDゲート回路13、m個のORゲート回路15、およびレベルシフタ16を含んでいる。
m個のANDゲート回路13は、シフトレジスタ10から得られるゲート線Y1〜Ymの選択信号を出力イネーブル信号OEAの制御によりm個のORゲート回路15にそれぞれ出力する。出力イネーブル信号OEAは、高レベルに設定された状態で選択信号の出力を全ANDゲート回路13に対して許可し、低レベルに設定された状態で選択信号の出力を全ANDゲート回路13に対して禁止する。
m個のORゲート回路15は、各々対応するANDゲート回路13からの選択信号をレベルシフタ16に入力する。レベルシフタ16は、m個のORゲート回路15からそれぞれ入力される選択信号の電圧をレベルシフトすることにより薄膜トランジスタWを導通させる駆動信号に変換する。そしてその駆動信号をそれぞれゲート線Y1からYmに出力する。
以上説明したゲートドライバYDの動作が、1フレーム分の黒挿入用画素データBと、1フレーム分の階調表示用画素データSとについて実行される。
続いて、液晶配向をスプレー配向からベンド配向へ転移させる初期化処理動作について説明する。
図2に示すゲート線全選択信号GONは、例えば電源オフに先立って全画面を白表示にする場合にコントローラ5から供給される。m個のORゲート回路15は、このゲート線全選択信号GONをゲート線Y1〜Ymの選択信号としてそれぞれレベルシフタ16に入力する。ゲート線全選択信号GONを従来のように電源投入に伴う初期化処理で用いると、クロック信号CKA、スタート信号STHA、出力イネーブル信号OEAの状態によらず、全てのゲート線Y1〜Ymを同時に駆動することになり、瞬時電流の問題を生ずる。従って、このゲート線全選択信号GONは、初期化処理では用いられない。
図3は、初期化処理においてスプレー配向からベンド配向への転移動作を制御するためにコントローラ5に設けられる制御部の構成を示している。
この制御部は、シーケンス生成回路21、及びゲートドライバ制御回路22を備えている。ゲートドライバ制御回路22は、制御信号CTYをゲートドライバ23に対して発生する信号発生部である。シーケンス生成回路21は電源投入に伴って初期化モードを設定し、この初期化モードにおいて制御信号CTYに含まれるクロック信号CKA、スタート信号STH、出力イネーブル信号OEA、及びゲート線全選択信号GONの発生シーケンスを設定するシーケンス設定部である。
ゲートドライバ制御回路22は、シーケンス生成回路21で設定されたシーケンスに従って、上述の制御信号CTYをゲートドライブバYDに出力する。
なお、図3には明示していないが、上述のコントローラ5は、画像データ変換回路4からの画素データDOを取得し、ソースドライバXDへの制御信号CTXと画素データDO(B,S)を出力するように構成されている。
図4は、初期化モードで行われるゲートドライバYDの動作を示すタイミングチャートである。
初期化モードでは、ゲート線全選択信号GONが常にH(High)レベルに維持される。この状態で、スタート信号STHAがHレベルのパルスとして入力される。シフトレジスタ10は、クロック信号CKAのクロックパルスに応答して、スタート信号STHAをシフトする。スタート信号STHAのパルスは、クロック信号CKAのクロックパルスが、例えばm個入力されるまでHレベルに維持される。これは、全画素PXの液晶配向を最終的に同じ条件でベンド配向に転移させるためである。この期間は、図示しない操作によってコントローラ5に対して設定することができる。
出力イネーブル信号OEAは、スタート信号STHAの立ち上がり後、クロック信号CKAのクロックパルス数が2m個に達するまでHレベルに維持される。これによって、スタート信号の保持位置に対応してゲート線Yが駆動される。具体的には、クロックパルス数が1〜m個までの間、ゲート線Y1;Y1,Y2;Y1,Y2,Y3;Y1,Y2,Y3,Y4・・・;Y1〜Ymというように、ゲート線Yの駆動総数が順次増大する。
スタート信号STHAが、駆動総数がmに達した後、L(Low)レベルに立ち下がると、クロックパルス数がm+1〜2mまでの間、ゲート線Y2〜Ym;Y3〜Ym;Y4〜Ym・・・;Ymというようにゲート線Yの駆動総数が順次減少する。
この結果、順次生成されるクロック信号CKAに対応して、順次ゲート線Y1、Y2,・・・、Ynが非選択となり、各行の液晶層3に作用していた電界が元の値に復帰する。
なお、上述のゲートの駆動動作と併せて、従来と同様のコモン電圧Vcomの制御が行われる。図5は、共通電極CEに設定されるコモン電圧Vcomの変化を示す図である。
電源が投入されると、これに伴ってコモン電圧Vcomがベンド配向を得るために−20Vに設定される。コモン電圧Vcomが−20Vに設定されると、いずれも画素電極PEおよび共通電極CE間の電位差、すなわち液晶駆動電圧を増大して、液晶層3に大きな電界が印加される状態になる。これにより液晶層3内の液晶分子がスプレー配向からベンド配向に転移する。
こうして、全てのゲート線Y1、Y2,・・・、Ynが非選択となった後に、出力イネーブル信号OEAはLレベルに設定され、初期化処理が終了する。そして初期化処理が終了すると、通常駆動期間となり、コモン電圧Vcomが+5Vに継続的に設定される。
図6は、初期化処理時にソースドライバYDに流れる電流の推移を表す図である。図6の(1)は、従来の駆動制御回路を用いたときの電流の推移を表し、図6の(2)は、本発明に係る駆動制御回路を用いたときの電流の推移を表している。
従来の方式によれば、全ゲートラインのオンまたはオフを同時に行うことから、液晶パネル全画素への充放電が一挙に生じ、結果として大量の瞬時電流が流れてしまっていたが、本発明の方式によれば、全ゲートラインのオンまたはオフを順次走査により行うことで、瞬時電流の低減を実現している。
尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で様々に変形可能である。例えば、クロック信号のクロック数はm個以上であっても良い。即ち、完全に転移が行われるまで、スタート信号がHレベルを維持するようにしても良い。
本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の回路構成を概略的に示す図。 ゲートドライバの構成を詳細に示す図。 駆動制御回路の構成を示す図。 初期処理時のゲート駆動タイミングチャート。 共通電極に設定されるコモン電圧の変化を示す図。 初期化処理時にソースドライバに流れる電流の推移を表す図。
符号の説明
1…アレイ基板、2…対向基板、3…液晶層、4…画像データ変換回路、5…コントローラ、6…補償電圧発生回路、7…階調基準電圧発生回路、10…シフトレジスタ、12…出力回路、13…ANDゲート回路、15…ORゲート回路、16…レベルシフタ、21…シーケンス生成回路、22…ゲートドライバ制御回路、23…ゲートドライブユニット、DP…液晶表示パネル、PE…画素電極、CE…共通電極、CLC…液晶容量、Cs…補助容量、C…補助容量線、PX…液晶画素、W…スイッチング素子、Y…ゲート線、X…ソース線、CNT…表示パネル制御回路、YD…ゲートドライバ、XD…ソースドライバ。

Claims (5)

  1. 液晶表示パネルにおいて液晶駆動電圧を印加すべき複数行の液晶画素をそれぞれ選択する複数のゲート線に対する駆動制御回路であって、
    液晶配向を初期化する所定電圧を前記液晶駆動電圧として前記複数行の液晶画素の全てに印加する初期化モードにおいて前記複数のゲート線を駆動する駆動部と、
    前記初期化モードにおいて前記複数のゲート線のうちの駆動総数を順次増大させるように前記駆動部を制御する制御部と
    を備えることを特徴とする駆動制御回路。
  2. 前記制御部は、さらに前記複数のゲート線の全てが駆動された後に前記駆動総数を順次減少させるように構成されることを特徴とする請求項1に記載の駆動制御回路。
  3. 前記制御部は、少なくともクロック信号およびスタート信号を発生する信号発生部および前記信号発生部の信号発生シーケンスを設定するシーケンス設定部を含み、
    前記駆動部は、前記クロック信号に応答して前記スタート信号をシフトし、このスタート信号の保持位置に対応して駆動すべき走査線を特定するシフトレジスタを含むことを特徴とする請求項1に記載の駆動制御回路。
  4. 前記シーケンス設定部は、電源投入に伴なって前記初期化モードを設定し、この初期化モードにおいて少なくとも前記複数の走査線の総数に等しい前記クロック信号のクロック数の期間に渡って前記スタート信号を継続的に出力するように構成されることを特徴とする請求項3に記載の駆動制御回路。
  5. 前記液晶画素は、OCBモードの液晶画素であり、
    前記所定電圧は、前記OCBモードの液晶画素において液晶配向をスプレー配向からベンド配向に転移させる転移電圧に設定されることを特徴とする請求項1に記載の駆動制御回路。
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